汽轮机带冠整体叶盘轴向振动测量方法研究

作     者：邢琛 

作者单位：天津大学 

学位级别：硕士

导师姓名：段发阶;韦俊新

授予年度：2020年

学科分类：080704[工学-流体机械及工程] 08[工学] 080202[工学-机械电子工程] 0807[工学-动力工程及工程热物理] 0802[工学-机械工程] 

主      题：汽轮机 带冠整体叶盘 轴向振动 电涡流 误差分析 

摘      要：汽轮机在火力发电、冶金、化学、舰船动力等领域应用广泛,带冠整体叶盘作为汽轮机核心部件,易受变工况和恶劣工作环境影响产生振动并导致疲劳失效,因此实现汽轮机带冠整体叶盘振动在线监测至关重要。然而,由于叶冠互相碰撞、摩擦消耗了带冠整体叶盘周向能量,使其振动形式主要表现为轴向振动,传统振动测量方法难以利用径向布置的传感器实现蒸汽介质中汽轮机带冠整体叶盘轴向振动测量,同时振动测量结果极易受温度、间隙等因素影响发生漂移。针对上述问题,本文提出了一种融合间隙实时补偿的汽轮机带冠整体叶盘轴向振动电涡流传感监测方法,利用径向布置的传感器可有效实现带冠整体叶盘轴向振动测量,完成了测量系统软、硬件设计,进行了静态标定实验、动态实验以及误差分析,论文主要研究内容如下:(1)针对汽轮机带冠整体叶盘轴向振动测量高可靠性、高精度、高频响及非侵入的测量需求,介绍了带冠整体叶盘振动形式及特点,分析比较了常用轴向振动测量传感器,分析了温度、间隙等参数引入的测量误差,设计了汽轮机带冠整体叶盘轴向振动测量系统的总体方案。(2)提出了一种融合间隙实时补偿的汽轮机带冠整体叶盘轴向振动电涡流传感监测方法,基于叶冠咬合处突起、裂纹等特征,采用径向布置的变面积式电涡流传感器,利用基于短时傅里叶变换的轴向振动参数解析算法求得振动幅值、频率等参数,并根据间隙测量结果对轴向振动测量过程中的间隙误差进行实时补偿,从而实现汽轮机带冠整体叶盘轴向振动的高精度在线监测。(3)设计了低噪声、耐腐蚀的电涡流传感器结构,设计了基于FPGA的振动数据实时采集、处理、传输程序,开发了基于Visual Studio平台的上位机软件;搭建了汽轮机带冠整体叶盘轴向振动测量系统,实现了振动频率、幅值数据的在线监测及存储、系统参数配置及数据离线分析等功能。(4)设计了电涡流传感器标定装置,开展了电涡流传感器的静态标定实验,并分析了标定过程中各自由度引入的标定误差;开展了汽轮机带冠整体叶盘轴向振动动态测量实验,实验结果表明,所设计系统能够满足线速度为628m/s的汽轮机带冠整体叶盘轴向振动测量需求,振动频率分辨力为1Hz,振动幅值测量不确定度为49.1μm。