基于气隙动态测量技术的定转子变形评价方法研究

摘要

气隙是发电机的一个重要参数，减小气隙可以提高发电机的效率，但气隙值过小又有可能导致造成定、转子碰撞事故，反而降低了设备的利用率；另一方面，定转子的变形会造成局部气隙减小，破坏原机组的磁路线，进而有可能形成磁振动，增大机组的振动，恶化机组的运行工况。如果长期处在这种工况下，将给机组结构造成无法预知的破坏。因此，气隙的设计控制和在线监测发电机的气隙，对确保发电机组的安全运行是十分必要的。本文对气隙的测量技术、定转子的变形评价方法进行了研究，完成了以下的工作： 研究了气隙的测量技术。一般说气隙的测量有静态测量和动态测量两种方法。研究认为静态测量法不能真正反映发电机在运行工况下气隙的实际变化情况。而近年来发展起来的气隙动态测量技术，可以完成诸如定转子变形、定转子的同心度、磁轭的变化情况、定转子的振动频率和幅值等的测量和分析，为进一步开展定、转子变形分析与评价的研究奠定了基础。 研究分析了发电机气隙测量的大量资料，提出了定转子变形的评价方法。利用气隙测量系统采集得到的数据，通过对机组振动分析方法的研究，结合水轮发电机组的运行特点和故障机理提出几组用于评价转子机械变形、定子热变形和结构变形的“量化评价参数”。 通过现场试验实际验证了提出的“量化评价参数”的合理性。利用气隙在线监测系统的数据，采用提出的“量化评价参数”并结合趋势分析技术，根据发电机定、转子变形量的大小，进一步分析了变形量与结构、振动之间的关系，为最终给出诊断提供基础。使用结果表明：利用量化评价参数既可以避免由于定性描述带来的不确定性，同时由于这些指标与各个故障对应关系很直接，也非常易于实现诊断，可以作为机组状态监测和故障诊断所依据的主要参数之一，有助于为现场的工程师提供理论论据。

目录

文摘

英文文摘

声明

1绪论

1.1本课题研究背景及意义

1.2国内外在线监测技术和气隙监测技术的情况

1.2.1国内外在线监测技术的情况

1.2.2国内外气隙监测技术的情况

1.2.3在线监测信号分析方法的发展简述

1.2.4气隙监测系统的基本模式

1.2.5气隙监测系统目前存在的问题

1.3本课题的主要研究内容

2水轮发电机组振动理论及振动故障特征

2.1水轮发电机组振动理论

2.2水轮发电机组振源

2.3水轮发电机组常见振动故障特征

2.3.1电磁因素引起的机组振动及特征

2.3.2水力因素引起的机组振动及特征

2.3.3机械因素引起的机组振动及特征

2.3.4气隙变化引起的振动及其它故障

2.4本章小结

3在线监测系统的现场实现、信号识别和信号分析

3.1水电机组在线监测系统的现场实现

3.1.1水电机组在线监测系统的功能设计

3.1.2水电机组在线监测系统与测点设计的关系

3.2水电机组的振动故障识别的方法

3.2.1水电机组的振动故障的机理

3.2.2水电机组的振动故障的识别

3.3在线监测系统中采用的各类分析方法

3.3.1离散傅里叶变换和快速傅里叶变换

3.3.2栅栏效应与加窗

3.3.3数字滤波器

3.3.4相关函数分析

3.3.5功率谱估计相关函数分析

3.3.6频响函数和相干函数估计

3.3.7倒频谱分析

3.4本章小节

4评价转子机械变形、定子变形及定子位移的量化指标

4.1建立定转子变形评价指标的基本思路

4.2定转子变形评价指标的建立

4.2.1转子机械变形评价指标

4.2.2定子热变形评价指标

4.2.3定子结构变形评价指标

4.3本章小结

5试验研究

5.1气隙监测系统采用的分析工具

5.1.1定转子空气间隙状态分析专用分析工具

5.1.2磁通量专用分析工具

5.2变形评价应用实例

5.2.1转子机械变形分析评价实例

5.2.2定子热变形分析评价实例

5.2.3定子结构变形分析评价实例

5.3本章小结

6结束语

6.1本课题取得的主要成果

6.2本课题存在的不足与展望

致谢

参考文献

在校期间所发表的论文