大型發(fā)電機(jī)現(xiàn)場動平衡影響系數(shù)分析及應(yīng)用

俞 輝，常 強(qiáng)，冷 杰

(1.遼寧省電力有限公司大連培訓(xùn)中心，遼寧 大連 116000;2.東北電力科學(xué)研究院有限公司，遼寧 沈陽 110006)

某國產(chǎn)空冷汽輪發(fā)電機(jī)組啟動后發(fā)電機(jī)前軸承及滑環(huán)處小軸承振動偏大，現(xiàn)場動平衡后，振動大幅減小，但滑環(huán)處小軸承振動仍超標(biāo)。2008年8月，電廠決定在停機(jī)間歇再次進(jìn)行動平衡調(diào)整。

為了提高動平衡的準(zhǔn)確性、確保平衡調(diào)整一次成功、減少電廠損失，需要對以往的平衡數(shù)據(jù)進(jìn)行分析[1]。

1 影響系數(shù)法動平衡原理

機(jī)組軸系振動符合標(biāo)準(zhǔn)時，可看作一個線性動力系統(tǒng)，輸入為各加重平面的加重量，輸出為各振動測點的工頻振動值。輸入和輸出值均為有幅值和相位的向量，在計算時用復(fù)數(shù)表示。在第i個平面零度角位置添加單位質(zhì)量引起的第j個測點振動值稱為i平面對j測點的影響系數(shù)。

用影響系數(shù)法進(jìn)行動平衡分2步:首先在選定平面上添加試重，計算出影響系數(shù);然后根據(jù)影響系數(shù)求解出平衡配重。

在試驗中，由于影響機(jī)組振動的因素較多，并且允許添加試重的次數(shù)有限，很難獲得準(zhǔn)確的影響系數(shù)，從而導(dǎo)致平衡失敗。因此對現(xiàn)有數(shù)據(jù)分析與甄別、合理出具選擇與處理將決定平衡工作的成敗[2－3]。

2 機(jī)組以往平衡概況

該機(jī)組軸系共4個轉(zhuǎn)子，9個軸承[4]，圖1為軸系示意圖。

圖1 軸系示意圖

2007年機(jī)組首次啟動后，7號瓦、9號瓦振動偏大，具體數(shù)據(jù)見表1。

表1 機(jī)組首次啟動發(fā)電機(jī)振動數(shù)據(jù)

2007年11～12月，進(jìn)行了4次現(xiàn)場動平衡調(diào)整，具體如下:

a. 11月10日，低發(fā)對輪加重766 g∠338°，機(jī)尾小盤去重270 g∠138°;

b. 11月12日，低發(fā)對輪去掉上次加重，添加配重400 g∠83°，機(jī)尾小盤加重90 g∠145°;

c. 12月1日，機(jī)尾小盤加重91 g∠165°;

d. 12月1日，機(jī)尾小盤去掉上次加重，再加重 90 g∠278°。

經(jīng)過以上配重調(diào)整后，發(fā)電機(jī)振動明顯好轉(zhuǎn)，具體數(shù)據(jù)見表2。

表2 現(xiàn)場平衡后發(fā)電機(jī)振動數(shù)據(jù)

3 影響系數(shù)計算

機(jī)組以往平衡過程中，為了減少啟動次數(shù)，假設(shè)在低發(fā)對輪上加重不會顯著影響9號瓦振動，前2次平衡調(diào)整為同時在低發(fā)對輪和機(jī)尾小盤上加重。這種假定有時會帶來大誤差。因此，為了求得準(zhǔn)確的影響系數(shù)，應(yīng)選取在機(jī)尾小盤單獨加重的數(shù)據(jù)計算。

后2次配重調(diào)整是單獨在機(jī)尾小盤上加重。因此以第2次加重后的狀態(tài)作為初始狀態(tài)，可以求得3組影響系數(shù)。

計算影響系數(shù)時，首先要保證所選數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。一般要求數(shù)據(jù)選取段機(jī)組振動值比較平穩(wěn)，不存在其它影響振動的因素，如動靜碰磨、轉(zhuǎn)子熱彎曲等，由于現(xiàn)場動平衡任務(wù)的緊迫性，這種要求往往難以達(dá)到，以致數(shù)據(jù)中含有非動平衡因素成分。由此計算結(jié)果會有較大誤差。此時可選取一段數(shù)據(jù)求復(fù)數(shù)平均值后再計算，能一定程度上提高計算精度[5]。

選取3次加重后振動數(shù)據(jù)中較為平穩(wěn)的一段求平均值，計算結(jié)果見表3。

表3 后3次加重對應(yīng)的工頻振動值

把這3組數(shù)據(jù)兩兩組合，可以求出3組影響系數(shù)，計算結(jié)果見表4。

表4 機(jī)尾小盤加重的影響系數(shù)

4 影響系數(shù)分析

求出影響系數(shù)后，對計算結(jié)果進(jìn)行分析，剔除不合理數(shù)據(jù)。

由表4可知，機(jī)尾小盤加重后7號瓦、8號瓦影響系數(shù)的幅值和相位都比較分散，差別很大。

根據(jù)影響系數(shù)計算原理，在機(jī)組軸系振幅不是很大、且軸承沒有失穩(wěn)的情況下，不平衡激振力與振動響應(yīng)呈線性關(guān)系[6]。7號瓦、8號瓦的3組影響系數(shù)如此分散，說明選取的數(shù)據(jù)段中存在影響7號瓦、8號瓦振動的其它因素，計算結(jié)果不可靠，不能用于動平衡計算。也說明在機(jī)尾小盤加重對7號瓦、8號瓦振動影響較小。

表5 機(jī)組帶負(fù)荷后工頻振動數(shù)據(jù)

表6 預(yù)計平衡后機(jī)組剩余振動

表7 平衡后機(jī)組實測振動

機(jī)尾小盤加重后，9號瓦影響系數(shù)的幅值和相位比較接近，可靠性較高。

由式 (2)可知，若選取的數(shù)據(jù)存在一定誤差，當(dāng)作為除數(shù)試重較大時，計算結(jié)果的誤差相對較小。

由表4可知，第3組數(shù)據(jù)一方面配重差較大，計算結(jié)果可靠性高;另一方面7號瓦、8號瓦的影響系數(shù)非常小，表明機(jī)組在2次運轉(zhuǎn)中，發(fā)電機(jī)狀態(tài)變化較小，數(shù)據(jù)可靠性高，因此這組數(shù)據(jù)的精度要高于其它2組，可用于動平衡計算。

5 平衡調(diào)整結(jié)果

機(jī)組帶負(fù)荷運行后，振動發(fā)生一定程度的變化，9號瓦振動顯著增大。2008年7月23日，機(jī)組負(fù)荷為509 MW，測得的振動值見表5。

經(jīng)過平衡調(diào)整后，預(yù)計可大幅降低9號瓦振動，而不會顯著影響7號瓦、8號瓦振動。經(jīng)過動平衡計算后，確定機(jī)尾小盤加重量為180 g∠184°，加重后機(jī)組預(yù)計剩余振動見表6。

2008年8月3日，在機(jī)組停機(jī)間歇時間完成動平衡調(diào)整。機(jī)組啟動后實測振動值見表7?？芍獙崪y與預(yù)測剩余振動值非常接近。由于實測振動值是通頻振幅，往往含有顯著的非工頻成分，因此通常比工頻值大。根據(jù)以往的測試數(shù)據(jù)，9X軸振中含有約20～30 μm的2倍頻振動，扣除此影響后，9X軸振的工頻振幅與預(yù)測值非常接近。

6 低發(fā)對輪加重對9號瓦振動的影響

在首次平衡調(diào)整中，假定低發(fā)對輪上的平衡調(diào)整對9號瓦軸振影響很小，進(jìn)行2處平衡調(diào)整，現(xiàn)在利用振動數(shù)據(jù)來驗證假定是否合理。

根據(jù)假定，認(rèn)為前2次平衡調(diào)整中，9號瓦軸振變化全部是由機(jī)尾小盤平衡調(diào)整引起的，以此計算機(jī)尾小盤加重時9號瓦軸振的2組影響系數(shù)，計算結(jié)果見表8。

表8 含有低發(fā)對輪加重干擾的影響系數(shù)

比較表4與表8中的影響系數(shù)，可知假定低發(fā)對輪加重干擾影響很小時，計算得出的影響系數(shù)幅值和相位與機(jī)尾小盤單獨加重計算得出數(shù)據(jù)有很大差別。這表明低發(fā)對輪加重會對9號瓦軸振造成很大影響，上述假定不合理，存在較大計算誤差。

7 結(jié)論

a. 目前大型機(jī)組各轉(zhuǎn)子之間均采用是剛性聯(lián)軸器，干擾很大，假定忽略其相互影響，計算結(jié)果存在較大誤差，在添加平衡試重時，應(yīng)盡可能在1次平衡調(diào)整中采用單平面加重，以獲得精度較高的影響系數(shù)。

b. 應(yīng)選取機(jī)組工況穩(wěn)定、無其它故障因素影響的數(shù)據(jù)計算，并通過對一段數(shù)據(jù)求平均數(shù)的方法盡可能控制隨機(jī)誤差。

c. 得到計算結(jié)果并進(jìn)行分析與甄別時，首先選擇加重較大的影響系數(shù)，其可靠性更高。如果在同一平面幾次加重后計算所得的影響系數(shù)相差很大，應(yīng)注意試驗中是否存在其它顯著影響振動的故障。該加重平面對要處理的測點振動影響較小，應(yīng)考慮更換加重平面。

[1]施維新.汽輪發(fā)電機(jī)組振動及事故[M].北京:中國電力出版社，1998.

[2]陸頌元.汽輪發(fā)電機(jī)組振動 [M].北京:中國電力出版社，2000.

[3]張學(xué)延.汽輪發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子外伸端質(zhì)量不平衡引起的振動分析 [J].熱力發(fā)電，2004，33(10):55－58.

[4]鐘一諤，何衍宗，王 正，等.轉(zhuǎn)子動力學(xué) [M].北京:清華大學(xué)出版社，1987.

[5]費業(yè)泰.誤差理論與數(shù)據(jù)處理[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社，2004.

[6]陸頌元.大型汽輪發(fā)電機(jī)組現(xiàn)場高效動平衡的策略與技巧[J].中國電力，2002，47(3):1－5.