大型水輪發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子動(dòng)平衡的方法及實(shí)例應(yīng)用

徐葉松，胡亞州

（云南電力試驗(yàn)研究院（集團(tuán)）有限公司，云南 昆明 650217）

0 前言

隨著我國(guó)科技水平的日新月異，各類(lèi)大型水輪發(fā)電機(jī)組不斷投運(yùn)。而良好的機(jī)組振動(dòng)擺度指標(biāo)是機(jī)組長(zhǎng)期安全穩(wěn)定運(yùn)行的重要保障。機(jī)組的振動(dòng)擺度指標(biāo)超標(biāo)則嚴(yán)重影響機(jī)組的安全穩(wěn)定運(yùn)行及運(yùn)行壽命，如機(jī)組的振擺指標(biāo)超標(biāo)嚴(yán)重，則在機(jī)組過(guò)速或甩負(fù)荷時(shí)對(duì)機(jī)組產(chǎn)生極大危害。水輪發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子現(xiàn)場(chǎng)動(dòng)平衡可以有效地解決機(jī)組的質(zhì)量不平衡問(wèn)題，從而降低機(jī)組的振動(dòng)擺度幅值，提高機(jī)組運(yùn)行穩(wěn)定性，提升機(jī)組運(yùn)行壽命。

1 測(cè)試方法：一次試重法

一次試重法[1]做為動(dòng)平衡試驗(yàn)的一種重要配重方法，是同時(shí)測(cè)量機(jī)組振動(dòng)幅值及相位的方法。該方法在試配重后以矢量法計(jì)算機(jī)組正確的失重相位及配重質(zhì)量。矢量計(jì)算方法及矢量圖如下。

式1、2、3、4中，φ0為初始相位角；φ1為未加試重時(shí)相位角；φ2為加試重后相位角；

m0為試配重質(zhì)量；

α為配重修正角；

μ1為未加試重時(shí)所測(cè)機(jī)組振動(dòng)雙振幅值，μm；

μ2為加試重后所測(cè)機(jī)組振動(dòng)雙振幅值，μm；

μp為試驗(yàn)荷重所產(chǎn)生離心力引起支架振動(dòng)的雙振幅值，μm；

圖1中，OA代表試重前測(cè)振的μ1、φ1；

圖1 矢量圖

OB代表試重后測(cè)振數(shù)據(jù)μ2、φ2；

AB代表試驗(yàn)荷載對(duì)振動(dòng)的影響；

2 實(shí)例應(yīng)用

某大型水力發(fā)電機(jī)組主要技術(shù)參數(shù)：

水輪機(jī)型號(hào)：HLV139-LJ-660；額定水頭：216 m；額定轉(zhuǎn)速：150 r/min；機(jī)組安裝高程：980 m；水輪機(jī)層高程：984.95 m；蝸殼進(jìn)口處鋼管直徑6.5 m；發(fā)電機(jī)型號(hào)：SF700—40/12770；額定功率：700 MW；額定容量：777.8 MVA；定子額定電流：24947.9A；

定子額定電壓：18000 kV；額定功率因數(shù)：0.9（滯后）。

機(jī)組在進(jìn)行動(dòng)平衡試驗(yàn)前，存在著下導(dǎo)擺度和機(jī)架振動(dòng)較大的問(wèn)題，特別是機(jī)架振動(dòng)已超出國(guó)標(biāo)規(guī)定允許運(yùn)行范圍，影響機(jī)組安全穩(wěn)定運(yùn)行。從變轉(zhuǎn)速數(shù)據(jù)（見(jiàn)表1）可以看出，隨著機(jī)組轉(zhuǎn)速的倍數(shù)增加，上機(jī)架水平振動(dòng)1倍頻幅值也呈現(xiàn)出倍數(shù)增加的現(xiàn)象，上、下導(dǎo)擺度值也隨之增加。說(shuō)明機(jī)組存在較大的質(zhì)量不平衡，需對(duì)機(jī)組進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)動(dòng)平衡試驗(yàn)。從變勵(lì)磁數(shù)據(jù)（見(jiàn)表2）可以看出，加勵(lì)磁后對(duì)振動(dòng)擺度影響較大，特別是對(duì)上、下導(dǎo)擺度及上機(jī)架振動(dòng)的幅值及相位影響明顯，且機(jī)組最終是在有壓狀態(tài)下運(yùn)行，因此配重相位以100%勵(lì)磁電壓的相位分析為準(zhǔn)[1]。

表1 變轉(zhuǎn)速擺度數(shù)據(jù)

表2 變勵(lì)磁擺度數(shù)據(jù)

考慮到由于上、下導(dǎo)擺度相位相差120°左右，并且機(jī)組上機(jī)架振動(dòng)幅值超標(biāo)，故先考慮解決上機(jī)架振動(dòng)超標(biāo)的問(wèn)題，第一次配重位置及重量：鍵相逆時(shí)針145°方位轉(zhuǎn)子上部加重120 kg。從表3可以看出，配重后上導(dǎo)相位朝反方向變化，上機(jī)架振動(dòng)略微變大，下導(dǎo)擺度變大，下機(jī)架振動(dòng)略微變大，由此分析得出上導(dǎo)擺度相位存在誤差，上導(dǎo)擺度相位由于測(cè)量面精度不夠或者其它因素的影響，無(wú)法測(cè)準(zhǔn)。

表3 試配重后數(shù)據(jù)

可根據(jù)試配重結(jié)果，用矢量法[2]計(jì)算正確的失重角度，計(jì)算方法如下：

從計(jì)算結(jié)果可以看出，上、下導(dǎo)的相位差在50°左右。拆除試配重質(zhì)量，進(jìn)行下一次配重，考慮到下導(dǎo)的擺度及相位角，在鍵相逆時(shí)針45°方位轉(zhuǎn)子下部配重120 kg。從表4可看出，配重后上導(dǎo)擺度及上機(jī)架振動(dòng)略微減小，下導(dǎo)擺度及下機(jī)架振動(dòng)明顯減小，相位變化方向正確，說(shuō)明計(jì)算所得上導(dǎo)擺度相位正確，可進(jìn)一步進(jìn)行配重。從試配重及第一次配重的數(shù)據(jù)對(duì)比可以看出，在上端面配重對(duì)下斷面的影響系數(shù)和在下斷面對(duì)上斷面的影響系數(shù)，兩者的影響系數(shù)是不一致的。

共進(jìn)行5次配重，共配重540 kg，并進(jìn)行了轉(zhuǎn)子調(diào)圓、調(diào)整瓦間隙等措施后，完成了該機(jī)組的動(dòng)平衡試驗(yàn)。對(duì)比機(jī)組未配重與最終配重后的數(shù)據(jù)，可見(jiàn)機(jī)組振動(dòng)擺度幅值大大降低。在空載態(tài)下，上導(dǎo)擺度通頻頻幅值減小80 μm左右，上機(jī)架水平振動(dòng)通頻幅值減小80 μm左右，下導(dǎo)擺度通頻幅值減小70 μm左右，下機(jī)架振動(dòng)通頻幅值減小20 μm左右。機(jī)組在空載及穩(wěn)定運(yùn)行區(qū)（430 MW）時(shí)各部位振動(dòng)擺度幅值均遠(yuǎn)優(yōu)于國(guó)標(biāo)的要求。最終配重結(jié)果見(jiàn)表5。

表5 最終配重結(jié)果

3 結(jié)束語(yǔ)

1）動(dòng)平衡的一次試重法相比三次試加重法，試驗(yàn)工期更短，在目前大型電廠數(shù)量多、振動(dòng)要求高的背景下，在檢修期間內(nèi)對(duì)電廠節(jié)約工期具有重大意義[3]。

2）動(dòng)平衡試驗(yàn)應(yīng)進(jìn)行變轉(zhuǎn)速及變勵(lì)磁試驗(yàn)，如加勵(lì)磁后對(duì)機(jī)組振擺幅值及相位影響較大，由于機(jī)組最終是在有壓狀態(tài)下運(yùn)行，配重相位應(yīng)以100%勵(lì)磁電壓的相位分析為準(zhǔn)。

3）在本文實(shí)例中可以看出，由于各種原因?qū)е聹y(cè)量的相位存在偏差時(shí)，可用矢量法計(jì)算出準(zhǔn)確的配重相位，對(duì)動(dòng)平衡試驗(yàn)有相當(dāng)大的指導(dǎo)意義。水輪發(fā)電機(jī)組由于上端軸測(cè)量面加工精度不夠等原因，不少機(jī)組的上導(dǎo)擺度測(cè)量普遍存在誤差，更是體現(xiàn)出矢量法在配重中的重要性。