涡轮机的动态测量

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Zdenek Kubin, Research & Development, SKODA Power a.s., Czech Republic
Séverine Colas, Oros application engineer


斯柯达动力公司（SKODA POWER）是发电设备的重要供应商，需要对其蒸汽涡轮机进行模态测试。他们分别进行了虚拟计算和实际测试。

应用目的   - 根据虚拟和实测结果，确定叶片的振动模态。 - 寻求一种方法，可以确定涡轮转盘在轴向、切向和扭振激励作用下的正确模态振型.

本应用记录描述了为获取正确的结果所采用的硬件安装方法、不同的测试和分析方法。

单个叶片的模态分析

叶片长1220mm，有两个对外连接点（shroud 和 tie boss）。

实验测试，使用的OROS的分析仪和Modal2 模态软件，模拟和实测结果比较吻合。

振动模态识别

设备： OROS分析仪激活17个输入通道，分别连接14个应变片，1个热电偶，1个电磁激励和1个转速探头。1个滑环和1个1/4桥应变放大器。通过交直流转换，实现动态和静态激励。

第一步：坎贝尔图（Campbell diagram）
坎贝尔图表示出了所有的固有频率和共振频率


实际上，这类图并不是非常有用，原因是：
  - 只有直流激励的信息，并没有包括所有的频率线。
  - 噪音信号占了很大一部分
 - 该图解读困难，频率线太密
 
只有这一个图，不能进行很好的分析，还需要其它方法。
 
第二步： 激励和干涉图
 
干涉图表达了坎贝尔图的信息、激励截面和波节直径。
第三步： 测量结果的后处理
为更准确地表达测量时的叶片振动情况，可把材料阻尼设为0.5%，进行强迫激励FEM分析。在顶端施加100N的谐振激励，利用ANSYS软件，根据质量和刚度矩阵，进行谐振响应分析。当转频固定时(比如3000rpm, 50Hz)，可以得到类似于图12的瀑布图。在这个瀑布图上，一系列出现和消失的峰值替代了前面干涉图中的波节直径。每一组模态峰值频率和共振频率的容差带应控制在±5%以内。从瀑布图上可以观察5%的要求是否合适。激励的“禁止频带”分别为100、200、300Hz±5%等。