工业级透平压缩机稳定性测试与振动控制综合试验台

发布者：李启行发布时间：2021-04-11 浏览次数：78

1.实验台组成概述

本离心压缩机实验台位于北京化工大学昌平科技园，可进行半实物仿真实验，其主要由变频器、电动机、齿轮增速箱、离心压缩机、控制柜和润滑油站、储气罐以及固定板式换热器等组成。其中，手摇液压泵、电磁液压泵、扭矩仪、电磁轴承为实验用装置。如图1和图2，分别为实验台的主体结构和三维图。

图1 实验台的主体结构

图2 实验台的三维图

如图3所示为实验用控制柜和变频器。控制柜除了控制润滑油泵和加热器的开关，监测系统的PID控制等连接到控制柜中。变频器连接电机，转速可通过变频器实现在0-15000r/min之间由计算机控制。离心压缩机实验台的技术参数列于表1中。

表1 实验台技术参数

名称	规格型号	数量	备注
离心压缩机	入口压力0—1MPa 出口压力0—1.2—1.4MPa 入口温度32℃ 轴功率300kW 入口流量4000Nm³/h 工作介质空气工作转速 0—15000rpm	1
齿轮增速器	输入转速2980rpm 传递功率315kW 传递效率0.98 速比1:5.0345 工作性质单向旋转	1
三相异步电动机	功率315kW 频率50Hz 电压380V 电流534A 效率95% 转速2982rpm 噪音Lw100 dB(A)	1
电加热器	加热器电压380V 频率50Hz 功率8kW	1
过滤器	工作压力32MPa 额定流量400L/min 过滤精度10μm	1	滤芯规格QF8004GS10HNS
板式换热器	换热面积10m 设计温度110℃ 设计压力1MPa	1

图3 实验用控制柜和变频器实物图

为满足实验要求，对实验台进行了特殊的设计，如下图4所示为离心压缩机实验台的剖面图，并在实验装置部位标注了所能进行的实验。

1-转子 2-径向轴承 3-轴承箱（径向侧） 4-电磁轴承 5-入口密封 6-入口端盖 7-缸体 8-入口可调导页 9-扩压器可调导叶 10-通流部分 11-气封装置 12-回流器可调导叶 13-出口密封a 14-出口密封b 15-止推轴承

图4 基于离心压缩机实验台的实验介绍

2.功能介绍

2.1 常规转子振动响应研究

开展不平衡振动响应研究，验证动力学仿真计算。图5是转子转速上升阶段，转子振动的全谱瀑布图，可获得临界转速为4960转/分。同时，转速上升的伯德图绘制如图6所示，低于2000转/分的振动相位测量发生波动是因为变频器在低频时出现了扭转振动。由于实验台在1500-3000转/分，存在明显的低频扭转振动，因此本实验台还可用于研究变频器-转子-齿轮箱机电耦合-弯扭耦合动力学行为特性与监测方法。

图5 启车过程的振动全谱瀑布图(进口油温:32℃)

图6 左轴承X和Y探头的伯德图

2.2 开展转子稳定性定量评价

基于该实验台，可以开展旋转机械稳定性参数辨识（即系统阻尼比）研究工作，定量评价转子系统的稳定性。具体地，在悬臂端施加电磁扫频力，同时测量扫频激励电流和振动响应，基于COMDYN阻尼比辨识方法，进行稳定性参数的辨识。此外，图7绘制了7000转/分下正向扫频激励时，转子的振动全谱瀑布图，图中转子的一阶和二阶正进动模态被激励起来，各阶次的模态参数采用COMDYN方法识别，识别结果标记在对应模态陡峰处。图中1X、2X等表示转速的倍频成分，负号表示反进动。