大型發(fā)電機(jī)現(xiàn)場(chǎng)動(dòng)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(yáng) 110006)

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

為了提高動(dòng)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(duì)以往的平衡數(shù)據(jù)進(jìn)行分析[1]。

1 影響系數(shù)法動(dòng)平衡原理

機(jī)組軸系振動(dòng)符合標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，可看作一個(gè)線性動(dòng)力系統(tǒng)，輸入為各加重平面的加重量，輸出為各振動(dòng)測(cè)點(diǎn)的工頻振動(dòng)值。輸入和輸出值均為有幅值和相位的向量，在計(jì)算時(shí)用復(fù)數(shù)表示。在第i個(gè)平面零度角位置添加單位質(zhì)量引起的第j個(gè)測(cè)點(diǎn)振動(dòng)值稱為i平面對(duì)j測(cè)點(diǎn)的影響系數(shù)。

用影響系數(shù)法進(jìn)行動(dòng)平衡分2步:首先在選定平面上添加試重，計(jì)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(yàn)中，由于影響機(jī)組振動(dòng)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(duì)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(gè)轉(zhuǎn)子，9個(gè)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(dòng)后，7號(hào)瓦、9號(hào)瓦振動(dòng)偏大，具體數(shù)據(jù)見表1。

表1 機(jī)組首次啟動(dòng)發(fā)電機(jī)振動(dòng)數(shù)據(jù)

2007年11～12月，進(jìn)行了4次現(xiàn)場(chǎng)動(dòng)平衡調(diào)整，具體如下:

a. 11月10日，低發(fā)對(duì)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(duì)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(dòng)明顯好轉(zhuǎn)，具體數(shù)據(jù)見表2。

表2 現(xiàn)場(chǎng)平衡后發(fā)電機(jī)振動(dòng)數(shù)據(jù)

3 影響系數(shù)計(jì)算

機(jī)組以往平衡過程中，為了減少啟動(dòng)次數(shù)，假設(shè)在低發(fā)對(duì)輪上加重不會(huì)顯著影響9號(hào)瓦振動(dòng)，前2次平衡調(diào)整為同時(shí)在低發(fā)對(duì)輪和機(jī)尾小盤上加重。這種假定有時(shí)會(huì)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(dú)加重的數(shù)據(jù)計(jì)算。

后2次配重調(diào)整是單獨(dú)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(jì)算影響系數(shù)時(shí)，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(dòng)值比較平穩(wěn)，不存在其它影響振動(dòng)的因素，如動(dòng)靜碰磨、轉(zhuǎn)子熱彎曲等，由于現(xiàn)場(chǎng)動(dòng)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(dòng)平衡因素成分。由此計(jì)算結(jié)果會(huì)有較大誤差。此時(shí)可選取一段數(shù)據(jù)求復(fù)數(shù)平均值后再計(jì)算，能一定程度上提高計(jì)算精度[5]。

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

表3 后3次加重對(duì)應(yīng)的工頻振動(dòng)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(jì)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(duì)計(jì)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(hào)瓦、8號(hào)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(jì)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(dòng)響應(yīng)呈線性關(guān)系[6]。7號(hào)瓦、8號(hào)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(hào)瓦、8號(hào)瓦振動(dòng)的其它因素，計(jì)算結(jié)果不可靠，不能用于動(dòng)平衡計(jì)算。也說明在機(jī)尾小盤加重對(duì)7號(hào)瓦、8號(hào)瓦振動(dòng)影響較小。

表5 機(jī)組帶負(fù)荷后工頻振動(dòng)數(shù)據(jù)

表6 預(yù)計(jì)平衡后機(jī)組剩余振動(dòng)

表7 平衡后機(jī)組實(shí)測(cè)振動(dòng)

機(jī)尾小盤加重后，9號(hào)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(shí)，計(jì)算結(jié)果的誤差相對(duì)較小。

由表4可知，第3組數(shù)據(jù)一方面配重差較大，計(jì)算結(jié)果可靠性高;另一方面7號(hào)瓦、8號(hào)瓦的影響系數(shù)非常小，表明機(jī)組在2次運(yùn)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(dòng)平衡計(jì)算。

5 平衡調(diào)整結(jié)果

機(jī)組帶負(fù)荷運(yùn)行后，振動(dòng)發(fā)生一定程度的變化，9號(hào)瓦振動(dòng)顯著增大。2008年7月23日，機(jī)組負(fù)荷為509 MW，測(cè)得的振動(dòng)值見表5。

經(jīng)過平衡調(diào)整后，預(yù)計(jì)可大幅降低9號(hào)瓦振動(dòng)，而不會(huì)顯著影響7號(hào)瓦、8號(hào)瓦振動(dòng)。經(jīng)過動(dòng)平衡計(jì)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(jì)剩余振動(dòng)見表6。

2008年8月3日，在機(jī)組停機(jī)間歇時(shí)間完成動(dòng)平衡調(diào)整。機(jī)組啟動(dòng)后實(shí)測(cè)振動(dòng)值見表7。可知實(shí)測(cè)與預(yù)測(cè)剩余振動(dòng)值非常接近。由于實(shí)測(cè)振動(dòng)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(cè)試數(shù)據(jù)，9X軸振中含有約20～30 μm的2倍頻振動(dòng)，扣除此影響后，9X軸振的工頻振幅與預(yù)測(cè)值非常接近。

6 低發(fā)對(duì)輪加重對(duì)9號(hào)瓦振動(dòng)的影響

在首次平衡調(diào)整中，假定低發(fā)對(duì)輪上的平衡調(diào)整對(duì)9號(hào)瓦軸振影響很小，進(jìn)行2處平衡調(diào)整，現(xiàn)在利用振動(dòng)數(shù)據(jù)來驗(yàn)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(hào)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(jì)算機(jī)尾小盤加重時(shí)9號(hào)瓦軸振的2組影響系數(shù)，計(jì)算結(jié)果見表8。

表8 含有低發(fā)對(duì)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(duì)輪加重干擾影響很小時(shí)，計(jì)算得出的影響系數(shù)幅值和相位與機(jī)尾小盤單獨(dú)加重計(jì)算得出數(shù)據(jù)有很大差別。這表明低發(fā)對(duì)輪加重會(huì)對(duì)9號(hào)瓦軸振造成很大影響，上述假定不合理，存在較大計(jì)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(jì)算結(jié)果存在較大誤差，在添加平衡試重時(shí)，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(jì)算，并通過對(duì)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(jì)算結(jié)果并進(jìn)行分析與甄別時(shí)，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(jì)算所得的影響系數(shù)相差很大，應(yīng)注意試驗(yàn)中是否存在其它顯著影響振動(dòng)的故障。該加重平面對(duì)要處理的測(cè)點(diǎn)振動(dòng)影響較小，應(yīng)考慮更換加重平面。

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