【技术实现步骤摘要】
本申请涉及水轮机模态测试，特别是涉及一种内置式旋转轴系模态特征测量系统、方法及水轮机。
技术介绍
1、水轮机发生故障直接影响其结构动力特性，因此通过对水轮机的结构动力特性的实时分析可以更加精准地定位故障。作为结构动力特性的典型代表，模态特征是结构的固有属性，包括固有频率、模态振型和阻尼系数等。轴系的模态特征受结构刚度、结构阻尼的影响，轴系结构破坏和裂纹往往直接造成轴系模态特征的变化，通过监测轴系模态特征的变化可以判断和预测轴系故障的发生。
2、现今工程上，对水轮机的轴系模态测试中，都是使用力锤等敲击工具给轴系施加冲击力，激发轴系的自由振动，再用加速度传感器记录轴系的振动信号，通过对振动信号的信号处理，测量得到轴系的模态特征。
3、水轮机的轴系在旋转状态下，受陀螺效应的影响，轴的固有频率会发生10％～30％的变化。然而，传统测量系统的力锤和加速度传感器的激励位置和测量位置均是处于固定点位，只能对在静止状态下的轴系模态特征进行测量；同时都需要在轴的表面或近轴的支撑结构上安装加速度传感器或力锤，此类分散式结构在旋转离心力作用下容易脱落，影响测量并造成事故。因此，对于水轮机的轴系在旋转状态下的模态特征尚没有合适的测量设备和测量方法。
技术实现思路
1、针对上述问题，本专利技术目的之一在于提供一种内置式旋转轴系模态特征测量系统，以解决传统的测量系统不适用于测量水轮机在处于旋转状态下的轴系模态特征及测量难度和复杂度大的问题。本专利技术目的之二在于提供一种一种基于旋转轴系
2、本专利技术第一方面提供了一种内置式旋转轴系模态特征测量系统，所采用的技术方案是：
3、一种内置式旋转轴系模态特征测量系统，应用于水轮机的主轴的模态测量，其中，所述主轴的内部中空形成测量空间，所述测量空间用于装配所述测量系统中的测试平台，以使所述测试平台随所述主轴旋转；其中，所述测试平台包括：
4、至少一个压电片材，用于在旋转主轴内产生激励信号；
5、支架，具有多个与多个所述压电片材一一对应的支脚；
6、激光测振仪，通过多个所述支脚与每个所述压电片材连接为一体，用于接收所述旋转主轴的振动信号；
7、所述测量系统还包括：
8、总控平台，至少与所述激光测振仪电性连接，用于至少基于所述振动信号，测量所述旋转主轴的模态参数。
9、作为优选方案之一，所述总控平台还与每个所述压电片材电性连接，用于基于所述振动信号和所述激励信号，得到所述旋转主轴的模态参数。
10、作为优选方案之一，所述测量系统还包括：
11、集电环，分别与所述总控平台和每个所述压电片材连接。
12、作为优选方案之一，每个所述压电片材上对应设置有振动传感器。
13、作为优选方案之一，所述压电片材为pzt压电陶瓷片。
14、作为优选方案之一，所述激光测振仪位于所述测量空间的中心轴线上，每个所述压电片材绕所述主轴的周向间隔均匀地设置，并通过每个所述支脚紧密抵靠在所述主轴的内壁面上。
15、作为优选方案之一，每个所述支脚与所述压电片材的接触面积小于与所述激光测振仪的接触面积。
16、作为优选方案之一，每个所述支脚为螺旋形。
17、本专利技术第二方面还提供了一种基于旋转轴系模态特征的测量方法，利用如本专利技术第一方面所提供的内置式旋转轴系模态特征测量系统来实现，所述方法包括：
18、利用压电片材在水轮机处于旋转状态下的主轴内产生激励信号；
19、利用激光测振仪接收处于旋转状态下的主轴内所响应的振动信号；
20、利用总控平台基于所述激励信号和振动信号，测量得到所述水轮机处于旋转状态下的主轴的模态参数。
21、本专利技术第三方面还提供了一种水轮机，所述水轮机的主轴内配置有如本专利技术第一方面所提供的内置式旋转轴系模态特征测量系统。
22、与现有技术相比，本申请包括以下优点：
23、本专利技术提出一种内置式旋转轴系模态特征测量系统，应用于水轮机的主轴的模态测量，其中，所述主轴的内部中空形成测量空间，所述测量空间用于装配所述测量系统中的测试平台，以使所述测试平台随所述主轴旋转；其中，所述测试平台包括：至少一个压电片材，用于在旋转主轴内产生激励信号；支架，具有多个与多个所述压电片材一一对应的支脚；激光测振仪，通过多个所述支脚与每个所述压电片材连接为一体，用于接收所述旋转主轴的振动信号；所述测量系统还包括：总控平台，至少与所述激光测振仪电性连接，用于至少基于所述振动信号，测量所述旋转主轴的模态参数。
24、通过采用本申请的技术方案，系统工作时，支架随待测轴旋转，总控平台向系统的压电片材发送调制好的激励信号，压电片材对待测轴进行激励，待测轴在激励作用下发生振动响应，由安装在支架上的激光测振仪测量待测轴的内壁面多点的振动位移。从而，采用压电片材和激光测振仪内置于待测轴内与待测轴成为一体，随轴旋转，抵消了陀螺效应的影响，解决了传统锤击激励法在测试旋转轴系模态特征问题上的困难，并且无需在轴的表面或者近轴的支撑结构上腾出足够的空间来安装激励点和测量点，简化了激励点和测量点的安装过程，同时减少了外部连接和安装的复杂性，如此实现了大型设备轴系旋转模态特征的快速测量以及轴系模态测试设备的一体化和小型化。
25、本专利技术实施例所提供的测量方法和水轮机与上述测量系统相对于现有技术所具有的优势相同，在此不再赘述。
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1.一种内置式旋转轴系模态特征测量系统，其特征在于，应用于水轮机的主轴的模态测量，其中，所述主轴的内部中空形成测量空间，所述测量空间用于装配所述测量系统中的测试平台，以使所述测试平台随所述主轴旋转；其中，所述测试平台包括：
2.根据权利要求1所述的一种内置式旋转轴系模态特征测量系统，其特征在于，所述总控平台还与每个所述压电片材电性连接，用于基于所述振动信号和所述激励信号，得到所述旋转主轴的模态参数。
3.根据权利要求1所述的一种内置式旋转轴系模态特征测量系统，其特征在于，所述测量系统还包括：
4.根据权利要求1-3任意一项所述的一种内置式旋转轴系模态特征测量系统，其特征在于，每个所述压电片材上对应设置有振动传感器。
5.根据权利要求1所述的一种内置式旋转轴系模态特征测量系统，其特征在于，所述压电片材为PZT压电陶瓷片。
6.根据权利要求1所述的一种内置式旋转轴系模态特征测量系统，其特征在于，所述激光测振仪位于所述测量空间的中心轴线上，每个所述压电片材绕所述主轴的周向间隔均匀地设置，并通过每个所述支脚紧密抵靠在所述主轴的内
7.根据权利要求6所述的一种内置式旋转轴系模态特征测量系统，其特征在于，每个所述支脚与所述压电片材的接触面积小于与所述激光测振仪的接触面积。
8.根据权利要求6或7所述的一种内置式旋转轴系模态特征测量系统，其特征在于，每个所述支脚为螺旋形。
9.一种基于旋转轴系模态特征的测量方法，其特征在于，利用如权利要求1-8任意一项所述内置式旋转轴系模态特征测量系统来实现，所述方法包括：
10.一种水轮机，其特征在于，所述水轮机的主轴内配置有如权利要求1-8任意一项所述的内置式旋转轴系模态特征测量系统。
...【技术特征摘要】
1.一种内置式旋转轴系模态特征测量系统，其特征在于，应用于水轮机的主轴的模态测量，其中，所述主轴的内部中空形成测量空间，所述测量空间用于装配所述测量系统中的测试平台，以使所述测试平台随所述主轴旋转；其中，所述测试平台包括：
2.根据权利要求1所述的一种内置式旋转轴系模态特征测量系统，其特征在于，所述总控平台还与每个所述压电片材电性连接，用于基于所述振动信号和所述激励信号，得到所述旋转主轴的模态参数。
3.根据权利要求1所述的一种内置式旋转轴系模态特征测量系统，其特征在于，所述测量系统还包括：
4.根据权利要求1-3任意一项所述的一种内置式旋转轴系模态特征测量系统，其特征在于，每个所述压电片材上对应设置有振动传感器。
5.根据权利要求1所述的一种内置式旋转轴系模态特征测量系统，其特征在于，所述压电片材为pzt压电陶瓷片...
【专利技术属性】
技术研发人员：简斌，宋华婷，王正伟，赵卫强，张保虎，綦晓杰，黄浩，邓建华，
申请(专利权)人：新华水力发电有限公司，
类型：发明
国别省市：
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