一种拉杆转子交变扭振激励方法技术

一种拉杆转子交变扭振激励方法，该方法根据所需的拉杆转子扭振激励幅值和频率，依次计算发电机变频器所需的输入电流信号以及计算机系统产生的控制信号的幅值和相位。由计算机系统输出的控制信号波形经电流模块调理后，将交变控制信号转化为交变电流信号并输入至发电机变频器，由发电机变频器对交变电流信号进行采样，并通过发电机通讯模块控制发电机端激发出交变扭振。本发明专利技术的扭振工况更加接近实际的发电机组扭振工况，其实验结果能够为实际发电机组拉杆转子扭振的监测、分析和诊断提供参考，具有重要的工程应用价值。具有重要的工程应用价值。具有重要的工程应用价值。

【技术实现步骤摘要】
一种拉杆转子交变扭振激励方法


[0001]本专利技术涉及一种拉杆转子交变扭振激励方法，属于旋转机械实验系统及测试


技术介绍

[0002]拉杆转子是重型燃气轮机的关键旋转部件，其安全性和可靠性关乎整个重型燃气轮机及发电设备的正常运转。近年来，随着重型燃气轮机在发电领域的应用逐步深入，在运转过程中存在的问题也逐渐凸显，其中就包括电网的负载波动、电力系统短路以及非同期并列而在拉杆转子上产生的交变扭振负载现象。这种负载如果长期存在，可能导致拉杆转子的扭振逐渐增大，超过允许的范围，进而导致转子的损伤。因此，在实验室条件下对拉杆转子进行扭振激励实验并进行测量，分析扭振激励对于拉杆转子动力学特性的影响，能够为实际发电机组中拉杆转子的扭振测量和故障监测及诊断提供重要依据。
[0003]目前，国内已有相应的转子实验系统，可以激发转子的扭振并进行扭振信号的采集和分析。常用的扭振激励方式包括使用磁粉制动器或者机械扭振结构，然而，这些实验台的结构形式和工作方式与实际的发电机组工作方式存在差别，往往仅采用一个驱动电机、磁粉制动器或者机械扭振结构施加交变扭振负载，而与实际机组中从发电机端产生交变扭振负载的工况存在差别，其实验结果对研究实际机组的扭振负载指导性和工程应用价值不足。

技术实现思路

[0004]为了解决目前拉杆转子扭振激励和测量方法存在的缺陷或不足,本专利技术的目的是提供一种拉杆转子交变扭振激励方法,在实验室条件下模拟实际机组在拉杆转子产生的交变扭振工况。
[0005]本专利技术的具体实施步骤如下：
[0006]一种拉杆转子交变扭振激励方法，其特征在于该方法包括以下步骤：
[0007]1)根据转子扭振实验的需求，确定交变扭振计算机输出信号波形类型；
[0008]2)利用计算机系统编程控制计算机输出的交变扭振控制信号M
C
与电流模块输出电流信号M
e
之间的转换关系：
[0009]M
e
＝f1(M
C
)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(1)
[0010]其中，函数关系f1根据电流模块的输出特性确定；
[0011]3)根据变频器扭矩控制特性，确定电流模块输出电流信号M
e
与发电机变频器输出的目标扭矩信号M
i
之间的关系：
[0012]M
i
＝f2(M
e
)+a
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(2)
[0013]其中，函数关系f2根据变频器的系统特性决定，根据变频器控制特性的不同，函数关系通过特性曲线查表方式获得，常数a由扭矩激励中需要的基本扭矩决定；
[0014]4)通过发电机的扭矩特性曲线计算发电机输出扭矩M
M
与目标扭矩信号M
i
之间的关
系：
[0015]M
M
＝f3(M
i
)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(3)其中，函数关系f3根据发电机的扭矩输出特性确定；
[0016]5)根据转子扭振动力学方程计算驱动电机一侧的转子末端扭矩M
T
和发电机输出扭矩M
M
之间的关系：
[0017]a.根据拉杆转子的实际结构，将整个拉杆转子简化为具有i段轴和轮盘的结构；
[0018]b.列出每个轴段和轮盘的扭振动力学方程，第i个轴段或轮盘的扭转动力学方程为：
[0019][0020]其中，G为转子的剪切模量，J
pi
为第i个轴段或轮盘的转动惯量，θ
i
为第i个轴段或轮盘的转角，x为轴段或轮盘微元长度，ρ为转子材料密度，I
p
为轴段或轮盘的极惯性矩，t为时间变量；
[0021]c.联立i个扭振动力学方程获得整个转子的扭振动力学方程：
[0022][0023]其中，J为拉杆转子的整体转动惯量矩阵，C为拉杆转子的整体阻尼矩阵，K
θ
为拉杆转子的整体扭转刚度矩阵，M为外界扭振激励矩阵，{θ}分别为拉杆转子的角加速度、角速度和角位移向量，t为时间变量；
[0024]d.利用微分方程求解方法求解出驱动电机一侧的转子末端节点的角位移θ
n
，其中n为转子的总节点数；根据最末端的转轴的扭转刚度k
θn
可计算出，最末端转轴的扭矩值：
[0025]M
T
＝k
θn
θ
n
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(6)
[0026]e.由此可得到转子末端扭矩M
T
和发电机输出扭矩M
M
之间的关系：
[0027]M
T
＝f4(M
M
)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(7)
[0028]其中，函数关系f4根据公式(4)
‑
(6)求解获得；
[0029]6)通过公式(1)
‑
(7)即计算出需要通过计算机系统输出的交变扭振控制信号M
C
的幅值、频率以及相位参数；
[0030]7)启动拉杆转子实验台以及变频控制器，驱动电机端通过驱动电机变频器控制转子以恒定的转速旋转，将计算机系统生成的交变扭振控制信号M
C
通过电流模块转换后输入至发电机变频器，由发电机变频器根据交变扭振控制信号M
C
的波形、频率以及幅值控制转子实验台产生交变扭振；
[0031]8)利用扭矩传感器实时采集在转子实验台上激发出的扭振信号M
real
的幅值、频率和相位，并将信号反馈至计算机系统，基于转子末端t时刻的期望扭矩值M
T
(t)和实际测量值M
real
(t)，计算扭振激励系统下一时刻的输出参数M
C
(t+1)，考虑系统的动态过程，则M
C
(t+1)表示为：
[0032]M
C
(t+1)＝h
‑1M
T
(t+1)+g(M
T
(t)
‑
M
real
(t))
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(8)
[0033]h＝f4f3(f2f1+a)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(9)
[0034]其中，M
T
(t+1)为转子末端t+1时刻的期望扭矩值，M
T
(t)
‑
M
real
(t)为残差值，g(本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种拉杆转子交变扭振激励方法，其特征在于该方法包括以下步骤：1)根据转子扭振实验的需求，确定交变扭振计算机输出信号波形类型；2)利用计算机系统编程控制计算机输出的交变扭振控制信号M
C
与电流模块输出电流信号M
e
之间的转换关系：M
e
＝f1(M
C
)
ꢀꢀꢀꢀ
(1)其中，函数关系f1根据电流模块的输出特性确定；3)根据变频器扭矩控制特性，确定电流模块输出电流信号M
e
与发电机变频器输出的目标扭矩信号M
i
之间的关系：M
i
＝f2(M
e
)+a
ꢀꢀꢀꢀ
(2)其中，函数关系f2根据变频器的系统特性决定，根据变频器控制特性的不同，函数关系通过特性曲线查表方式获得，常数a由扭矩激励中需要的基本扭矩决定；4)通过发电机的扭矩特性曲线计算发电机输出扭矩M
M
与目标扭矩信号M
i
之间的关系：M
M
＝f3(M
i
)
ꢀꢀꢀꢀ
(3)其中，函数关系f3根据发电机的扭矩输出特性确定；5)根据转子扭振动力学方程计算驱动电机一侧的转子末端扭矩MT和发电机输出扭矩M
M
之间的关系：a.根据拉杆转子的实际结构，将整个拉杆转子简化为具有i段轴和轮盘的结构；b.列出每个轴段和轮盘的扭振动力学方程，第i个轴段或轮盘的扭转动力学方程为：其中，G为转子的剪切模量，J
pi
为第i个轴段或轮盘的转动惯量，θ
i
为第i个轴段或轮盘的转角，x为轴段或轮盘微元长度，ρ为转子材料密度，I
p
为轴段或轮盘的极惯性矩，t为时间变量；c.联立i个扭振动力学方程获得整个转子的扭振动力学方程：其中，J为拉杆转子的整体转动惯量矩阵，C为拉杆转子的整体阻尼矩阵，K
θ
为拉杆转子的整体扭转刚度矩阵，M为外界扭振激励矩阵，{θ}分别为拉杆转子的角加速度、角速度和角位移向量，t为时间变量；d.利用微分方程求解方法求解出驱动电机一侧的转子末端节点的角位移θ
n
，其中n为转子的总节点数；根据最末端的转轴的扭转刚度k
θn
可计算出，最末端转轴的扭矩值：M
T
＝k
θn
θ
n
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(6)e.由此可得到转子末端扭矩M
T<...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘超，谢文振，蒋东翔，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：