文档介绍：运用 LMS 振动采集仪进行汽轮发电机基础振动试验研究
邵晓岩1 屈铁军2 周建章2
(青岛科而泰环境控制技术有限公司1,北方工业大学2,华东电力设计院3)
[摘要]:本文作者运用 LMS 国际公司的振动信号分析仪,对某电厂 660MW 超超临界汽轮发电机基础进行了振动特性
的试验研究。通过测试分析得到了该基础的结构动力特性,即:自振频率、振型及阻尼比。
关键词:LMS 振动分析动力特性
1 概述
某电厂的 660MW 汽轮发电机基础是建立在吸收国外 1000MW 汽机基础外型图的基
础上进行设计的,因此设备厂家所提供的初步设计尺寸中柱子截面尺寸较小,为了防止基
础在运行中发生柱子水平向振动偏大的现象,设计院在设计中将中间平台的设计由直接从
底板支撑与柱相脱离改为与柱相联,通过平台与柱的相联对柱子起到一定的约束作用,从
而改善柱子振动偏大的现象。
按我国电力的设计规定“首次采用的 600MW 机组基础宜进行基础的模型试验”及本
工程初步设计的要求,为保证汽机基础运行良好,按相关规定应进行基础的模型试验,对
初步的研究成果和设计方案的合理性进行验证,从而达到验证设计计算的可靠度,为设计
提供可靠的选型依据的目的,为机组安全运行提供可靠的保证。
图 1 是钢筋混凝土平台方案的外型图。
1
图 1-1 基础的顶板平面图
2
图 1-2 基础的纵剖面图
3
图 1-3 基础的二层平台
4
鉴于试验的重要性,我们决定采用目前国际上最先进的振动信号分析系统——LMS
公司的 SCADASIII 进行试验。
2 模型的相似关系
基础模型的结构型式与原型完全一样,只是几何尺寸是原型的 1/10,即几何相似比
Cl=Lr/Lm=10(下标r为原型,m为模型),通过相似理论可推导出与振动有关的其它物理量
的相似关系。
设计基础采用的砼强度等级为C40,弹性模量Er=32500MPa,砼材料的质量密度
3
Cr= ,根据模型制作中分不同阶段保留的标准立方体强度试块,得出模型实际砼的
平均弹性模量Em=32500 MPa,模型的质量密度与原型相同,即ρm =,则:
材料密度相似比 Cρ=ρr/ρm=1;
材料弹性模量相似比 Ce=Er/Em=1;
刚度相似比 Ck=CeCl=10;
3
质量相似比 CP=CρCl =1000;
C C
自振频率相似比 k k
Cf = = 3 =1/10
Cm ρ
力相似比 CF=CkCl=100
lk
振动线位移相似比 CA = β= β=Clβ
Ck Ck
式中:β为动力放大系数,且β=1,所以CA=Cl=10;
加速度传递函数的相似比
C 1 1
2 k 。
CH=Ca/CF=Cf CA/CkCl= 3 Cl ⋅= 3 =1/1000
lk ρ
基础的模型制作在北方工业大学结构实验室的试验平台上,基础的底板为刚性地基,
与实际中基础的情况相似。
在 1/10 钢筋砼基础模型的设计中,模型基础的配筋率是根据原型基础的配筋率确定
的。基础分三次浇灌,即按底板、二层平台以下,二层平台以上的顺序施工浇灌混凝土。
照片 1 展示了制作完成的模型。
5
照片 1 660MW 汽轮发电机基础模型
3 试验方法
此次试验方法采用双点空间激振、多点空间测量的方法,即选两个点作为激振点,激
振方向分别为垂直(Z)向、水平(XY)向,测试中响应的拾振点根据测点布置原则为多个测
点,并在空间激振的状况下分别进行垂直(Z)及水平(X、Y)向的测试。
激振信号为猝发随机(或暂态随机)激振信号,由动态信号分析仪输出猝发随机激振信
号,通过功率放大器传递到激振器,由激振器进行激振,激振力作用在被测结构上,其力
信号及响应信号分别由力传感器及加速度传感器传输到动态信号分析仪,得到用来后续分
析的传递函数。图 2 是其试验流程图。
6
图 2 试验流程图
猝发随机信号起始时是个纯随机信号的一个子样,过一段时间后即降为零,以便使响
应在观察时间窗终了之前衰减为零。其频谱具有随机的幅值和相位,能量在感兴趣的整个
频带上都有分布。猝发随机具有周期随机的一切有点,它可以最大限度减小泄漏误差,能
给出非线性系统的最佳线性近似。猝发随机信号的信噪比和峰值有效值比都比较好,频带
容易控制。试验中为了进一步的提高信噪比,采用了 60 次平均。
4 试验所用的硬件及软件
表 1 是此次试验所使用的仪器及其性能指标。
表 1 试验仪器的硬件及