旋轉(zhuǎn)設(shè)備動(dòng)平衡試驗(yàn)中若干問(wèn)題的分析

師忠玉

（山西大唐國(guó)際運(yùn)城發(fā)電有限責(zé)任公司，山西運(yùn)城 044602）

1 振動(dòng)相位校對(duì)和0°位置的確定

對(duì)于旋轉(zhuǎn)設(shè)備動(dòng)平衡而言，相位準(zhǔn)確測(cè)量的重要性是不言而喻的。不同廠(chǎng)家的振動(dòng)測(cè)量設(shè)備，相位的含義不同[1]，有的相位含義是標(biāo)準(zhǔn)脈沖信號(hào)前沿導(dǎo)前振動(dòng)信號(hào)波形第一個(gè)正峰值的角度；有的相位含義是標(biāo)準(zhǔn)脈沖信號(hào)前沿導(dǎo)前振動(dòng)信號(hào)第一個(gè)正向過(guò)零點(diǎn)的角度。不同的儀器相位有不同的定義，若動(dòng)平衡試加重角度與儀器相位定義不同，則直接會(huì)造成試加重的失敗，在動(dòng)平衡之前，校對(duì)振動(dòng)相位的測(cè)量數(shù)值是很有必要的。首先與TDM核對(duì)，若不一致應(yīng)進(jìn)一步對(duì)TDM和振動(dòng)測(cè)量?jī)x器的相位定義進(jìn)行確認(rèn)。再者要檢查振動(dòng)測(cè)量?jī)x器相位的定義。例如某振動(dòng)測(cè)試分析軟件鍵相設(shè)置（見(jiàn)圖1，采用下降沿轉(zhuǎn)速觸發(fā)特性的波形見(jiàn)圖2，采用上升沿轉(zhuǎn)速觸發(fā)特性的波形見(jiàn)圖3），依據(jù)圖1的設(shè)置和圖2的波形，對(duì)比相位實(shí)測(cè)數(shù)值，確認(rèn)此儀器測(cè)量的相位是標(biāo)準(zhǔn)脈沖信號(hào)的后沿導(dǎo)前振動(dòng)信號(hào)波形第一個(gè)正峰值的角度。

對(duì)于動(dòng)平衡，加重 0°的位置就是相位測(cè)量 0°的定義，一般現(xiàn)場(chǎng)動(dòng)平衡，大多數(shù)選擇鍵相槽的中間位置，也有的選擇前沿，還有的選擇后沿，不同的選擇存在約 3～5°的偏差。根據(jù)圖2和圖3不同的定義，實(shí)際相位測(cè)量相差 5°。某振動(dòng)測(cè)量?jī)x器按圖1設(shè)置參數(shù)，則 0°加重位置是：順汽輪機(jī)轉(zhuǎn)向，在轉(zhuǎn)子鍵槽的后沿處。

2 汽輪機(jī)檢修后軸系平衡狀態(tài)變化進(jìn)行的動(dòng)平衡

某2臺(tái)同類(lèi)型的亞臨界600 MW機(jī)組，高中壓缸采用合缸結(jié)構(gòu)。高中壓轉(zhuǎn)子和1號(hào)低壓轉(zhuǎn)子、1號(hào)低壓轉(zhuǎn)子和2號(hào)低壓轉(zhuǎn)子、2號(hào)低壓轉(zhuǎn)子和發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子均通過(guò)聯(lián)軸器剛性聯(lián)接，每根轉(zhuǎn)子均有2個(gè)支撐軸承支撐。

圖1 鍵相設(shè)置

圖2 下降沿觸發(fā)波形

圖3 上升沿觸發(fā)波形

2臺(tái)汽輪機(jī)先后進(jìn)行了高中壓缸揭缸檢修，檢修期間轉(zhuǎn)子均沒(méi)有做影響質(zhì)量平衡的檢修工作，但檢修后2臺(tái)機(jī)組振動(dòng)均發(fā)生了變化：1號(hào)汽輪機(jī)檢修前后振動(dòng)發(fā)生了較大變化，2號(hào)汽輪機(jī)檢修前后振動(dòng)變化相對(duì)小些，2臺(tái)機(jī)組振動(dòng)變化情況分別見(jiàn)表1和表2。

表1 1號(hào)汽輪機(jī)揭缸檢修前后振動(dòng)數(shù)據(jù)（通頻振幅/一倍頻振幅/一倍頻相位：μm/μm/（°））

表2 2號(hào)汽輪機(jī)揭缸檢修前后及動(dòng)平衡后振動(dòng)數(shù)據(jù)(通頻振幅/一倍頻振幅/一倍頻相位：μm/μm/（°）)

根據(jù)振動(dòng)測(cè)試數(shù)據(jù)、檢修安裝數(shù)據(jù)和機(jī)組運(yùn)行參數(shù)，對(duì)揭缸檢修前后的振動(dòng)變化進(jìn)行如下分析。

振動(dòng)變化最大的為二瓦軸振，一、三瓦軸振次之，變化前后均是以一倍頻為主，且機(jī)組正常運(yùn)行期間相位穩(wěn)定，應(yīng)是軸系平衡狀態(tài)發(fā)生變化造成的。

瓦振均較小，且變化不大，說(shuō)明軸瓦緊力及剛度正常。

對(duì)比盤(pán)車(chē)時(shí)撓度、沖轉(zhuǎn)時(shí)低轉(zhuǎn)速 (400 r/min)振動(dòng)、歷次檢修高中壓轉(zhuǎn)子彎曲測(cè)量值，均沒(méi)有發(fā)生明顯變化，應(yīng)排除高中壓轉(zhuǎn)子彎曲變化的因素。

各軸瓦溫度沒(méi)有變化，說(shuō)明軸承承載荷分配沒(méi)有大的變化，對(duì)比轉(zhuǎn)子中心上移量無(wú)大的變化，間接推斷檢修前后軸承的標(biāo)高應(yīng)變化不大。

軸向位移、推力瓦溫?zé)o變化，說(shuō)明運(yùn)行中軸向推力無(wú)大的變化。

對(duì)比歷次檢修全實(shí)缸高中壓轉(zhuǎn)子與1號(hào)低壓轉(zhuǎn)子對(duì)輪中心的數(shù)據(jù)，對(duì)輪張口和轉(zhuǎn)子高低數(shù)據(jù)均在設(shè)計(jì)范圍內(nèi)且數(shù)值偏差不大。根據(jù)表1和表2的振動(dòng)數(shù)據(jù)分析，修前修后二、三瓦軸振的幅值及相位均比一、四瓦軸振變化大，初步分析軸系在二、三瓦之間新產(chǎn)生了穩(wěn)定的不平衡量。2號(hào)機(jī)在檢修后，在二、三瓦之間的高中壓轉(zhuǎn)子與1號(hào)低壓轉(zhuǎn)子的對(duì)輪上加重，將振動(dòng)降至正常范圍內(nèi)，進(jìn)一步證明了二、三瓦之間的軸系產(chǎn)生了新的不平衡。

問(wèn)題是本次2臺(tái)汽輪機(jī)高中壓的揭缸檢修，主要工作是隔板變形量的測(cè)量、隔板的金屬檢驗(yàn)，以及汽封間隙的調(diào)整，轉(zhuǎn)子沒(méi)有進(jìn)行任何改變質(zhì)量的檢修工作。而且歷次檢修，中低對(duì)輪的中心數(shù)據(jù)均正常，檢修中同心度的測(cè)量又正常，為什么在高中壓轉(zhuǎn)子與1號(hào)低壓轉(zhuǎn)子的對(duì)輪上產(chǎn)生了新的不平衡力呢。其實(shí)造成檢修前后二、三瓦振動(dòng)變化較大最可能的原因應(yīng)是：中低對(duì)輪螺栓連接前后，軸系連接的同心度或者平直度發(fā)生了變化，造成了對(duì)輪處產(chǎn)生了新的穩(wěn)定的不平衡。

目前應(yīng)對(duì)該問(wèn)題的方法，是在檢修后，若二、三瓦振動(dòng)發(fā)生大的變化，采取對(duì)輪加重的動(dòng)平衡措施[2]，在已經(jīng)有影響系數(shù)的前提下，此方法穩(wěn)妥，可保證一次成功。但是，可能會(huì)造成在下次機(jī)組檢修后，又要調(diào)整軸系的平衡，也就是說(shuō)，一次平衡維持一個(gè)檢修周期。徹底地處理措施是在檢修過(guò)程，保持修前的軸系平衡狀態(tài)。

3 小型懸臂式離心風(fēng)機(jī)動(dòng)平衡問(wèn)題

對(duì)于小型懸臂式離心風(fēng)機(jī)，這類(lèi)風(fēng)機(jī)葉輪與電機(jī)直連，經(jīng)常發(fā)生檢修前振動(dòng)狀況良好，重新組裝后，產(chǎn)生振動(dòng)變大的問(wèn)題，而且再次組裝振動(dòng)可能還是較大，處理這類(lèi)問(wèn)題比較棘手（某脫硝稀釋風(fēng)機(jī)振動(dòng)見(jiàn)表3）。

從振動(dòng)測(cè)量數(shù)據(jù)看，判斷振動(dòng)大的原因難度不大，排除了底座剛度的問(wèn)題后，基本可以確定是不平衡的問(wèn)題了。

表3 某脫硝稀釋風(fēng)機(jī)振動(dòng)數(shù)據(jù)（通頻振幅/一倍頻振幅/一倍頻相位；μm/μm/（°））

動(dòng)平衡可以采用單個(gè)振動(dòng)測(cè)點(diǎn)也可以采用多個(gè)測(cè)點(diǎn)的數(shù)值來(lái)計(jì)算，但此風(fēng)機(jī)加重響應(yīng)靈敏，產(chǎn)生此現(xiàn)象，建議采用單個(gè)測(cè)點(diǎn)動(dòng)平衡，其他測(cè)點(diǎn)作為校核使用。

按照常理，動(dòng)平衡時(shí)選擇振動(dòng)較大的測(cè)點(diǎn)，該設(shè)備振動(dòng)較大處為電機(jī)自由端水平方向。進(jìn)一步分析，電機(jī)自由端水平方向振動(dòng)相位與垂直方向相差 34°，與 90°規(guī)律相距較遠(yuǎn)，原因?yàn)?個(gè)方向的剛度、阻尼差別大造成的。所以這2個(gè)振動(dòng)數(shù)據(jù)不建議用來(lái)動(dòng)平衡計(jì)算。

再觀(guān)察電機(jī)驅(qū)動(dòng)端2個(gè)方向振動(dòng)，相位差70°，本次動(dòng)平衡采用電機(jī)驅(qū)動(dòng)端振動(dòng)數(shù)據(jù)，其他振動(dòng)數(shù)據(jù)作為校核使用，在風(fēng)機(jī)葉輪上加重11.7 g∠155°。通過(guò)動(dòng)平衡后，以上4個(gè)測(cè)點(diǎn)的通頻振動(dòng)值分別降低至 13 μm、11 μm、35 μm、23 μm，振動(dòng)達(dá)到優(yōu)良水平。

對(duì)于此類(lèi)設(shè)備的動(dòng)平衡問(wèn)題，一是看影響系數(shù)的大小，再者看相互垂直方向的振動(dòng)相位差別，綜合分析選取振動(dòng)數(shù)據(jù)進(jìn)行動(dòng)平衡計(jì)算，最終達(dá)到降低振動(dòng)的目的。

4 立式凝結(jié)水泵的動(dòng)平衡問(wèn)題

某凝結(jié)水泵電機(jī)振動(dòng)較大，為降低43 Hz以下運(yùn)行區(qū)間的一倍頻振動(dòng)分量，在電機(jī)與泵轉(zhuǎn)子的對(duì)輪外沿加重，加重半徑約240 mm，進(jìn)行動(dòng)平衡試驗(yàn)。先進(jìn)行 200 g∠270°試加重，最終加重168 g∠220°，加重前后的振動(dòng)數(shù)據(jù)見(jiàn)表4。

從以上數(shù)據(jù)可以看出，凝泵動(dòng)平衡相對(duì)較復(fù)雜，動(dòng)平衡中存在的問(wèn)題如下。

a）相互垂直2個(gè)方向的振動(dòng)，在某些運(yùn)行頻率段，一個(gè)方向振動(dòng)降低了，而另一個(gè)方向的振動(dòng)升高了。

b）在整個(gè)運(yùn)行頻率區(qū)間，有些頻率點(diǎn)振動(dòng)降低了，而另外的頻率點(diǎn)振動(dòng)反而升高。

c）電機(jī)上下部位的振動(dòng)變化不同，在某些運(yùn)行頻率段，電機(jī)上部的振動(dòng)降低了，而電機(jī)下部的振動(dòng)升高了。

表4 在電機(jī)與泵轉(zhuǎn)子的對(duì)輪外沿加重前后的振動(dòng)數(shù)據(jù) μm

在實(shí)際動(dòng)平衡過(guò)程中采取的方法是，采用上部振動(dòng)較大的2個(gè)頻率點(diǎn)實(shí)施動(dòng)平衡，其他頻率點(diǎn)的振動(dòng)以及電機(jī)下部的振動(dòng)作為參考。采取了折中處理，把振動(dòng)最大的降下來(lái)，雖然其他部位以及運(yùn)行工況點(diǎn)振動(dòng)有所增加，但整體振動(dòng)控制在合理范圍內(nèi)，滿(mǎn)足設(shè)備運(yùn)行的要求。

5 結(jié)束語(yǔ)

旋轉(zhuǎn)設(shè)備的動(dòng)平衡問(wèn)題在現(xiàn)場(chǎng)比較常見(jiàn)，設(shè)備的特性不同，有的平衡問(wèn)題簡(jiǎn)單，有的平衡問(wèn)題復(fù)雜，本文總結(jié)動(dòng)平衡中的若干問(wèn)題，僅作拋磚引玉之用。

參考文獻(xiàn):

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