大型發電機現場動平衡影響系數分析及應用

俞 輝，常 強，冷 杰

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

某國產空冷汽輪發電機組啟動后發電機前軸承及滑環處小軸承振動偏大，現場動平衡后，振動大幅減小，但滑環處小軸承振動仍超標。2008年8月，電廠決定在停機間歇再次進行動平衡調整。

為了提高動平衡的準確性、確保平衡調整一次成功、減少電廠損失，需要對以往的平衡數據進行分析[1]。

1 影響系數法動平衡原理

機組軸系振動符合標準時，可看作一個線性動力系統，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，在計算時用復數表示。在第i個平面零度角位置添加單位質量引起的第j個測點振動值稱為i平面對j測點的影響系數。

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

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

2 機組以往平衡概況

該機組軸系共4個轉子，9個軸承[4]，圖1為軸系示意圖。

圖1 軸系示意圖

2007年機組首次啟動后，7號瓦、9號瓦振動偏大，具體數據見表1。

表1 機組首次啟動發電機振動數據

2007年11～12月，進行了4次現場動平衡調整，具體如下:

a. 11月10日，低發對輪加重766 g∠338°，機尾小盤去重270 g∠138°;

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

c. 12月1日，機尾小盤加重91 g∠165°;

d. 12月1日，機尾小盤去掉上次加重，再加重 90 g∠278°。

經過以上配重調整后，發電機振動明顯好轉，具體數據見表2。

表2 現場平衡后發電機振動數據

3 影響系數計算

機組以往平衡過程中，為了減少啟動次數，假設在低發對輪上加重不會顯著影響9號瓦振動，前2次平衡調整為同時在低發對輪和機尾小盤上加重。這種假定有時會帶來大誤差。因此，為了求得準確的影響系數，應選取在機尾小盤單獨加重的數據計算。

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

計算影響系數時，首先要保證所選數據的準確性。一般要求數據選取段機組振動值比較平穩，不存在其它影響振動的因素，如動靜碰磨、轉子熱彎曲等，由于現場動平衡任務的緊迫性，這種要求往往難以達到，以致數據中含有非動平衡因素成分。由此計算結果會有較大誤差。此時可選取一段數據求復數平均值后再計算，能一定程度上提高計算精度[5]。

選取3次加重后振動數據中較為平穩的一段求平均值，計算結果見表3。

表3 后3次加重對應的工頻振動值

把這3組數據兩兩組合，可以求出3組影響系數，計算結果見表4。

表4 機尾小盤加重的影響系數

4 影響系數分析

求出影響系數后，對計算結果進行分析，剔除不合理數據。

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

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

表5 機組帶負荷后工頻振動數據

表6 預計平衡后機組剩余振動

表7 平衡后機組實測振動

機尾小盤加重后，9號瓦影響系數的幅值和相位比較接近，可靠性較高。

由式 (2)可知，若選取的數據存在一定誤差，當作為除數試重較大時，計算結果的誤差相對較小。

由表4可知，第3組數據一方面配重差較大，計算結果可靠性高;另一方面7號瓦、8號瓦的影響系數非常小，表明機組在2次運轉中，發電機狀態變化較小，數據可靠性高，因此這組數據的精度要高于其它2組，可用于動平衡計算。

5 平衡調整結果

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

經過平衡調整后，預計可大幅降低9號瓦振動，而不會顯著影響7號瓦、8號瓦振動。經過動平衡計算后，確定機尾小盤加重量為180 g∠184°，加重后機組預計剩余振動見表6。

2008年8月3日，在機組停機間歇時間完成動平衡調整。機組啟動后實測振動值見表7。可知實測與預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。根據以往的測試數據，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測值非常接近。

6 低發對輪加重對9號瓦振動的影響

在首次平衡調整中，假定低發對輪上的平衡調整對9號瓦軸振影響很小，進行2處平衡調整，現在利用振動數據來驗證假定是否合理。

根據假定，認為前2次平衡調整中，9號瓦軸振變化全部是由機尾小盤平衡調整引起的，以此計算機尾小盤加重時9號瓦軸振的2組影響系數，計算結果見表8。

表8 含有低發對輪加重干擾的影響系數

比較表4與表8中的影響系數，可知假定低發對輪加重干擾影響很小時，計算得出的影響系數幅值和相位與機尾小盤單獨加重計算得出數據有很大差別。這表明低發對輪加重會對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 結論

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

b. 應選取機組工況穩定、無其它故障因素影響的數據計算，并通過對一段數據求平均數的方法盡可能控制隨機誤差。

c. 得到計算結果并進行分析與甄別時，首先選擇加重較大的影響系數，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相差很大，應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，應考慮更換加重平面。

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

[2]陸頌元.汽輪發電機組振動 [M].北京:中國電力出版社，2000.

[3]張學延.汽輪發電機轉子外伸端質量不平衡引起的振動分析 [J].熱力發電，2004，33(10):55－58.

[4]鐘一諤，何衍宗，王 正，等.轉子動力學 [M].北京:清華大學出版社，1987.

[5]費業泰.誤差理論與數據處理[M].北京:機械工業出版社，2004.

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