汽轮发电机组转动惯量现场测量技术研究

论文总字数：23633字

摘 要

本文主要讨论了测量汽轮机组转子的转动惯量的意义和方法。首先简要介绍了测量汽轮机组转子转动惯量的两种常用方法，即测功法甩负荷实验和计算机软件建模的方法，然后详细介绍了测功法甩负荷实验的原理及实际实验中可能会遇到的问题,并指出主要问题来自于对转子转速的测量。

同时利用转子振动试验台系统，用电机甩负荷模拟了实际情况下的汽轮机组转子的甩负荷试验，得到了试验台转子的飞升曲线图，在对曲线进行滤除干扰的处理和最小二乘方法拟合后，得到了一组试验台转子转动惯量的值，并与转子简化模型计算出的转动惯量进行了比较。另外借助计算机软件Matlab的工具Simulink，对于实际转子甩负荷试验的飞升曲线进行了软件拟合，搭建的模型形如一阶惯性环节，输出的波形能够很好的吻合实际的转子飞升曲线图。

关键词: 转子动力学，转动惯量，转速测量方法，曲线拟合

A Study on Field Measurement of the Rotational Inertia in a Steam Turbine generator

Abstract

This paper mainly discuss about the significance and methods of measuring the rotational inertia in a steam turbine generator. Firstly, it briefly introduces two commonly-used methods to meaure the rotors’ rotational inertia, including load-rejection test and modeling by computer softwares. Then it introduces the load-rejection test method in particular and list the problems people may encounter during these experiments. The main problem is how to measure the rotate speed.

With the utilization of the rotor vibration test system , we simulated a real load-rejection test by cutting off the power of the electrical machine. And a rapid speed-upswing curve was achieved. After removing the interference and fitting by least squares, we achieved a relatively-accurate rotational inertia of the rotor vibration test system, and we compare this experimenting value with the calculating value achieved by modeling. By using the Simulink tool of software Matlab, we also fit the speed-upswing curve to the one-order inertia model, the output waveform fit the real rotor’s speed curve well.

Key Words: Rotor Dynamics, Rotational Inertia, Measurement of the Rotate Speed, Curve Fitting

目 录

摘要 …………………………………………………………………………………Ⅰ

Abstract ………………………………………………………………………………II

1. 绪论

1.1 引言 ……………………………………………………………………1

1.2 转子动力学概述 ………………………………………………………1

1.3 汽轮发电机组转动惯量测量的意义 …………………………………3

1.4 汽轮发电机组转子转动惯量测量常用方法

1.4.1 机组甩负荷求转子转速飞升速率的方法 ……………………5

1.4.2 三维设计软件的理想建模计算 ……………………………7

1. 转速飞升曲线的测取

2.1 转速测量系统

2.1.1 汽轮发电机组转速现场测量方法简介 …………………………9

2.1.2 转速测量方法特点分析 …………………………………………11

2.2 转速测量实验设计 ……………………………………………………12

2.3 转速测量实验结果读取 …………………………………………………16

第三章 转速飞升曲线拟合求解

3.1转速测量数据处理

3.1.1 转速飞升曲线分析 ………………………………………………21

3.1.2 曲线函数拟合求近似转速飞升速率解 …………………………21

3.2 Simulink拟合转速飞升模型搭建 ……………………………………23

第四章 总结展望

4.1 全文总结 ………………………………………………………………25

4.2 工作展望 ………………………………………………………………25

致谢 ………………………………………………………………………………26

参考文献（References） …………………………………………………………27

1. 绪 论

1.1 引言

伴随着机械制造技术的发展，各类高转速的旋转机械设备，如不同类型的电机、汽轮机、燃气轮机等都得到了广泛的应用。大型汽轮发电机组、燃气轮机与压缩机等旋转机械都是能源、制造产业、航天等领域中的关键部件，对于社会的工业化建设的作用不言而喻。^[1] 各种机器的旋转部件都可以称作为转子，汽轮机、泵与风机、燃气轮机等都是典型的以转子为主要的工作部件的旋转机械设备。在电力行业中，汽轮机作为发电系统中进行蒸汽热能向机械能转换的重要设备，随着发电厂总发电量的不断增大、发电机组容量不断升高。同时从汽轮机被发明至今，其转速也早已相比较当时提高了很多倍。然而当汽轮机转子转动过程中，转子系统（主要是叶片）也会在某些特定的转速下发生很大的变形，这种情况下就会产生共振，转子的转动就不能保持稳定。而这个产生共振时的转速即为临界转速。共振会使得转子的转动效率下降，另外也有可能发生失速，对于电力行业来说通常就意味着造成巨大的人力财力的损失。综上所述，现阶段汽轮机转子动力学的相关内容已经逐渐发展为我国发电能源领域研究的核心方向，对于转子的相关技术理论的研究已逐渐展开。

转子动力学的研究历史已经有200多年，最早是由英国学者W.J.M兰金在1869年对于离心力研究的论文和法国学者C.G.P.de拉瓦尔在1889年的对于挠性轴相关试验的研究这一问题而展开，并逐步发展至今。而随着当代机械制造理论技术的发展，也随之出现了高转速细长型的转子，而这种转子主要是在挠性状态（即其转速高于临界转速）下工作，所以如何减小转子的振动以保证其平稳高速转动的相关研究也就越发的关键。

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