一种水轮发电机机架模态测试方法及系统与流程

1.本发明属于水轮发电机机架模态测试技术领域，涉及一种水轮发电机机架模态测试方法及系统。


背景技术：

2.水轮发电机机架作为发电机重要的支撑部件，除具有足够的强度和刚度外，还必须具有良好的动力特性，其模态特性将影响到机组安全性和稳定性。所以能够准确计算出水轮发电机机架自振特性，避开干扰力的频率，以防止发生共振，对机组安全运行将是非常有意义。目前研究水轮发电机机架动态特性的方法基本都是数值模拟的方法，而现有技术中尚未存在一种有效分析水轮发电机机架动态特性一套完整的现场试验方法及计算分析方法。


技术实现要素：

3.本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供了一种水轮发电机机架模态测试方法及系统，该方法及系统能够分析水轮发电机机架的动态特性。
4.为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：
5.本发明一方面，本发明所述的水轮发电机机架模态测试方法，包括：
6.构建水轮发电机机架的三维模型；
7.将所述三维模型导入到模态测试分析软件中；
8.在模态测试分析软件中设定所述三维模型的约束条件、激励点及响应点；
9.根据所述约束条件、激励点及响应点进行现场测试试验，得到现场试验结果；
10.将所述现场试验结果导入到模态测试分析软件中，得到发电机机架的固有频率、阻尼比及模态振型。
11.所述边界条件为：机架各支臂与混凝土承重体之间的连接螺栓。
12.所述现场测试试验所用激励器为激励力锤；
13.所述现场测试试验所用传感器为加速度传感器。
14.所述水轮发电机机架的固有频率分析范围为0-200hz。
15.本发明所述的水轮发电机机架模态测试系统，包括：
16.构建模块，用于构建水轮发电机机架的三维模型；
17.导入模块，用于将所述三维模型导入到模态测试分析软件中；
18.设定模块，用于在模态测试分析软件中设定所述三维模型的约束条件、激励点及响应点；
19.试验模块，用于根据所述约束条件、激励点及响应点进行现场测试试验，得到现场试验结果；
20.分析模块，用于将所述现场试验结果导入到模态测试分析软件中，得到发电机机架的固有频率、阻尼比及模态振型。
21.所述边界条件为：机架各支臂与混凝土承重体之间的连接螺栓。
22.所述现场测试试验所用激励器为激励力锤；
23.所述现场测试试验所用传感器为加速度传感器。
24.所述水轮发电机机架的固有频率分析范围为0-200hz。
25.本发明具有以下有益效果：
26.本发明所述的水轮发电机机架模态测试方法及系统在具体操作时，在模态测试分析软件中进行约束设置，将约束条件与工程实际相结合，能够真实体现机架在工作条件下的实际约束。同时预设测试测点，将机架的实际测点与软件中的预设测点相匹配，能够真实体现机架的固有振型，针对性的确定机架薄弱位置，防止机组运行与机架固有频率产生共振，实现对水轮发电机机架动态特性的分析。
附图说明
27.构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
28.图1为本发明的方法流程图；
29.图2为本发明中三维模型的结构图；
30.图3为本发明中现场试验仪器的原理图。
具体实施方式
31.为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。
32.需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
33.下面结合附图对本发明做进一步详细描述：
34.实施例一
35.参考图1，本发明所述的水轮发电机机架模态测试方法包括以下步骤：
36.1)建立水轮发电机机架的三维模型，并导入模态测试分析软件中；
37.2)在模态测试分析软件中设定所述三维模型的约束条件、激励点及响应点；
38.3)根据设定的约束条件、激励点及响应点进行现场测试试验，得到现场测试结果；所述现场测试试验所用激励器为激励力锤，所用传感器为加速度传感器，试验采集仪为东方所inv3062，数据处理软件采用东方所dasp v11模态分析软件。
39.4)将所述现场测试结果导入到模态测试分析软件中，得到发电机机架的固有频率、阻尼比及模态振型。
40.实施例二
41.参考图1，本实施例以某水电站水轮发电机上导轴承机架为例，具体过程为：
42.1)根据某电站水轮发电机上导轴承机架的尺寸在建模软件中建立机架三维平面模型，其中，通过平面坐标系以及圆柱坐标系中生成机架的几个特征点，将所述机架分为中间连接部分以及支臂部分，将各特征点根据实际机架形状连接成立体结构，最后将支臂与中间连接部分组成机架整体，得到上机架结构模型；
43.2)将所述上机架结构模型的上机架结构导入模态测试分析软件中；
44.3)在模态测试分析软件中，对所述上机架结构模型设定约束条件、激励点及响应点；
45.其中，整体约束为工作条件下上机架正常的工作工况，其中，设置上机架支臂与厂房混凝土为固定连接点，其余部件悬空；
46.激励点为模态试验过程中力锤实际的敲击点，分布于机架各支臂及连接各支臂的圆形结构件的轴向及切向；响应点为加速度传感器的位置，布置在机架上其中一个支臂的轴向及切向。
47.4)针对本实例，选取垂直激励点48个，每个支臂分布6个，水平激励点40个，每个支臂分布5个；布置4个响应点传感器，分别为：垂直方向传感器2个，水平方向传感器2个。
48.5)根据设定的约束条件及参数，进行现场测试试验，得到现场试验结果；
49.在模型内预设位置处布置加速度传感器，随后根据模态测试分析软件中预设的激励点，利用力锤在发电机机架上进行现场敲击试验，将测试结果中力传感器的测量数据及加速度传感器的测量数据保存至模态测试分析软件中，试验仪器连接如图2所示。
50.6)将所述现场试验结果导入到模态测试分析软件中进行后处理，得到发电机机架的固有频率、阻尼比及模态振型。
51.将现场试验数据导入模态分析软件中，首先进行传递函数分析，其次进行模态拟合，确定模态阶数，对机架44个传递函数结果进行平均计算，最后进行模态拟合，通过复模态单自由度拟合方法进行上机架模态拟合，得到发电机上机架的固有频率、阻尼比及模态振型，分析发生共振的频率段为0-200hz。
52.综上所述，在机组的长期运行过程中，本发明能够持续对易发生共振的频率段进行监测，持续关注上机架振动状况。在停机检修前后应对特征点进行模态分析，对比随检修期的数据变化，为水轮机导轴承机架振动强度分析提供有效的现场测试方法及分析方法。
53.实施例三
54.本发明所述的水轮发电机机架模态测试系统，包括：
55.构建模块，用于构建水轮发电机机架的三维模型；
56.导入模块，用于将所述三维模型导入到模态测试分析软件中；
57.设定模块，用于在模态测试分析软件中设定所述三维模型的约束条件、激励点及响应点；
58.试验模块，用于根据所述约束条件、激励点及响应点进行现场测试试验，得到现场试验结果；
59.分析模块，用于将所述现场试验结果导入到模态测试分析软件中；得到发电机机架的固有频率、阻尼比及模态振型。
60.最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求保护范围之内。

技术特征：
1.一种水轮发电机机架模态测试方法，其特征在于，包括：构建水轮发电机机架的三维模型；将所述三维模型导入到模态测试分析软件中；在模态测试分析软件中设定所述三维模型的约束条件、激励点及响应点；根据所述约束条件、激励点及响应点进行现场测试试验，得到现场试验结果；将所述现场试验结果导入到模态测试分析软件中，得到发电机机架的固有频率、阻尼比及模态振型。2.根据权利要求1所述的水轮发电机机架模态测试方法，其特征在于，所述边界条件为：机架各支臂与混凝土承重体之间的连接螺栓。3.根据权利要求1所述的水轮发电机机架模态测试方法，其特征在于，所述现场测试试验所用激励器为激励力锤；所述现场测试试验所用传感器为加速度传感器。4.根据权利要求1所述的水轮发电机机架模态测试方法，其特征在于，所述水轮发电机机架的固有频率分析范围为0-200hz。5.一种水轮发电机机架模态测试系统，其特征在于，包括：构建模块，用于构建水轮发电机机架的三维模型；导入模块，用于将所述三维模型导入到模态测试分析软件中；设定模块，用于在模态测试分析软件中设定所述三维模型的约束条件、激励点及响应点；试验模块，用于根据所述约束条件、激励点及响应点进行现场测试试验，得到现场试验结果；分析模块，用于将所述现场试验结果导入到模态测试分析软件中，得到发电机机架的固有频率、阻尼比及模态振型。6.根据权利要求5所述的水轮发电机机架模态测试系统，其特征在于，所述边界条件为：机架各支臂与混凝土承重体之间的连接螺栓。7.根据权利要求5所述的水轮发电机机架模态测试系统，其特征在于，所述现场测试试验所用激励器为激励力锤；所述现场测试试验所用传感器为加速度传感器。8.根据权利要求5所述的水轮发电机机架模态测试系统，其特征在于，所述水轮发电机机架的固有频率分析范围为0-200hz。

技术总结
本发明公开了一种水轮发电机机架模态测试方法及系统，包括：构建水轮发电机机架的三维模型；将所述三维模型导入到模态测试分析软件中；在模态测试分析软件中设定所述三维模型的约束条件、激励点及响应点；根据所述约束条件、激励点及响应点进行现场测试试验，得到现场试验结果；将所述现场试验结果导入到模态测试分析软件中；得到发电机机架的固有频率、阻尼比及模态振型，该方法及系统能够分析水轮发电机机架的动态特性。电机机架的动态特性。电机机架的动态特性。


技术研发人员：寇林 雷旭乐 杨昭 张灏 马晨原 何信林 翟鹏 孙维鹏 赵道利 王恒 李超 李家海
受保护的技术使用者：西安热工研究院有限公司
技术研发日：2023.04.26
技术公布日：2023/8/1