影響系數(shù)法與振型分離法在轉(zhuǎn)子動(dòng)平衡中的應(yīng)用

韓繼敏，楊金芳，賁喜鵬

(哈爾濱電機(jī)廠有限責(zé)任公司，黑龍江哈爾濱 150040)

0 引言

長(zhǎng)期以來(lái)，汽輪發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子動(dòng)平衡工序一直采用振型分離法進(jìn)行轉(zhuǎn)子動(dòng)平衡。其工期長(zhǎng)、效率低直接影響人力、能源消耗以及產(chǎn)品進(jìn)度，遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足近現(xiàn)代化生產(chǎn)的需要。為此，試驗(yàn)使用影響系數(shù)法與振型分離法相結(jié)合進(jìn)行轉(zhuǎn)子動(dòng)平衡。

1 傳統(tǒng)的300 MW、600 MW汽輪發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子動(dòng)平衡方法概述

長(zhǎng)期以來(lái)，中小型汽輪發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子動(dòng)平衡沿用振型分離法。轉(zhuǎn)子從機(jī)械加工到下線結(jié)束，產(chǎn)生的不平衡量較多，這種平衡方法在當(dāng)時(shí)條件下是比較適用的。只是每臺(tái)轉(zhuǎn)子的平衡過(guò)程復(fù)雜、周期長(zhǎng)，使轉(zhuǎn)子動(dòng)平衡環(huán)節(jié)近乎成為工廠生產(chǎn)的瓶頸。

轉(zhuǎn)子以某一轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，他的振動(dòng)形狀通常由多個(gè)振型組成。如果轉(zhuǎn)速發(fā)生變化，其振動(dòng)形狀也會(huì)隨之改變。與剛性轉(zhuǎn)子不同，這種變化不是隨轉(zhuǎn)速的增加呈線性增大，而是組成它的各個(gè)振型做非線性變化，使得合成的振型表現(xiàn)為類似的非線性。如果轉(zhuǎn)速與某一階固有頻率相等，這時(shí)整個(gè)轉(zhuǎn)子將只以與這階頻率對(duì)應(yīng)的振型振動(dòng)，其余各階振型將不表現(xiàn)出來(lái)。

振型分離法動(dòng)平衡流程如圖1所示。

振型分離法動(dòng)平衡特點(diǎn)有以下幾點(diǎn):

圖1 振型分離法動(dòng)平衡流程圖

1)啟停機(jī)次數(shù)多

采用這種方法動(dòng)平衡，由于每階振動(dòng)均采用端部試加重、重量調(diào)整、計(jì)算、移重等多個(gè)環(huán)節(jié)平衡，因此造成開車、升速次數(shù)增多。

2)加重及重量調(diào)整次數(shù)多

用這種方法平衡加重頻次高，由外到內(nèi)(即由端部到本體)需一步步多次加重才能達(dá)到平衡效果。

3)計(jì)算量大

每一階平衡至少需要一次非常繁瑣的移重計(jì)算。

2 影響系數(shù)法在重型汽輪發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子動(dòng)平衡中的應(yīng)用

影響系數(shù)法是現(xiàn)場(chǎng)汽輪發(fā)電機(jī)組裝配后軸系動(dòng)平衡中常用的一種方法，其基本方法是:

1)首先在測(cè)得各平面的原始振動(dòng)后，分別在軸系的每一個(gè)平面試加重，測(cè)得每一次加重對(duì)各平面測(cè)點(diǎn)振動(dòng)的響應(yīng)。

2)利用每一次加重量和各平衡面的加重響應(yīng)聯(lián)立方程組，解方程組求得各個(gè)平面加重影響系數(shù)。

3)利用影響系數(shù)加重平衡。

4)用于雙支撐的發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子本體平衡。方法是:在每個(gè)加重面分別試加重后，采集每次加重對(duì)各測(cè)點(diǎn)的振動(dòng)響應(yīng)，然后，計(jì)算出每個(gè)加重面的加重影響系數(shù)，再按此系數(shù)依次加重，直到各測(cè)點(diǎn)振動(dòng)合格。

影響系數(shù)法用于轉(zhuǎn)子本體平衡存在以下缺點(diǎn):

1)臨界轉(zhuǎn)速和工作轉(zhuǎn)速下的振動(dòng)不等效;

2)計(jì)算求得的平衡重量過(guò)大;

3)殘余不平衡量較大;

4)影響系數(shù)的分散性和計(jì)算累計(jì)誤差大。

3 影響系數(shù)法與振型分離法的結(jié)合

針對(duì)制造廠平衡裝備和裝配條件相對(duì)穩(wěn)定的特點(diǎn)，假定每臺(tái)轉(zhuǎn)子裝配完成后，其測(cè)試條件、軸承剛度等都不變。因此，可以認(rèn)為同一種型號(hào)的轉(zhuǎn)子裝配完后，其振動(dòng)響應(yīng)是相同的，也就是說(shuō)其影響系數(shù)相同。由此而嘗試了用影響系數(shù)法與振型分離法相結(jié)合，計(jì)算出每階振動(dòng)的影響系數(shù)，再按此系數(shù)加重平衡。

3.1 將轉(zhuǎn)子的各階振型分離

對(duì)于目前我公司生產(chǎn)的300 MW汽輪發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子一階臨界轉(zhuǎn)速是1 260 r/min，二階臨界轉(zhuǎn)速是3 450 r/min。600 MW汽輪發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子一階臨界轉(zhuǎn)速是735 r/min，二階臨界轉(zhuǎn)速是2 130 r/min，三階臨界轉(zhuǎn)速是4 483 r/min。但在動(dòng)平衡時(shí)，一般在其額定轉(zhuǎn)速下都能產(chǎn)生一階、二階和三階振動(dòng)。由此，在動(dòng)平衡時(shí)，隨著轉(zhuǎn)速的上升逐階進(jìn)行平衡。振型分離曲線如圖2、3所示。

3.2 在總結(jié)已平好的轉(zhuǎn)子振動(dòng)數(shù)據(jù)后，計(jì)算出同型號(hào)轉(zhuǎn)子各階的加重影響系數(shù)。具體計(jì)算方法是:

假設(shè)某型轉(zhuǎn)子某一階原始振動(dòng)值是:

振動(dòng)合格后的振動(dòng)值是:

其所加總的平衡量是:

由此計(jì)算出其影響系數(shù)為:

如果經(jīng)過(guò)對(duì)多臺(tái)同型號(hào)轉(zhuǎn)子同一階影響系數(shù)進(jìn)行計(jì)算，然后取其平均值，即可得出一個(gè)更為合理的影響系數(shù)。

3.3 應(yīng)用

在具體應(yīng)用時(shí)，還應(yīng)注意以下兩個(gè)方面:

1)對(duì)零，即在每一臺(tái)轉(zhuǎn)子裝組時(shí)，需將轉(zhuǎn)子平衡所定義的零角度(一般取轉(zhuǎn)子本體32號(hào)槽為零角度)與轉(zhuǎn)子鑒相槽對(duì)齊。如果對(duì)零不準(zhǔn)確將直接導(dǎo)致原點(diǎn)測(cè)量不準(zhǔn)確，加重影響系數(shù)也會(huì)出現(xiàn)相位偏差。

2)查角度

根據(jù)所用的動(dòng)平衡儀器的振動(dòng)相位與轉(zhuǎn)向的關(guān)系確定順或逆轉(zhuǎn)向查角度加重。

改進(jìn)后的動(dòng)平衡流程圖見圖4。

圖4 改進(jìn)后的動(dòng)平衡流程圖

3.4 特點(diǎn)

1)開車次數(shù)少

由于采用了影響系數(shù)，如原點(diǎn)準(zhǔn)確、鑒相槽位置正確，每次加量基本正確，不用試重，因此減少開車次數(shù)。

2)加重次數(shù)少

由于在計(jì)算影響系數(shù)時(shí)所采用的重量值都是本體直接加量的值，而且平衡時(shí)計(jì)算出的加重量又是本體直接加重量，也就是在本體直接配重。因此，大大減少了加重次數(shù)。

3)計(jì)算量少

減少了大量的、繁瑣的移重計(jì)算，使整臺(tái)轉(zhuǎn)子平衡過(guò)程中的計(jì)算量大大減少。

4 工藝改進(jìn)前后對(duì)比

1)平衡耗時(shí)對(duì)比

現(xiàn)在平衡一臺(tái)300 MW汽輪發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子的耗時(shí)是過(guò)去的43%。

現(xiàn)在平衡一臺(tái)600 MW汽輪發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子的耗時(shí)是過(guò)去的40%。

2)啟停車次對(duì)比

現(xiàn)在平衡一臺(tái)300 MW汽輪發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子所用的車次是過(guò)去的50%。

現(xiàn)在平衡一臺(tái)600 MW汽輪發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子所用的車次是過(guò)去的50%。

5 結(jié)語(yǔ)

從以上數(shù)據(jù)不難看出，采用振型分離法與影響系數(shù)法相結(jié)合進(jìn)行轉(zhuǎn)子動(dòng)平衡，在保證了轉(zhuǎn)子動(dòng)平衡質(zhì)量的前提下，不但節(jié)省了寶貴的試驗(yàn)周期，而且也節(jié)約了大量的人力和能源消耗，使制造廠在重型汽輪發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子動(dòng)平衡工藝水平上又上了一個(gè)新的臺(tái)階。