汽輪機(jī)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書

1、實(shí)驗(yàn)一 汽輪機(jī)葉片靜頻率的測(cè)試在電廠中，汽輪機(jī)是發(fā)電廠設(shè)備中主要的設(shè)備之一，由于葉片損壞造成的事故停機(jī)占汽輪機(jī)事故的70% 以上，國內(nèi)外發(fā)電廠常有因汽輪機(jī)葉片損壞事故停電、停產(chǎn)造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失。為了保證葉片在汽輪機(jī)運(yùn)行中的安全，防止葉片因共振而損壞，需要知道葉片的自振頻率。在現(xiàn)場，常用實(shí)測(cè)法測(cè)定葉片的自振。對(duì)于新投運(yùn)的機(jī)組，應(yīng)較全面地測(cè)定各級(jí)葉片的各種振型的自振頻率?？紤]在運(yùn)行過程中，葉片的安裝狀況可能發(fā)生變化，以及因沖蝕、腐蝕、結(jié)垢、及損壞等原因，均將影響到葉片的自振頻率。因此，在每次大修時(shí)應(yīng)對(duì)葉片的切向Ao型（無節(jié)點(diǎn)）的自振頻率進(jìn)行測(cè)定、校核，確保葉片的安全運(yùn)行。利用葉片自振頻率的測(cè)定，

2、根據(jù)葉片的自振頻率有無變化，亦可以發(fā)現(xiàn)葉片有無隱藏裂紋損傷。常用的測(cè)試單個(gè)葉片靜頻率的方法有：1. 自由振動(dòng)法簡稱“自振法”；2. “共振法”或稱激振法。一、實(shí)驗(yàn)儀器1.Xj4630型慢掃描示波器 2.XD7型低頻信號(hào)發(fā)生器 3.jkl-50W型擴(kuò)大器 4.YD-8型傳感器 5.FSA-C型便攜式頻譜分析儀6.微機(jī)二、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?. 掌握自振法及共振法測(cè)定葉片頻率和判別振型的基本方法；2. 通過實(shí)驗(yàn)，加深理解單個(gè)葉片的振動(dòng)特性以及葉根緊力對(duì)自振頻率的影響；3. 掌握測(cè)試儀器的使用方法。三、實(shí)驗(yàn)要求1. 用自振法測(cè)定葉片的自振頻率，并觀察不同頻率下的李沙茹圖形。2. 用共振法測(cè)定葉片的自振頻率，判

3、別振型，并觀察葉根緊力對(duì)振動(dòng)的影響。3. 用計(jì)算機(jī)采集系統(tǒng)（其中包括微機(jī)和便攜式頻譜分析儀）采用自振法測(cè)定單個(gè)葉片的固有頻率和葉片組的固有頻率。四、實(shí)驗(yàn)方法本實(shí)驗(yàn)采用自振法、共振法這兩種方法測(cè)定葉片的靜頻率。 1. 自振法：用自振法測(cè)定葉片的自振頻率的原理圖 ( 見圖一)。13實(shí)驗(yàn)時(shí),用橡皮錘輕輕敲擊葉片, 則葉片將以一種最容易產(chǎn)生的振動(dòng)型式作自由衰減振動(dòng)。通常為切向Ao型振動(dòng)，用拾振器將葉片的機(jī)械振動(dòng)信號(hào)送至陰極示波器的垂直軸 (y) 軸。同時(shí)將低頻信號(hào)發(fā)生器產(chǎn)生的頻率信號(hào)送至示波器的水平軸 (x) 軸。一邊用橡皮錘敲擊葉片，一邊調(diào)節(jié)低頻信號(hào)發(fā)生器的頻率數(shù)值，當(dāng)示波器的熒光屏上出現(xiàn)穩(wěn)定的李沙

4、茹圖形( 見圖二 )時(shí)，低頻信號(hào)發(fā)生器上的頻率讀數(shù)即為葉片的自振頻率或它的整數(shù)倍。例如：當(dāng)示波器上出現(xiàn)穩(wěn)定的橢圓形圖形時(shí)，說明垂直輸入和水平輸入的頻率相等，這時(shí)的低頻信號(hào)發(fā)生器刻度盤上所指示的頻率數(shù)值即為葉片的自振頻率。就其葉片的自振頻率 (或稱固有頻率) 僅有一個(gè)頻率值?，F(xiàn)在的新型測(cè)頻儀表，由拾振器將信號(hào)輸入儀表后，即可直接用數(shù)字顯示出葉片的自振頻率，這種儀表適用于較長的葉片。自振法是一種簡單、準(zhǔn)確和能迅速測(cè)定自振頻率的方法。但由于葉片的高頻自由振動(dòng)不易發(fā)生，即使發(fā)生，振幅也很小、消失也快，故難以用自振法測(cè)定，更難以區(qū)分其振型。所以，自振法多用于測(cè)定中、長葉片的Ao型振動(dòng)。2. 共振法用共振

5、法測(cè)定葉片自振頻率原理圖( 見圖三 ) 。 共振法與自振法的不同點(diǎn)即為葉片所受的激振力不是敲擊產(chǎn)生的，而是用激振器激發(fā)和維持的；另外,就是葉片產(chǎn)生的振動(dòng)不是自由衰減振動(dòng)，而是強(qiáng)迫振動(dòng)。共振法是由低頻信號(hào)發(fā)生器發(fā)生的信號(hào)，除輸入示波器外，另輸入擴(kuò)大機(jī)，將信號(hào)功率經(jīng)擴(kuò)大機(jī)放大后送到激振器由激振器吸動(dòng)葉片按低頻信號(hào)發(fā)生器給定的頻率振動(dòng)。當(dāng)?shù)皖l信號(hào)發(fā)生器給定的頻率與葉片的固有頻率相等時(shí)，從示波器上可看到穩(wěn)定的李沙茹橢圓圖形（見圖二）。此時(shí)低頻信號(hào)發(fā)生器上刻度盤所指示的頻率值即為葉片的自振頻率。3.用便攜式頻譜分析儀測(cè)試單個(gè)葉片、葉片組的自振頻率眾所周知，物體在外力沖擊作用下做自由振動(dòng)，其振動(dòng)的波形由各

6、階自由振動(dòng)的波形疊加而成。鑒于此，我們通過計(jì)算機(jī)采集系統(tǒng)，將葉片在外力作用后的振動(dòng)特性轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，對(duì)其進(jìn)行頻譜分析，獲得葉片的自振頻率。葉片受外力后，傳感器將葉片受外力沖擊后的機(jī)械振動(dòng)信號(hào)轉(zhuǎn)變成電信號(hào)輸入頻譜儀而后通過安裝于便攜式頻譜分析儀內(nèi)的放大器、濾波器和數(shù)據(jù)采集，經(jīng)過放大、濾波、轉(zhuǎn)換后再輸入計(jì)算機(jī)進(jìn)行頻譜分析，從計(jì)算機(jī)顯示屏上顯示的最大振幅下的峰值所對(duì)應(yīng)的準(zhǔn)確值（HZ）即為葉片的固有頻率。（見圖四）圖四 葉片自振頻率測(cè)量系統(tǒng)構(gòu)成示意圖五、實(shí)驗(yàn)儀器的使用方法及注意事項(xiàng)（一）示波器1 示波器面板上各旋鈕的作用（見圖五）：（1）輝度調(diào)節(jié)裝置：順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，輝度增亮，反之，則減弱，直到輝度消失

7、。如果光點(diǎn)長期停在屏幕上不動(dòng)時(shí)，宜將輝度減弱或熄滅，以延長示波管的壽命。（2）聚集調(diào)節(jié)裝置：用以調(diào)節(jié)示波管中電子束的焦距，使其焦點(diǎn)恰好位于屏幕上，此時(shí)顯示的光點(diǎn)應(yīng)成清晰的圓點(diǎn)。（3）x軸位置：調(diào)節(jié)圖形在x軸上的位置，使之左右移動(dòng)。（4）y軸位置：調(diào)節(jié)圖形在y軸上的位置，使之上下移動(dòng)。（5）x軸增幅：調(diào)節(jié)熒光屏上顯示的水平訊號(hào)幅度的大小。（6）y軸增幅：調(diào)節(jié)熒光屏上顯示的垂直訊號(hào)幅度的大小。（7）x軸衰減：從x軸輸入的信號(hào)超過5伏時(shí)，采用10檔；超過50伏時(shí)采用100檔；小于5伏時(shí)采用1檔。（8）x軸衰減：從y軸輸入的信號(hào)超過5伏時(shí)，采用10檔（即衰減1/10）；超過50伏時(shí)采用100檔（即衰減

8、1/100）；小于5伏時(shí)采用1檔（即不衰減），一般拾振器輸出電壓也只有幾十至幾百毫伏，故一般采用一檔。（9）掃描范圍：對(duì)鋸齒波的頻率進(jìn)行粗調(diào)，應(yīng)采用哪一檔要看從y軸輸入的訊號(hào)頻率以及要在熒光屏上顯示n個(gè)完全波形所決定。當(dāng) x 軸輸入外加訊號(hào)不要掃描時(shí)，應(yīng)放在“關(guān)” 檔 , 使掃描發(fā)生器斷路而停止工作。（10）掃描微調(diào)：對(duì)鋸齒波的頻率進(jìn)行微調(diào)，選擇好掃描范圍后再調(diào)節(jié)掃波微調(diào)旋鈕 ,直到熒光屏上顯示所需要的完整波形數(shù)目為止。（11）整步電源：要使熒光屏上顯示的波形固定不動(dòng)，必須將x軸輸入的訊號(hào)與掃描波起整步作用 , 供整步用的電源分下列四檔。“內(nèi)一”：即采用本儀器的內(nèi)部經(jīng)y軸放大器放大后的負(fù)訊號(hào)電

9、壓，接入掃描發(fā)生器作為整步電源?！皟?nèi)十”: 即采用外加整步電源由“整步輸入”接線柱接入。（12）整步調(diào)節(jié)：調(diào)節(jié)整步電源電壓的大小。（13）y 軸和 x 軸訊號(hào)輸入分別由“y 軸輸入”、“x 軸輸入”接線柱接入，另一端接各自的“接地”接線住。（14）如果要試驗(yàn)市電軌跡圖形，可將“y軸輸入”接線柱與“試驗(yàn)電壓”接線柱相連。2. 使用示波器的注意事項(xiàng)：（1）使用前必須將示波器地線接好。（2）電源開關(guān)在機(jī)械下中部開關(guān)接通，指示燈即發(fā)光亮，本機(jī)即處于預(yù)備工作狀態(tài)，預(yù)熱 510 分鐘后即可使用。（3）機(jī)器開啟后 , 如果調(diào)整“輝度”旋鈕，增大亮度，仍看不到輝度，可轉(zhuǎn)動(dòng)“y 軸位置”和“x 軸位置”旋鈕，找

10、到輝點(diǎn)，并將輝點(diǎn)移到中心。（4）調(diào)整聚焦時(shí)，必須先將“y軸增輻”,“ x 軸增幅”旋鈕轉(zhuǎn)到最小位置（指向零）以防交流雜音干擾，調(diào)節(jié)“聚焦”旋鈕，使輝點(diǎn)為一個(gè)直徑不大于 1 毫米的圓點(diǎn)。（5）將被測(cè)訊號(hào)和低頻信號(hào)發(fā)生器訊號(hào)分別接入y軸和x軸輸入接線柱上，并適當(dāng)調(diào)整x軸、y 軸位置，使顯示在熒光屏上的圖形大小、位置適中，便于觀察。（6）要愛護(hù)機(jī)器，不要經(jīng)常開關(guān)電源，因?yàn)闆_擊電源使儀器壽命縮短，熒光屏亮度要適中，并不要被陽光曬到，儀器不要受到過大振動(dòng)。（二）低頻信號(hào)發(fā)生器1. 面板上各旋鈕的作用（見圖六）（1）電壓輸出接線柱。（2）輸出衰減為OdB,20dB,4OdB,60dB,8OdB,8,600

11、,5K, 本實(shí)驗(yàn)輸出放在 8。（3）輸出細(xì)調(diào) : 調(diào)節(jié)輸出電壓的大小。（4）頻段：分為四個(gè)頻段。第一頻段為 20200Hz,第二頻段為2002000Hz, 第三頻段為 220KHz; 第四頻段為20200KHz。（5）調(diào)諧:調(diào)諧頻率,確定頻率值。2. 使用注意事項(xiàng)（1）使用前先開啟電源開關(guān)，接通電源，預(yù)熱 1020 分鐘，待機(jī)器穩(wěn)定之后再使用；（2）輸出電壓的調(diào)節(jié)，以示波器顯示的圖形寬、窄合適為止。(三) 功率放大器功率放大器的作用是：將低頻信號(hào)發(fā)生器產(chǎn)生的信號(hào)功率放大后送到激振器。一般放大器的使用方法及注意事項(xiàng)如下:(l) 功率放大器一般有兩個(gè)電源開關(guān)，即“低壓開關(guān)”和“高壓開關(guān)”。一般是先

12、開“低壓開關(guān)”，待預(yù)熱510分鐘后，再接通“高壓開關(guān)”。在停用時(shí)，先切斷“高壓開關(guān)”, 再切斷“低壓開關(guān)”。（2） 使用前，應(yīng)把“拾音音量”旋鈕旋至最小，低頻信號(hào)發(fā)生器輸出信號(hào)接入“ 拾音”插孔內(nèi)。（3） 選擇適當(dāng)?shù)妮敵鲭妷?，將放大器輸出信?hào)接激振器的動(dòng)圈。（4） 測(cè)頻時(shí)可調(diào)節(jié)“話筒音量”旋鈕，以控制放大器的輸出功率，必要時(shí)，也可增加低頻信號(hào)發(fā)生器的輸出信號(hào)。(四)傳感器本實(shí)驗(yàn)采用YD-8型傳感器。傳感器的作用是：將葉片的機(jī)械振動(dòng)信號(hào)轉(zhuǎn)變成電信號(hào)送入示波器的y軸。(五) 實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)與儀器的調(diào)試1. 大致估計(jì)一下葉片自振頻率，由低頻信號(hào)發(fā)生器給定頻率。將低頻信號(hào)發(fā)生器輸出細(xì)調(diào)旋鈕逆時(shí)針旋至最小位置

13、。電壓輸出衰減旋到最小位置。2. 示波器的衰減旋鈕放在最小位置，掃描范圍旋鈕旋至外接位置。若熒光屏上的光點(diǎn)不居中，可適當(dāng)調(diào)整 y 軸位置和 x 軸位置。3. 將低頻信號(hào)發(fā)生器的輸出細(xì)調(diào)旋鈕順時(shí)針旋之，示波器熒光屏上的光點(diǎn)被拉長至適中距離。4. 用橡皮錘在葉頂上下間歇地敲擊，調(diào)節(jié)低頻信號(hào)發(fā)生器頻率，直至示波器熒光屏上出現(xiàn)穩(wěn)定的李沙茹圖形，即可確定葉片的自振頻率。( 六 ) 自振法與共振法測(cè)試中應(yīng)注意的事項(xiàng)1. 按圖示接好線后，應(yīng)首先請(qǐng)老師檢查后方能開機(jī)實(shí)驗(yàn)。2. 無論是開機(jī)和關(guān)機(jī)都必須首先將低頻信號(hào)發(fā)生器的輸出細(xì)調(diào)放在最小位置。3. 暫時(shí)不用示波器時(shí)，應(yīng)將熒光屏上的光跡調(diào)至最暗。( 七 ) 實(shí)驗(yàn)

14、步驟及數(shù)據(jù)的整理1. 熟悉各種儀器的使用方法。2. 用自振法測(cè)定葉片的固有頻率。3. 用共振法測(cè)定葉片的固有頻率。4. 按實(shí)驗(yàn)要求作好測(cè)試記錄并整理。為保證實(shí)驗(yàn)的順利進(jìn)行，必須在實(shí)驗(yàn)前預(yù)習(xí)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書。實(shí)驗(yàn)做完后，整理出實(shí)驗(yàn)報(bào)告。5. 測(cè)試記錄表。、用常規(guī)測(cè)試法測(cè)試單個(gè)葉片中的固有頻率葉片類型自振法頻率（HZ）共振法頻率(HZ)1號(hào)葉片2號(hào)葉片、用計(jì)算機(jī)采集系統(tǒng)測(cè)試單個(gè)葉片及葉片組的固有頻率葉片類型自振法頻率（HZ）第一次第二次第三次1號(hào)葉片葉片組實(shí)驗(yàn)二 汽輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)靜態(tài)特性的測(cè)試一、汽輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的任務(wù)汽輪機(jī)是汽輪發(fā)電機(jī)組主要設(shè)備之一，由于電能是不能儲(chǔ)存的，但又要必須保證隨時(shí)適應(yīng)電力用戶的需

15、要。因此，汽輪機(jī)裝有調(diào)節(jié)系統(tǒng)，以保證汽輪發(fā)電機(jī)組能根據(jù)用戶的需要提供足夠的、一定質(zhì)量的電力。二、對(duì)調(diào)速系統(tǒng)的要求1調(diào)速系統(tǒng)應(yīng)保證機(jī)組在額定轉(zhuǎn)速下，穩(wěn)定地在滿負(fù)荷范圍內(nèi)運(yùn)行。而且當(dāng)參數(shù)及周波在允許范圍內(nèi)變化時(shí)，也能在額定負(fù)荷至零負(fù)荷范圍內(nèi)運(yùn)行，并保證汽輪發(fā)電機(jī)組順利地并列和解列。2. 為了保證機(jī)組穩(wěn)定運(yùn)行，由于遲滯或其它原因引起的自發(fā)性負(fù)荷變動(dòng)應(yīng)在允許范圍內(nèi)，以保證機(jī)組經(jīng)濟(jì)、安全運(yùn)行。3當(dāng)負(fù)荷變化時(shí)，調(diào)速系統(tǒng)應(yīng)保證機(jī)組平穩(wěn)地由一個(gè)工況過渡到另一個(gè)工況,而不致發(fā)生大的擺動(dòng)或長時(shí)間的擺動(dòng)。4. 當(dāng)機(jī)組甩負(fù)荷到零時(shí)，調(diào)速系統(tǒng)應(yīng)能保證不使危機(jī)保安器動(dòng)作，即維持空負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)。三、調(diào)速的基本原理當(dāng)機(jī)組在某一負(fù)

16、荷下穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)，由于外界某處有一干擾力(負(fù)荷變化或參數(shù)變化),破壞了機(jī)組原來的平衡狀態(tài)，汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速發(fā)生變化。調(diào)速系統(tǒng)將及時(shí)接受這一變化信號(hào)(感應(yīng)機(jī)構(gòu)), 并及時(shí)通過傳動(dòng)、放大機(jī)構(gòu)送到執(zhí)行機(jī)構(gòu)來改變機(jī)組的進(jìn)汽量， 使汽輪機(jī)的主力矩與發(fā)電機(jī)的反力矩達(dá)到一個(gè)新的平衡狀態(tài)，來完成調(diào)節(jié)的任務(wù)。其基本原理見“汽輪機(jī)原理”講義不再重復(fù)。四、調(diào)節(jié)系統(tǒng)靜態(tài)特性的試驗(yàn)方法與步驟由于以上對(duì)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的要求，所以對(duì)調(diào)節(jié)系統(tǒng)要求具備良好的靜態(tài)特性，以掌握機(jī)組的調(diào)節(jié)性能。對(duì)于新安裝的機(jī)組和大修后的機(jī)組都要做靜態(tài)特性試驗(yàn)，觀察特性曲線是否變化，是否合乎設(shè)計(jì)要求。1. 實(shí)驗(yàn)用的設(shè)備、儀器 :（1）實(shí)驗(yàn)臺(tái)系采用北京重型電機(jī)廠生產(chǎn)

17、的 AK-12-2 型汽輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)，它采用離心飛錘式調(diào)速器、回轉(zhuǎn)式油動(dòng)機(jī)、由凸輪軸帶動(dòng)四個(gè)調(diào)節(jié)汽門。此系統(tǒng)為兩級(jí)放大。同步器為手搖式活動(dòng)支點(diǎn)同步器，用改變支點(diǎn)的位置達(dá)到改變特性曲線。（2）交流電動(dòng)油泵：油泵為蝸桿式油泵，供調(diào)節(jié)用油。 電壓：380V；功率：4.5KW 。 （3）直流電動(dòng)機(jī)：用來帶動(dòng)調(diào)整器旋轉(zhuǎn)。電壓：220V；電流：28.5A；轉(zhuǎn)速：5751150 轉(zhuǎn) / 分；功率：75HP(馬力) 1 馬力 =0.746KW；汽輪機(jī)調(diào)速器與直流電機(jī)傳動(dòng)比為 1:3.615 。（4）可控硅傳動(dòng)裝置：用來供直流電動(dòng)機(jī)直流電源并調(diào)整轉(zhuǎn)速。 （5）滑線可變電阻：配合傳動(dòng)柜調(diào)整直流電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速。（6）轉(zhuǎn)

18、速表：手?jǐn)y式光電轉(zhuǎn)速表。（7）位移傳感器：接收滑環(huán)位移信號(hào)。（8）信號(hào)源：指示位移數(shù)值。2. 實(shí)驗(yàn)?zāi)康模海?）測(cè)取調(diào)速系統(tǒng)的靜態(tài)特性曲線 N-n 及感應(yīng)機(jī)構(gòu) n-x、傳動(dòng)放大機(jī)構(gòu)x一、執(zhí)行機(jī)構(gòu)-N的特性曲線；（2）計(jì)算出調(diào)節(jié)系統(tǒng)的速度變動(dòng)率；（3）計(jì)算出調(diào)節(jié)系統(tǒng)的遲緩率；（4）計(jì)算出同步器的上下限富裕行程范圍；（5）觀察調(diào)節(jié)汽門的重疊度。3.實(shí)驗(yàn)方法步驟：（1）清理設(shè)備及環(huán)境衛(wèi)生；（2）盤動(dòng)各轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)械靠背輪，應(yīng)轉(zhuǎn)動(dòng)靈活；（3）檢查油箱油位指示是否正常；（4）合上總電源開關(guān)；（5）起動(dòng)交流電動(dòng)油泵，監(jiān)視油壓指示是否正常；（6）合上控制回路開關(guān)，合上主回路開關(guān)；（7）起動(dòng)直流電動(dòng)機(jī)，監(jiān)視轉(zhuǎn)速上升情況；（8）手動(dòng)調(diào)節(jié)旋鈕，待電壓升至 220V 時(shí)用滑線電阻器將轉(zhuǎn)速升到750轉(zhuǎn)/分，停留一分鐘；（9）將同步器搖到低限位置(11.75mm)；（10）用滑線電阻器繼續(xù)升速，每升10轉(zhuǎn)/分記錄一次轉(zhuǎn)速 n 、油動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)角、滑環(huán)位移 x 等數(shù)值，一直升