專利名稱：檢測旋轉機械件熱造成不平衡的方法及實施該方法的裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及旋轉機械領域。它涉及一種按權利要求1前序部分所述用于檢測旋轉機械件由熱造成的彎曲、確切地說是不平衡的方法。此外它還涉及一種用于實施該方法的裝置。
背景技術：
大型渦輪發電機的轉子在裝入定子之前，在生產廠家離心設備上實現轉子冷狀態下的平衡后通常進行稱為“熱態運轉”的檢測。“熱態運轉”會模仿轉子在設備組裝后的正常運行期間出現的由熱造成的不平衡，以便及早發現偏離的振動特性并可以在制造期間進行校正。
轉子由熱造成的彎曲和通過這種可逆和可再生的不平衡所產生的振動以兩種主要作用原理為基礎-轉子達到其名義轉速且轉子繞組例如通過楔塊克服離心力得以保持。
-在這種狀態下，轉子繞組出現延長并引起轉子體和轉子繞組之間的相對運動。
力和質量移動原則上可以引起轉子的平衡狀態的變化。所測量的轉子振動因此改變。這種變化在渦輪發電機運行期間負荷遞增時和電廠功率降低時出現，并可以在單獨的發電機轉子上以規定的“熱態運轉”檢測法進行檢測。
目前使用的檢測方法包括研究平衡轉子的振動特性，該轉子在檢測臺上以額定轉速旋轉，而同時表現預先規定的轉子溫度曲線。平均繞組溫度(MWT)的上升在此通過施加勵磁電流產生，正如它在設備在安裝地點運行期間供電那樣。轉子繞組此后進行冷卻，方法是切斷勵磁系統，并使轉子繼續以額定轉速在通風檢測臺上運行。這種檢測方法雖然非常接近以后運行時產生熱不平衡的作用原理，但是在檢測臺的建造方面需要很大的開支電磁屏蔽、冷卻、激勵系統、足夠的驅動功率以及適用的測量和監測系統。
另一種方法是使轉子首先在離心設備上平衡并然后使其在額定轉速下持續旋轉，直至由于換氣損失(用于提高冷卻介質以及銅溫度的流體動力損失)達到預先規定的平均繞組溫度。這種方法可以過度地持續很長時間，其間無論是轉子體還是繞組均加熱。由此轉子不平衡的幾個重要作用原理沒有重現，依據經驗這會導致這種檢測說服力方面的缺陷。
發明內容
本發明的目的在于，提供一種用于檢測特別是渦輪發電機轉子由熱造成的不平衡的方法以及一種用于實施該方法的裝置，該方法避免以往使用的檢測方法的缺點，且在明顯降低設備開支的同時取得所要求的檢測結果。
該目的通過權利要求1和15的全部特征得以實現。依據本發明方法的特征在于，旋轉機械件或轉子在檢測期間被至少一個封閉的加熱室至少部分地環繞，旋轉機械件或轉子在加熱室內被一種冷卻介質環流和/或者通流，而且旋轉機械件或轉子基本上由旋轉機械件或轉子與循環冷卻介質的相互作用進行加熱。通過這種類型的(固有)加熱特別是可以取消昂貴的電磁作用裝置，而不會削弱結果的說服力。
依據本發明的一種方案，將所要檢測的旋轉機械件或轉子10在第一時間間隔(t0-t1)內加熱到一種更高溫度上，在第二時間間隔(t1-t2)內保持在該更高溫度上并在第三時間間隔(t2-t3)內再從該更高溫度冷卻。所要檢測的旋轉機械件特別是渦輪發電機的轉子，其中，該轉子具有一個轉子繞組，并為了確定轉子的溫度而測量平均繞組溫度。
另一種方案的特征在于，所述轉子具有一個轉子軸和一個在轉子軸的中間部分中構成的、含有一轉子繞組的轉子輥身，轉子輥身被加熱室環繞，而且轉子軸在轉子輥身的兩側上可轉動地支承在各自處于加熱室外部的軸承上。優選的是，為了測量平均繞組溫度而分別測量轉子輥身末端和中間的溫度。本發明另一種方案的特征在于，冷卻介質在轉子輥身的末端上通過一個輸入管路進入到加熱室中，在轉子輥身的端面上軸向流入轉子繞組中，在轉子輥身的圓周上徑向從轉子繞組流出，并通過輸出管路再從加熱室排出。在對轉子于第一時間間隔內進行加熱的期間，從加熱室輸出管路排出的冷卻介質至少部分地為了重新進入到加熱室中而返回至輸入管路，從而通過與旋轉轉子流體動力學的相互作用而不斷加熱。與此相反，在對轉子于第三時間間隔內進行冷卻的期間，向加熱室輸送冷的冷卻介質并排出變熱的冷卻介質。
本發明另一方案的特征在于，加熱室內部軸向劃分成一個用于收集從轉子繞組流出的冷卻介質的流出室和兩個流入室，這兩個流入室在兩端與流出室鄰接并環繞轉子輥身的端面，冷卻介質被輸送到流入室內并從流出室排出。
冷卻介質在此方面可以基本上沿軸向流經轉子繞組。但它也可以基本上沿徑向流經轉子繞組。冷卻介質通過加熱室或轉子繞組的循環可以借助于閥門以簡單方式控制，其中，檢測期間平均繞組溫度的變化受閥門控制的影響。
為調節冷卻介質溫度，可以在冷卻介質流中使用至少一個附加的加熱源。由此可以加速該方法并與此相應縮短流通時間。另外可以提高轉子繞組和轉子輥身之間的溫度梯度，從而可以使檢測條件進一步近似轉子運行時存在的條件。
冷卻介質通過加熱室或轉子繞組的循環也可以借助于至少一個附加的風扇進行影響。
依據本發明的裝置的一種方案的特征在于，該裝置用于渦輪發電機的轉子，該轉子包括一個轉子軸和在轉子軸的中間部分中構成的、含有轉子繞組的轉子輥身，加熱室環繞轉子輥身，而且在加熱室外部在對置的側面上設置用于可轉動地支承轉子軸的軸承。
加熱室最好在內部軸向劃分成至少一個用于收集從轉子流出的冷卻介質的流出室和至少一個流入室，該流入室與流出室鄰接并環繞轉子輥身的端面，確切地說環繞冷卻介質進入轉子的入口，其中，在流入室上連接冷卻介質的輸入管路并在流出室上連接輸出管路。
輸入管路和輸出管路特別是通過可關閉的回流管路連接，在該回流管路里面設置可控閥門。
輸入管路和輸出管路內同樣在回流管路的前面或后面分別設置一個可控閥門。該閥門由一個控制和分析單元根據轉子內由溫度傳感器所測量的溫度的指示進行控制。
下面借助附圖的實施例對本發明進行詳細說明。其中圖1示出了適用于檢測渦輪發電機轉子的加熱室實施例的透視圖(四周封閉室的蓋部件部分去除，以便可以觀察到內部)；圖2示出了圖1的加熱室連同可旋轉支承在轉子檢測臺上的轉子的側視圖；
圖3示出了轉子的轉子繞組兩種可選擇的冷卻方案、即徑向冷卻(上半部分A)和軸向冷卻(下半部分B)的示意局部圖；圖4示出了與圖3類似的視圖，利用圖1的加熱室可以實現的兩種情況，即轉子通過關閉冷卻回路(下半部分B)進行加熱和轉子利用打開冷卻回路(上半部分A)進行冷卻；圖5示出了圖4中閥門控制的非常簡化的線路圖，在取決于轉子上的溫度和借助于中央控制和分析單元測量轉子振動的情況下進行；以及圖6示出依據本發明的振動檢測期間劃分為三個階段的示例性溫度變化曲線。
具體實施例方式
圖4以局部視圖示出了用于檢測渦輪發電機轉子由熱造成的不平衡的裝置。對于中間平面45基本對稱地構成的轉子10僅示出左半部分。可以環繞轉子軸線33旋轉的轉子10具有一個貫通的轉子軸32和一個在轉子軸32中心構成的轉子輥身31，在該轉子輥身里面在軸向分布的槽內敷設轉子繞組34，并利用楔塊35或者類似的部件克服離心力作用地固定。依據圖3和4，一種冷卻介質(空氣或者其它氣體)流經轉子輥身31或轉子繞組34，該冷卻介質在轉子輥身31的端面上通常軸向流入并在轉子輥身31的圓周上再徑向流出(參見圖3和4中的流動箭頭)。所述冷卻可以根據圖3以公知的方式徑向(圖3中的上半部分A)或者軸向(圖3中的下半部分B)進行。但也可以考慮混合方式。
穿過轉子10流動的冷卻介質現在依據本發明用于在振動檢測期間以可控制和調節的方式加熱轉子、保持在一種提高的溫度上并隨后再冷卻。為此依據圖2和4的轉子輥身31被一個為了簡便起見為矩形的加熱室11環繞。圖1示出了這種加熱室11的實施例。那里所示的加熱室11由型材框架15組成，該框架具有蓋板16和門17，用于可以封閉地使外殼完整(圖1中去掉了幾個蓋板16和門17，以便可以看到加熱室11的內部)。加熱室11支承在四個穩固的立柱24上。加熱室11的內部空間分成三個室12、13和14，即，中間的流出室12，與其在軸向上分別連接一個通過隔板18或19隔開的流入室13或14。隔板18、19內各自具有一個圓形的中心開口20或21，轉子輥身31分別利用一個端段穿過開口。流入室13、14具有側面設置的入口23，經過輸入管路(圖4中的39)輸送的冷卻介質通過該入口進入到加熱室11內。流出室12在底部上具有相應的出口22，其上連接冷卻介質的輸出管路(圖4中的40)。
如從圖2所看到的那樣，轉子10利用轉子軸32的末端從加熱室11的兩側軸向伸出，并可轉動地支承在相應的軸承26、27上。在一端(圖2左側)上，轉子軸32與一個傳動軸28連接并通過傳動軸28由一個(未示出的)傳動裝置帶到額定轉速。在另一端上，在轉子軸32上法蘭連接一個具有匯流環29的補充部分，通過該匯流環例如可以借助于安裝在轉子10中心和轉子輥身31末端上的溫度傳感器30或者通過轉子繞組34本身測量轉子繞組的平均繞組溫度MWT。
依據舉例示出轉子繞組軸向冷卻的圖4，通過適當控制冷卻回路來實現圖6所示平均繞組溫度MWT關于時間t的溫度變化曲線。為控制冷卻回路，在輸入管路39和輸出管路40中設有可控的閥門43或44(圖4的下半部分B)。入口管路39和出口管路40同樣通過其中設有可控閥門42的回流管路41而相互連接(圖4中的上半部分A)。在第一時間間隔(t0-t1)內，在轉子10的額定轉速情況下將轉子繞組從一個起始溫度T出發加熱到更高的溫度T+ΔT上。實現這種加熱的方法是，依據圖4下半部分B關閉閥門43和44，并使排出的冷卻介質完全或者盡可能地返回到輸入口。通過轉子與冷卻介質的相互作用而產生的流體動力損失，在封閉的回路內引起對于冷卻介質的不斷加熱，將其傳遞到轉子繞組34上。如果達到提高的溫度T+ΔT，那么在一第二時間間隔(t1-t2)內將所達到的溫度保持恒定，方法是通過增加地打開封閉的冷卻回路來防止繼續加熱。然后在一第三時間間隔(t2-t3)內再從所述更高溫度冷卻，方法是依據圖4上半部分A借助于閥門42將回流管路41關閉，并在同時從轉子繞組34排出變熱的冷卻介質的情況下通過輸送冷的冷卻介質排出熱量。
閥門42、...、44的控制例如依據圖5通過一中央控制和分析單元38進行，該單元在輸入端上連接三個分布地設置在轉子輥身31上的溫度傳感器30。圖6中溫度變化期間在轉子10上出現的由熱造成的振動變化借助于振動傳感器36和37接收，并輸送到控制和分析單元38進行分析。振動傳感器36和37始終成對地用于與轉子軸線33垂直的兩個正交方向，并可以設置在軸承26、27和/或者轉子軸32的末端上。
在依據本發明的加熱室11內，在檢測過程(“熱態運轉”)中的主要步驟和條件如下(1)將轉子10安裝在離心設備上并按照規范平衡。
(2)在轉子10上安裝例如溫度傳感器30，用于在額定轉速(通常為1500...3600U/min)下確定平均繞組溫度MWT。也可以選擇借助于轉子繞組34的電阻變化確定MWT，例如像公知的勵磁電流感應的熱態運轉或者標準運轉試驗。溫度傳感器30也可以用于確定冷卻介質的溫度。
(3)轉子利用加熱室11改造，該加熱室至少環繞轉子10的冷風入口和出口a.所述室必須密封良好，以避免較大的泄漏。
b.冷卻介質的循環體積必須明確限制。
c.所述室可以具有內部劃分的單個流入室和流出室。
d.冷卻介質的流入和流出可以控制(閥門)。
e.加熱的冷卻介質可以受控制地返回到進入口(返回管路)。
(4)對于冷卻階段必須輸送足夠冷的冷卻介質，并排出變熱的冷卻介質。
(5)將轉子帶到并保持在額定轉速。
(6)測量和監測轉子振動、繞組溫度以及入口和出口處和/或室內部的冷卻介質溫度。
(7)所述冷風輸入、熱量排出和可能的返回根據對于繞組溫度、檢測數據和必要時冷風溫度的說明來進行控制。在此方面如圖4虛線框所示也可以使用輔助裝置，如附加的加熱源25(例如熱交換器、加熱器、燃燒器等)或者風扇46。
附圖標記列表10 轉子11 加熱室12 流出室13、14 流入室15 框架16 蓋板17 門18、19 隔板20、21 開口22 出口23 入口24 支柱25 加熱源26、27 軸承28 傳動軸29 匯流環30 溫度測量傳感器(可選擇，參見第10頁的說明)31 轉子輥身32 轉子軸33 轉子軸線34 轉子繞組35 楔塊36、37 振動傳感器38 控制和分析單元39 輸入管路；入口側40 輸出管路；出口側41 回流管路42、...、44閥門45 中間平面46 風扇
權利要求
1.用于檢測特別是一渦輪發電機轉子(10)的這種旋轉機械件的由熱造成的不平衡的方法，在該方法中，將在正常溫度下平衡的旋轉機械件或轉子(10)在拆卸狀態下首先置于并保持在額定轉速上，而其溫度變化并同時測量旋轉機械件或轉子(10)瞬間產生的振動變化，其特征在于，旋轉機械件或轉子(10)在檢測期間至少部分被至少一個封閉的加熱室(11)環繞，旋轉機械件或轉子(10)在加熱室(11)內被冷卻介質環流和/或通流，而且旋轉機械件或轉子(10)的加熱基本上通過來自旋轉機械件或轉子(10)與循環冷卻介質相互作用的流體動力損失來產生。
2.按權利要求1所述的方法，其特征在于，將所要檢測的旋轉機械件或轉子(10)在一第一時間間隔(t0-t1)內加熱到一更高的溫度上，在一第二時間間隔(t1-t2)內保持在該更高溫度上，并在一第三時間間隔(t2-t3)內再從該更高溫度冷卻。
3.按權利要求1或2所述的方法，其特征在于，所要檢測的旋轉機械件為渦輪發電機的轉子(10)，該轉子(10)具有一轉子繞組(34)，并為了確定轉子(10)的溫度而測量轉子繞組(34)的平均繞組溫度。
4.按權利要求3所述的方法，其特征在于，所述轉子(10)具有一轉子軸(32)以及一在轉子軸(32)的中間部分中構成的、含有轉子繞組(34)的轉子輥身(31)，轉子輥身(31)被加熱室(11)環繞，而且轉子軸(32)在轉子輥身(31)兩側上可轉動地支承在分別處于加熱室(11)外面的軸承(26、27)上。
5.按權利要求3或4所述的方法，其特征在于，為測量平均繞組溫度，分別測量轉子輥身(31)末端和中間的溫度。
6.按權利要求3至5之一所述的方法，其特征在于，所述冷卻介質在轉子輥身(31)末端上通過輸入管路(39)進入加熱室(11)，在轉子輥身(31)端面上軸向流入到轉子繞組(34)中，在轉子輥身(31)的圓周上徑向地從轉子繞組(34)流出，并通過一輸出管路(40)再從加熱室(11)排出。
7.按權利要求6所述的方法，其特征在于，在對于所述轉子(10)在第一時間間隔(t0-t1)內的加熱期間，將從加熱室(11)排出的冷卻介質由輸出管路(40)至少部分地為了重新進入加熱室(11)中而返回到輸入管路(39)。
8.按權利要求6所述的方法，其特征在于，在對于所述轉子(10)在第三時間間隔(t2-t3)內的冷卻期間，向加熱室(11)輸送冷的冷卻介質，并排出已加熱的冷卻介質。
9.按權利要求6至8之一所述的方法，其特征在于，所述加熱室(11)內部在軸向上劃分成至少一個用于收集從轉子繞組(34)流出的冷卻介質的流出室(12)和至少一個流入室(13、14)，該流入室與流出室(12)鄰接并環繞轉子輥身(31)的端面，確切地說環繞冷卻介質進入轉子(10)的入口，冷卻介質被輸送到流入室(13、14)內并被從流出室(12)排出。
10.按權利要求6至9之一所述的方法，其特征在于，所述冷卻介質基本上軸向流經轉子繞組(34)。
11.按權利要求6至9之一所述的方法，其特征在于，所述冷卻介質基本上徑向流經轉子繞組(34)。
12.按權利要求3至11之一所述的方法，其特征在于，所述冷卻介質通過加熱室(11)或轉子繞組(34)的循環借助于閥門(42、...、44)來控制，而且檢測期間平均繞組溫度的變化受閥門(42...、44)控制的影響。
13.按權利要求3至11之一所述的方法，其特征在于，為調節冷卻介質溫度，在冷卻介質流中使用至少一個附加的加熱源(25)。
14.按權利要求3至11之一所述的方法，其特征在于，所述冷卻介質通過加熱室(11)或轉子繞組(34)的循環借助于至少一個附加的風扇(46)影響。
15.用于實施權利要求1所述方法的裝置，包括第一機構(26、27)，其用于可轉動地支承旋轉機械件或轉子(10)；第二機構(28)，其用于將旋轉支承在第一機構中的機械件或轉子(10)驅動到額定轉速；第三機構(29、30、38)，其用于測量旋轉機械件或轉子(10)的溫度；第四機構(36、37、38)，其用于測量旋轉機械件或轉子(10)的振動；以及第五機構(12、13、18、19、39、40)，其用于利用一種流動的冷卻介質冷卻旋轉的機械件或轉子(10)，其特征在于，旋轉的機械件或轉子(10)至少部分地由至少一個封閉的加熱室(11)環繞，通過該加熱室使冷卻介質從一入口側(39)流向一出口側(40)。(說明參閱權利要求19)
16.按權利要求15所述的裝置，其特征在于，該裝置用于一渦輪發電機的轉子(10)，該轉子(10)包括一個轉子軸(32)和一個在該轉子軸(32)的中間部分中構成的、含有一轉子繞組(34)的轉子輥身(31)，加熱室(11)環繞轉子輥身(31)，而且在加熱室(11)外面在相對置的側面上設置用于可轉動地支承轉子軸(32)的軸承(26、27)。
17.按權利要求16所述的裝置，其特征在于，所述加熱室(11)在內部軸向上劃分成至少一個用于收集從轉子(10)流出的冷卻介質的流出室(12)和至少一個流入室(13、14)，該流入室與流出室(12)鄰接并環繞轉子輥身(31)的端面，確切地說環繞冷卻介質進入轉子(10)的入口，而且在流入室(13、14)上連接用于冷卻介質的輸入管路(39)，并在流出室(12)上連接輸出管路(40)。
18.按權利要求17所述的裝置，其特征在于，輸入管路(39)和輸出管路(40)通過一可關閉的回流管路(41)連接。
19.按權利要求18所述的裝置，其特征在于，在所述回流管路(41)內設置一可控閥門(42)。
20.按權利要求18所述的裝置，其特征在于，在所述輸入管路(39)和輸出管路(40)內在回流管路(41)的前面或后面分別設置一可控閥門(43、44)。
21.按權利要求19或20所述的裝置，其特征在于，所述閥門(42、...、44)由控制和分析單元(38)根據在轉子(10)內所測量溫度的說明進行控制。
22.按權利要求17至21之一所述的裝置，其特征在于，在冷卻介質流內設置至少一個附加的加熱源(25)。
23.按權利要求18至23之一所述的裝置，其特征在于，為支持冷卻介質流設置至少一個附加的風扇(46)。
全文摘要
本發明涉及一種用于檢測特別是渦輪發電機轉子(10)的旋轉機械件的由熱造成的不平衡的方法，將在正常溫度下平衡的旋轉機械件或轉子(10)在拆卸狀態下首先置于并保持在額定轉速上，而其溫度變化并同時測量旋轉機械件或轉子(10)瞬間產生的振動變化。檢測裝置的簡單結構可以由此實現，即旋轉機械件或轉子(10)在檢測期間至少部分地被一個封閉的加熱室(11)環繞，旋轉機械件或轉子(10)在加熱室(11)內被冷卻介質環流和/或通流，而且旋轉機械件或轉子(10)的加熱基本上通過來自旋轉機械件或轉子(10)與循環冷卻介質相互作用的流體動力損失來產生。
文檔編號G01M1/14GK1847815SQ200610084050
公開日2006年10月18日 申請日期2006年4月13日 優先權日2005年4月13日
發明者E·J·奧布爾拉特, L·布雷吉, A·J·霍爾姆斯, G·S·克萊因, E·韋特, M·C·韋里耶 申請人:阿爾斯托姆科技有限公司
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