基于超速保护信号的汽轮机小轴弯振扭振并行测量方法技术

本发明专利技术公开了一种基于超速保护信号的汽轮机小轴弯振扭振并行测量方法，属于汽轮机组振动测量与信号处理技术领域。该方法利用现有的多个超速保护信号，并行获取机头小轴弯振与扭振信号，解决了机头小轴振动难以测试的技术难题；对超速保护信号进行实时解调，实现了动态监测机头小轴处弯曲振动与扭转振动状态。并且，该方法完全基于机头小轴处已有的测速齿轮探头，无需增设传感器，避开设备安装难题，减少设备成本。

Parallel measurement method for bending and torsional vibration of small shaft of steam turbine based on overspeed protection signal

【技术实现步骤摘要】
基于超速保护信号的汽轮机小轴弯振扭振并行测量方法
本专利技术属于汽轮机组振动测量与信号处理
，具体涉及一种基于超速保护信号的汽轮机小轴弯振扭振并行测量方法。
技术介绍
振动被誉为机械设备的“体温计”，可直接反映设备安全运行状况。弯曲振动和扭转振动的全面测量对于机组运行状态的分析诊断和故障预测十分重要。剧烈的弯振和扭振将会造成轴承损坏、通流部分磨损、大轴弯曲、转轴与联轴器疲劳损坏等故障，严重危害设备运行安全。目前工程实践中，机头小轴位于汽轮机外伸端，容易产生因小轴甩头而引发的剧烈振动。但在火电机组设计中，受结构等因素限制，绝大部分汽轮机机头小轴处并未设计安装弯振与扭振测量探头，这使得无法对机头小轴处的振动信号进行有效监测，从而会影响对机头振动现象分析诊断的准确性。因此，为了更准确监测机头小轴处振动水平，反应机组运行健康状态，亟需一种可以便捷进行机头小轴弯振扭振测量的方法。目前机组设计中，为了对汽机进行有效地超速保护，往往会在机头小轴处的测速齿轮盘上布置多个转速测量探头。汽轮机是在高温、高压下高速运转的机械，其旋转部件承受巨大的离心力，且该离心力是与转速的平方成正比的。随着转速的升高，其离心力将快速上升。一旦出现超速事故，将造成叶片断裂、动静碰摩、甚至断轴等严重事故。所以，汽轮机超速保护是汽轮机保护系统中最重要的环节之一。机组机头小轴处布置的多个超速信号测试探头，就是为了确保超速信号测量地准确性与有效性，防止出现超速事故。综上所述，目前绝大部分汽机在机头小轴处安装有多个用来超速保护的转速探头，却并没有设计安装弯振与扭振测量探头，这影响了对机组机头振动问题的状态监测与分析诊断。若在小轴处加设弯振扭振探头，不仅增加了传感器费用和检测仪器测量通道，而且受结构条件限制，传感器的安装很不方便。
技术实现思路
专利技术目的：为了克服现有技术的缺陷，本专利技术提供了一种基于超速保护信号的汽轮机小轴弯振扭振并行测量方法，该方法能够实时获取机组小轴弯振与扭振信号。技术方案：本专利技术所述的一种基于超速保护信号的汽轮机小轴弯振扭振并行测量方法，基于汽轮机机头小轴处已有的多个测速齿轮探头，对超速保护信号动态解调，实时并行获取机头小轴处弯振与扭振信号。其中，包括如下步骤：(1)获取汽轮机机头小轴处已有测速齿轮装置的各项静态技术参数；(2)采用高频脉冲时序计数法测试三组超速保护信号，从中得到瞬时角速度信号；(3)对所测三组超速保护瞬时角速度信号进行解调处理，得机头小轴处水平弯振信号、垂直弯振信号和扭振角速度信号；(4)通过扭振角速度信号得到扭振角位移信号。具体的，所述步骤(1)中，静态技术参数包括：测速齿轮齿数或其他等分机构间隔数，轴段半径，以及多个已有传感器的安装角度。所述步骤(2)中，测试前调整传感器与转轴之间的距离和角度，以保证传感器能够正确感应到脉冲信号。设脉冲法测量信号时齿盘数为m，每转动1周将会输出m个脉冲，采用高频计数器，计量2个脉冲之间的时间间隔Δti，从中可得瞬时角速度信号为：其中，m为齿数，N为总的采样点数，当总的测量周期数为n时，总采样点数为：N＝m×n。所述步骤(3)中，由于所测瞬时角速度信号中包含了旋转角速度信号、弯曲振动信号以及扭转振动信号，且所述旋转角速度信号、所述弯曲振动信号以及所述扭转振动信号是一组耦合信号；设机头小轴处水平方向与垂直方向振动速度信号分别为ωh，ωv，三个超速保护信号传感器的安装角度分别为α、β、χ，则在每个传感器处弯振速度信号切向分量ωαb、ωβb、ωχb分别为：ωαb＝sinαωh+cosαωvωβb＝sinβωh+cosβωvωχb＝sinχωh+cosχωv由步骤(2)所测三组瞬时角速度信号ωα、ωβ、ωχ表示为：ωα＝ωrot+ωαb+ωtorωβ＝ωrot+ωβb+ωtorωχ＝ωrot+ωχb+ωtor联立上式，计算机头小轴处水平弯振信号、垂直弯振信号和扭振角速度信号分别为：其中，ωh为机头小轴处水平弯振信号，ωv为机头小轴处垂直弯振信号，ωtor为机头小轴处扭振角速度信号。所述步骤(4)中，对扭振角速度ωtor积分，得扭振角位移信号为：其中，为扭振角位移信号。有益效果：与现有技术相比，该方法利用现有的多个超速保护信号，并行获取机头小轴弯振与扭振信号，解决了机头小轴振动难以测试的技术难题；对超速保护信号进行实时解调，实现了动态监测机头小轴处弯曲振动与扭转振动状态。并且，该方法完全基于机头小轴处已有的测速齿轮探头，无需增设传感器，避开设备安装难题，减少设备成本。附图说明图1是实施例中汽轮机组多个超速保护信号测量探头布置图；图2是脉冲计数法测量原理图，其中，2a为无弯振或扭振时电压脉冲信号，2b为有弯振或扭振时电压脉冲信号；图3是弯振扭振对瞬时角速度测量的影响分析图；图4为三个超速保护探头模拟测试信号，其中，4a为45°处瞬时角速度模拟测试信号，4b为135°处瞬时角速度模拟测试信号，4c为180°处瞬时角速度模拟测试信号；图5为解调后机头小轴水平与垂直方向弯曲振动信号图；其中，5a为水平方向弯曲振动速度，5b为垂直方向弯曲振动速度；图6为解调后机头小轴扭转振动角速度与角位移信号图；其中，6a为扭转振动角速度，6b为扭转振动角位移。具体实施方式下面，结合附图并以某汽轮机机组超速保护仿真信号为例，开展基于多个超速保护信号的机头小轴弯振扭振并行测量方法，具体实施过程如下：(1)如图1所示，获取汽轮机机头小轴处已有测速齿轮装置的各项静态技术参数，包括测速齿轮盘1的齿数或者其他等分机构的间隔数，轴段的半径，已有的涡流传感器、光电传感器、磁阻式传感器等形式的测速传感器2的安装角度。本例中，测速齿轮齿数为180齿，轴段半径200mm，以逆转动方向为正方向，三个涡流式测速传感器的安装角度为45°、135°、180°。(2)采用高频脉冲时序计数法测试三组超速保护信号，测试前调整传感器与转轴之间的距离和角度，以保证传感器能够正确感应到脉冲信号。没有扭振信号或弯曲振动时，传感器输出的脉冲间隔均匀，有扭振信号或弯曲振动时，传感器输出的脉冲间隔不均匀，如图2所示。为了提高测量精度和分辨率，建议：高频计数器的晶振频率≥20MHz；信号连续采样时间≥转轴旋转周期×10。设脉冲法测量信号时齿盘数为m，每转动1周将会输出m个脉冲。采用高频计数器，计量2个脉冲之间的时间间隔Δti，从中可得瞬时角速度信号为：其中，m为齿数，N为总的采样点数。当总的测量周期数为n时，总采样点数为：N＝m×n。本案例中总测量周期数n为50，总采样点数为9000。(3)对所测三组超速保护瞬时角速度信号进行解调处理。所测瞬时角速度信号中包含了旋转角速度信号、弯曲振动信号、扭转本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于超速保护信号的汽轮机小轴弯振扭振并行测量方法，其特征在于，基于汽轮机机头小轴处已有的多个测速齿轮探头，对超速保护信号动态解调，实时并行获取机头小轴处弯振与扭振信号。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于超速保护信号的汽轮机小轴弯振扭振并行测量方法，其特征在于，基于汽轮机机头小轴处已有的多个测速齿轮探头，对超速保护信号动态解调，实时并行获取机头小轴处弯振与扭振信号。


2.根据权利要求1所述的基于超速保护信号的汽轮机小轴弯振扭振并行测量方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)获取汽轮机机头小轴处已有测速齿轮装置的各项静态技术参数；
(2)采用高频脉冲时序计数法测试三组超速保护信号，从中得到瞬时角速度信号；
(3)对所测三组超速保护瞬时角速度信号进行解调处理，得机头小轴处水平弯振信号、垂直弯振信号和扭振角速度信号；
(4)通过扭振角速度信号得到扭振角位移信号。


3.根据权利要求2所述的基于超速保护信号的汽轮机小轴弯振扭振并行测量方法，其特征在于，所述步骤(1)中，静态技术参数包括：测速齿轮齿数或其他等分机构间隔数，轴段半径，以及多个已有传感器的安装角度。


4.根据权利要求3所述的基于超速保护信号的汽轮机小轴弯振扭振并行测量方法，其特征在于，所述步骤(2)中，测试前调整传感器与转轴之间的距离和角度，以保证传感器能够正确感应到脉冲信号。


5.根据权利要求4所述的基于超速保护信号的汽轮机小轴弯振扭振并行测量方法，其特征在于，设脉冲法测量信号时齿盘数为m，每转动1周将会输出m个脉冲，采用高频计数器，计量2个脉冲之间的时间间隔Δti，从中可得瞬时角速度信号为：



其中，m为齿数，N为总的...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵文广，杨建刚，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32