汽轮机实验指导书

1、实验一 汽轮机叶片静频率的测试在电厂中，汽轮机是发电厂设备中主要的设备之一，由于叶片损坏造成的事故停机占汽轮机事故的70% 以上，国内外发电厂常有因汽轮机叶片损坏事故停电、停产造成巨大的经济损失。为了保证叶片在汽轮机运行中的安全，防止叶片因共振而损坏，需要知道叶片的自振频率。在现场，常用实测法测定叶片的自振。对于新投运的机组，应较全面地测定各级叶片的各种振型的自振频率。考虑在运行过程中，叶片的安装状况可能发生变化，以及因冲蚀、腐蚀、结垢、及损坏等原因，均将影响到叶片的自振频率。因此，在每次大修时应对叶片的切向Ao型（无节点）的自振频率进行测定、校核，确保叶片的安全运行。利用叶片自振频率的测定，

2、根据叶片的自振频率有无变化，亦可以发现叶片有无隐藏裂纹损伤。常用的测试单个叶片静频率的方法有：1. 自由振动法简称“自振法”；2. “共振法”或称激振法。一、实验仪器1.Xj4630型慢扫描示波器 2.XD7型低频信号发生器 3.jkl-50W型扩大器 4.YD-8型传感器 5.FSA-C型便携式频谱分析仪6.微机二、实验目的1. 掌握自振法及共振法测定叶片频率和判别振型的基本方法；2. 通过实验，加深理解单个叶片的振动特性以及叶根紧力对自振频率的影响；3. 掌握测试仪器的使用方法。三、实验要求1. 用自振法测定叶片的自振频率，并观察不同频率下的李沙茹图形。2. 用共振法测定叶片的自振频率，判

3、别振型，并观察叶根紧力对振动的影响。3. 用计算机采集系统（其中包括微机和便携式频谱分析仪）采用自振法测定单个叶片的固有频率和叶片组的固有频率。四、实验方法本实验采用自振法、共振法这两种方法测定叶片的静频率。 1. 自振法：用自振法测定叶片的自振频率的原理图 ( 见图一)。13实验时,用橡皮锤轻轻敲击叶片, 则叶片将以一种最容易产生的振动型式作自由衰减振动。通常为切向Ao型振动，用拾振器将叶片的机械振动信号送至阴极示波器的垂直轴 (y) 轴。同时将低频信号发生器产生的频率信号送至示波器的水平轴 (x) 轴。一边用橡皮锤敲击叶片，一边调节低频信号发生器的频率数值，当示波器的荧光屏上出现稳定的李沙

4、茹图形( 见图二 )时，低频信号发生器上的频率读数即为叶片的自振频率或它的整数倍。例如：当示波器上出现稳定的椭圆形图形时，说明垂直输入和水平输入的频率相等，这时的低频信号发生器刻度盘上所指示的频率数值即为叶片的自振频率。就其叶片的自振频率 (或称固有频率) 仅有一个频率值。现在的新型测频仪表，由拾振器将信号输入仪表后，即可直接用数字显示出叶片的自振频率，这种仪表适用于较长的叶片。自振法是一种简单、准确和能迅速测定自振频率的方法。但由于叶片的高频自由振动不易发生，即使发生，振幅也很小、消失也快，故难以用自振法测定，更难以区分其振型。所以，自振法多用于测定中、长叶片的Ao型振动。2. 共振法用共振

5、法测定叶片自振频率原理图( 见图三 ) 。 共振法与自振法的不同点即为叶片所受的激振力不是敲击产生的，而是用激振器激发和维持的；另外,就是叶片产生的振动不是自由衰减振动，而是强迫振动。共振法是由低频信号发生器发生的信号，除输入示波器外，另输入扩大机，将信号功率经扩大机放大后送到激振器由激振器吸动叶片按低频信号发生器给定的频率振动。当低频信号发生器给定的频率与叶片的固有频率相等时，从示波器上可看到稳定的李沙茹椭圆图形（见图二）。此时低频信号发生器上刻度盘所指示的频率值即为叶片的自振频率。3.用便携式频谱分析仪测试单个叶片、叶片组的自振频率众所周知，物体在外力冲击作用下做自由振动，其振动的波形由各

6、阶自由振动的波形叠加而成。鉴于此，我们通过计算机采集系统，将叶片在外力作用后的振动特性转换为数字信号，对其进行频谱分析，获得叶片的自振频率。叶片受外力后，传感器将叶片受外力冲击后的机械振动信号转变成电信号输入频谱仪而后通过安装于便携式频谱分析仪内的放大器、滤波器和数据采集，经过放大、滤波、转换后再输入计算机进行频谱分析，从计算机显示屏上显示的最大振幅下的峰值所对应的准确值（HZ）即为叶片的固有频率。（见图四）图四 叶片自振频率测量系统构成示意图五、实验仪器的使用方法及注意事项（一）示波器1 示波器面板上各旋钮的作用（见图五）：（1）辉度调节装置：顺时针转动，辉度增亮，反之，则减弱，直到辉度消失

7、。如果光点长期停在屏幕上不动时，宜将辉度减弱或熄灭，以延长示波管的寿命。（2）聚集调节装置：用以调节示波管中电子束的焦距，使其焦点恰好位于屏幕上，此时显示的光点应成清晰的圆点。（3）x轴位置：调节图形在x轴上的位置，使之左右移动。（4）y轴位置：调节图形在y轴上的位置，使之上下移动。（5）x轴增幅：调节荧光屏上显示的水平讯号幅度的大小。（6）y轴增幅：调节荧光屏上显示的垂直讯号幅度的大小。（7）x轴衰减：从x轴输入的信号超过5伏时，采用10档；超过50伏时采用100档；小于5伏时采用1档。（8）x轴衰减：从y轴输入的信号超过5伏时，采用10档（即衰减1/10）；超过50伏时采用100档（即衰减

8、1/100）；小于5伏时采用1档（即不衰减），一般拾振器输出电压也只有几十至几百毫伏，故一般采用一档。（9）扫描范围：对锯齿波的频率进行粗调，应采用哪一档要看从y轴输入的讯号频率以及要在荧光屏上显示n个完全波形所决定。当 x 轴输入外加讯号不要扫描时，应放在“关” 档 , 使扫描发生器断路而停止工作。（10）扫描微调：对锯齿波的频率进行微调，选择好扫描范围后再调节扫波微调旋钮 ,直到荧光屏上显示所需要的完整波形数目为止。（11）整步电源：要使荧光屏上显示的波形固定不动，必须将x轴输入的讯号与扫描波起整步作用 , 供整步用的电源分下列四档。“内一”：即采用本仪器的内部经y轴放大器放大后的负讯号电

9、压，接入扫描发生器作为整步电源。“内十”: 即采用外加整步电源由“整步输入”接线柱接入。（12）整步调节：调节整步电源电压的大小。（13）y 轴和 x 轴讯号输入分别由“y 轴输入”、“x 轴输入”接线柱接入，另一端接各自的“接地”接线住。（14）如果要试验市电轨迹图形，可将“y轴输入”接线柱与“试验电压”接线柱相连。2. 使用示波器的注意事项：（1）使用前必须将示波器地线接好。（2）电源开关在机械下中部开关接通，指示灯即发光亮，本机即处于预备工作状态，预热 510 分钟后即可使用。（3）机器开启后 , 如果调整“辉度”旋钮，增大亮度，仍看不到辉度，可转动“y 轴位置”和“x 轴位置”旋钮，找

10、到辉点，并将辉点移到中心。（4）调整聚焦时，必须先将“y轴增辐”,“ x 轴增幅”旋钮转到最小位置（指向零）以防交流杂音干扰，调节“聚焦”旋钮，使辉点为一个直径不大于 1 毫米的圆点。（5）将被测讯号和低频信号发生器讯号分别接入y轴和x轴输入接线柱上，并适当调整x轴、y 轴位置，使显示在荧光屏上的图形大小、位置适中，便于观察。（6）要爱护机器，不要经常开关电源，因为冲击电源使仪器寿命缩短，荧光屏亮度要适中，并不要被阳光晒到，仪器不要受到过大振动。（二）低频信号发生器1. 面板上各旋钮的作用（见图六）（1）电压输出接线柱。（2）输出衰减为OdB,20dB,4OdB,60dB,8OdB,8,600

11、,5K, 本实验输出放在 8。（3）输出细调 : 调节输出电压的大小。（4）频段：分为四个频段。第一频段为 20200Hz,第二频段为2002000Hz, 第三频段为 220KHz; 第四频段为20200KHz。（5）调谐:调谐频率,确定频率值。2. 使用注意事项（1）使用前先开启电源开关，接通电源，预热 1020 分钟，待机器稳定之后再使用；（2）输出电压的调节，以示波器显示的图形宽、窄合适为止。(三) 功率放大器功率放大器的作用是：将低频信号发生器产生的信号功率放大后送到激振器。一般放大器的使用方法及注意事项如下:(l) 功率放大器一般有两个电源开关，即“低压开关”和“高压开关”。一般是先

12、开“低压开关”，待预热510分钟后，再接通“高压开关”。在停用时，先切断“高压开关”, 再切断“低压开关”。（2） 使用前，应把“拾音音量”旋钮旋至最小，低频信号发生器输出信号接入“ 拾音”插孔内。（3） 选择适当的输出电压，将放大器输出信号接激振器的动圈。（4） 测频时可调节“话筒音量”旋钮，以控制放大器的输出功率，必要时，也可增加低频信号发生器的输出信号。(四)传感器本实验采用YD-8型传感器。传感器的作用是：将叶片的机械振动信号转变成电信号送入示波器的y轴。(五) 实验系统与仪器的调试1. 大致估计一下叶片自振频率，由低频信号发生器给定频率。将低频信号发生器输出细调旋钮逆时针旋至最小位置

13、。电压输出衰减旋到最小位置。2. 示波器的衰减旋钮放在最小位置，扫描范围旋钮旋至外接位置。若荧光屏上的光点不居中，可适当调整 y 轴位置和 x 轴位置。3. 将低频信号发生器的输出细调旋钮顺时针旋之，示波器荧光屏上的光点被拉长至适中距离。4. 用橡皮锤在叶顶上下间歇地敲击，调节低频信号发生器频率，直至示波器荧光屏上出现稳定的李沙茹图形，即可确定叶片的自振频率。( 六 ) 自振法与共振法测试中应注意的事项1. 按图示接好线后，应首先请老师检查后方能开机实验。2. 无论是开机和关机都必须首先将低频信号发生器的输出细调放在最小位置。3. 暂时不用示波器时，应将荧光屏上的光迹调至最暗。( 七 ) 实验

14、步骤及数据的整理1. 熟悉各种仪器的使用方法。2. 用自振法测定叶片的固有频率。3. 用共振法测定叶片的固有频率。4. 按实验要求作好测试记录并整理。为保证实验的顺利进行，必须在实验前预习实验指导书。实验做完后，整理出实验报告。5. 测试记录表。、用常规测试法测试单个叶片中的固有频率叶片类型自振法频率（HZ）共振法频率(HZ)1号叶片2号叶片、用计算机采集系统测试单个叶片及叶片组的固有频率叶片类型自振法频率（HZ）第一次第二次第三次1号叶片叶片组实验二 汽轮机调节系统静态特性的测试一、汽轮机调节系统的任务汽轮机是汽轮发电机组主要设备之一，由于电能是不能储存的，但又要必须保证随时适应电力用户的需

15、要。因此，汽轮机装有调节系统，以保证汽轮发电机组能根据用户的需要提供足够的、一定质量的电力。二、对调速系统的要求1调速系统应保证机组在额定转速下，稳定地在满负荷范围内运行。而且当参数及周波在允许范围内变化时，也能在额定负荷至零负荷范围内运行，并保证汽轮发电机组顺利地并列和解列。2. 为了保证机组稳定运行，由于迟滞或其它原因引起的自发性负荷变动应在允许范围内，以保证机组经济、安全运行。3当负荷变化时，调速系统应保证机组平稳地由一个工况过渡到另一个工况,而不致发生大的摆动或长时间的摆动。4. 当机组甩负荷到零时，调速系统应能保证不使危机保安器动作，即维持空负荷运转。三、调速的基本原理当机组在某一负

16、荷下稳定运行时，由于外界某处有一干扰力(负荷变化或参数变化),破坏了机组原来的平衡状态，汽轮机转速发生变化。调速系统将及时接受这一变化信号(感应机构), 并及时通过传动、放大机构送到执行机构来改变机组的进汽量， 使汽轮机的主力矩与发电机的反力矩达到一个新的平衡状态，来完成调节的任务。其基本原理见“汽轮机原理”讲义不再重复。四、调节系统静态特性的试验方法与步骤由于以上对调节系统的要求，所以对调节系统要求具备良好的静态特性，以掌握机组的调节性能。对于新安装的机组和大修后的机组都要做静态特性试验，观察特性曲线是否变化，是否合乎设计要求。1. 实验用的设备、仪器 :（1）实验台系采用北京重型电机厂生产

17、的 AK-12-2 型汽轮机调节系统，它采用离心飞锤式调速器、回转式油动机、由凸轮轴带动四个调节汽门。此系统为两级放大。同步器为手摇式活动支点同步器，用改变支点的位置达到改变特性曲线。（2）交流电动油泵：油泵为蜗杆式油泵，供调节用油。 电压：380V；功率：4.5KW 。 （3）直流电动机：用来带动调整器旋转。电压：220V；电流：28.5A；转速：5751150 转 / 分；功率：75HP(马力) 1 马力 =0.746KW；汽轮机调速器与直流电机传动比为 1:3.615 。（4）可控硅传动装置：用来供直流电动机直流电源并调整转速。 （5）滑线可变电阻：配合传动柜调整直流电动机转速。（6）转

18、速表：手携式光电转速表。（7）位移传感器：接收滑环位移信号。（8）信号源：指示位移数值。2. 实验目的：（1）测取调速系统的静态特性曲线 N-n 及感应机构 n-x、传动放大机构x一、执行机构-N的特性曲线；（2）计算出调节系统的速度变动率；（3）计算出调节系统的迟缓率；（4）计算出同步器的上下限富裕行程范围；（5）观察调节汽门的重叠度。3.实验方法步骤：（1）清理设备及环境卫生；（2）盘动各转动机械靠背轮，应转动灵活；（3）检查油箱油位指示是否正常；（4）合上总电源开关；（5）起动交流电动油泵，监视油压指示是否正常；（6）合上控制回路开关，合上主回路开关；（7）起动直流电动机，监视转速上升情况；（8）手动调节旋钮，待电压升至 220V 时用滑线电阻器将转速升到750转/分，停留一分钟；（9）将同步器摇到低限位置(11.75mm)；（10）用滑线电阻器继续升速，每升10转/分记录一次转速 n 、油动机转角、滑环位移 x 等数值，一直升