大型水輪發(fā)電機(jī)組動(dòng)平衡測(cè)試

王斌

(云南電力技術(shù)有限責(zé)任公司,昆明 650217)

大型水輪發(fā)電機(jī)組動(dòng)平衡測(cè)試

王斌

(云南電力技術(shù)有限責(zé)任公司,昆明 650217)

介紹水輪發(fā)電機(jī)組動(dòng)平衡的一次試重法具有拆裝工作量少、占用機(jī)組試運(yùn)行直線工期短的特點(diǎn),通過(guò)動(dòng)平衡的一次試重法對(duì)魯?shù)乩?60 MW水輪發(fā)電機(jī)組進(jìn)行動(dòng)平衡試驗(yàn)減少了機(jī)組的振動(dòng)和擺度。

水輪發(fā)電機(jī)組；一次試重法；振動(dòng)

1 前言

隨著我國(guó)水電機(jī)組設(shè)計(jì)、制造水平的不斷提高,各類(lèi)大型水電機(jī)組不斷投運(yùn)。這些大型水輪發(fā)電機(jī)組在運(yùn)行中往往由于振動(dòng)、擺度偏大或者超標(biāo),破壞機(jī)組的各個(gè)部件,嚴(yán)重影響水輪發(fā)電機(jī)組壽命,它們運(yùn)行的穩(wěn)定性直接影響到整個(gè)水輪發(fā)電機(jī)組的安全運(yùn)行。水輪發(fā)電機(jī)組的動(dòng)平衡試驗(yàn)是減少機(jī)組振動(dòng)、擺度的一個(gè)重要方法；對(duì)機(jī)組的安全穩(wěn)定運(yùn)行具有十分重要的作用,它能夠很好地解決機(jī)組的質(zhì)量不平衡,同時(shí)對(duì)磁拉力不平衡也有一定的改善作用,研究大型水輪機(jī)組的動(dòng)平衡試驗(yàn)對(duì)機(jī)組安全穩(wěn)定運(yùn)行有重要意義。

2 一次試重法

動(dòng)平衡是在剛性轉(zhuǎn)子雙面上調(diào)整質(zhì)量分布以保證轉(zhuǎn)子剩余的動(dòng)不平衡量在規(guī)定范圍內(nèi)的過(guò)程。

三次試重法是分三次將試驗(yàn)重荷分別固定在三個(gè)互成120°的圓周上,再計(jì)算出配重方位及重量；而一次試重法[1]是在測(cè)量振動(dòng)、擺度的幅值時(shí),同時(shí)測(cè)量振動(dòng)的相位,減少了拆裝工作量。

2.1 動(dòng)平衡配重的相位

振動(dòng)的時(shí)域曲線 (即振動(dòng)的波形圖)的測(cè)量記錄用振動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)記錄,同時(shí)裝設(shè)同步信號(hào)裝置 (即鍵相),使轉(zhuǎn)子每轉(zhuǎn)到此處時(shí)發(fā)出同步信號(hào),由振動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)記錄下來(lái),并定義該點(diǎn)為轉(zhuǎn)子的零度方位。在機(jī)組啟動(dòng)后,在相同轉(zhuǎn)速、相同工況下測(cè)得兩同步信號(hào)之間的相位差為360°,可按比例測(cè)算出波峰時(shí)的相位角 α(即配重位置)；測(cè)得波峰和波谷的差值A(chǔ)為振動(dòng)值 (雙邊振幅),振動(dòng)的時(shí)域曲線見(jiàn)圖1。

圖1 振動(dòng)的時(shí)域曲線圖

2.2 動(dòng)平衡配重的大小

按式 (1)進(jìn)行初算試重量,并根據(jù)具體情況分析確定準(zhǔn)確的試重大小：

式中：

P—試重量 (kg)

G—轉(zhuǎn)子重量 (kg)

n—?jiǎng)悠胶庠囼?yàn)時(shí)機(jī)組轉(zhuǎn)速 (r/min) r—試重半徑 (m)

3 試驗(yàn)方案

3.1 測(cè)試系統(tǒng)

振動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)[2]是利用傳感器將機(jī)組各部位振動(dòng)量變化轉(zhuǎn)化為電量變化,經(jīng)動(dòng)態(tài)信號(hào)儀轉(zhuǎn)化后用分析軟件進(jìn)行相應(yīng)處理。本次采用的動(dòng)態(tài)信號(hào)測(cè)試分析系統(tǒng)可直接與位移傳感器連接,對(duì)不同類(lèi)型傳感器輸入不同的靈敏度,并具有跟蹤濾波功能,可測(cè)量振動(dòng)通頻值、轉(zhuǎn)頻值。基于快速傅里葉變換原理,該測(cè)試分析系統(tǒng)對(duì)輸入的模擬信號(hào)進(jìn)行抗混濾波及防泄漏處理,經(jīng)模數(shù)轉(zhuǎn)換等初步處理后,按不同要求對(duì)信號(hào)進(jìn)行時(shí)域分析、頻域分析和幅值域分析等,并可將選定的曲線對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)另存為文本文件、數(shù)據(jù)庫(kù)文件和位圖文件,測(cè)試系統(tǒng)見(jiàn)圖2。

圖2 測(cè)試系統(tǒng)示意圖

3.2 測(cè)點(diǎn)布置

試驗(yàn)測(cè)點(diǎn)布置如下：上導(dǎo)擺度、下導(dǎo)擺度、上機(jī)架振動(dòng)、下機(jī)架振動(dòng)等多個(gè)層面上,每個(gè)層面在+X、+Y方向各裝一只,注意兩個(gè)振動(dòng)、擺度傳感器盡可能安裝成90°,各層面同一方向的傳感器應(yīng)盡可能安裝在一個(gè)截面上,這樣綜合分析相位時(shí)不會(huì)產(chǎn)生偏差。鍵相傳感器安裝在+X方向,這個(gè)方向的傳感器作為主分析用,另一個(gè)方向傳感器作為參考,與主傳感器的相位相差90°,其中擺度和鍵相為電渦流傳感器,振動(dòng)為低頻振動(dòng)傳感器。

4 動(dòng)平衡實(shí)例

某水電站裝有6臺(tái)360 MW機(jī)組,總裝機(jī)容量為2160 MW,多年平均發(fā)電量99.57億kW· h,年利用小時(shí)4610 h。現(xiàn)已2#機(jī)組投產(chǎn)動(dòng)平衡為例,介紹動(dòng)平衡試驗(yàn)。

為了了解機(jī)組振動(dòng)。擺度狀況,分析機(jī)組振動(dòng)原因,進(jìn)行了變轉(zhuǎn)速試驗(yàn),機(jī)組振動(dòng)擺度值見(jiàn)表1(文中所有振動(dòng)、擺度值均為轉(zhuǎn)頻值)。

表1 機(jī)組的變轉(zhuǎn)速試驗(yàn)數(shù)據(jù)

表1試驗(yàn)數(shù)據(jù)測(cè)點(diǎn)振動(dòng)與擺度值偏大,且隨轉(zhuǎn)速升高而明顯增大,上機(jī)架振動(dòng)在額定轉(zhuǎn)速時(shí)達(dá)到86 μm,并且隨運(yùn)行時(shí)間增加還有上升趨勢(shì),機(jī)組存在機(jī)械不平衡。從圖3可以看出機(jī)組振動(dòng)、擺度值主要以轉(zhuǎn)頻分量為主。

圖3 配重前額定轉(zhuǎn)速振擺頻譜分析

動(dòng)平衡試驗(yàn)配重以上機(jī)架振動(dòng)相位為參考,考慮上機(jī)架振動(dòng)、上導(dǎo)擺度較大,下機(jī)架振動(dòng)、下導(dǎo)擺度較小,故在鍵相逆轉(zhuǎn)向的210°處上端面加重120 kg、下端面加重40 kg,比較配重前空轉(zhuǎn)與第一次配重空轉(zhuǎn)數(shù)據(jù),配重有明顯效果,但考慮1#機(jī)組配重后擺度影響系數(shù)1kg/μm,該機(jī)組未達(dá)到預(yù)期效果；同時(shí)考慮鍵相與振動(dòng)傳感器為不同類(lèi)型,可能存在相位偏差,決定將參考相位改為上導(dǎo)擺度傳感器,與鍵相保持為同類(lèi)型,將上端面120 kg配重塊移至270°,比較配重前空轉(zhuǎn)與第二次配重空轉(zhuǎn)數(shù)據(jù),振動(dòng)、擺度數(shù)據(jù)得到優(yōu)化,達(dá)到預(yù)期效果,從配重后數(shù)據(jù)看,上導(dǎo)擺度值還可以繼續(xù)減小,故繼續(xù)在鍵相逆轉(zhuǎn)向的270°處上端面加重30 kg,第三次配重空轉(zhuǎn)測(cè)試數(shù)據(jù)見(jiàn)表4,并從圖4可以看出轉(zhuǎn)頻成分已經(jīng)明顯減少,決定加勵(lì)磁后再做決定是否繼續(xù)配重,加勵(lì)磁測(cè)試數(shù)據(jù)。

圖4 第三次配重額定轉(zhuǎn)速振擺頻譜分析

從空載數(shù)據(jù)看,空載后振動(dòng)、擺度值明顯增大。故以上導(dǎo)擺度相位為參考,在鍵相逆轉(zhuǎn)向的220°處上端面加重70 kg、下端面加重50 kg,第四次配重后上導(dǎo)擺度、下導(dǎo)擺度、上機(jī)架振動(dòng)、下機(jī)架振動(dòng)無(wú)論在空轉(zhuǎn)還是空載狀態(tài)下都出現(xiàn)了下降,考慮到第四次配重后空轉(zhuǎn)已經(jīng)比第三次增加,繼續(xù)減少空載振動(dòng)、擺度值將會(huì)增大空轉(zhuǎn)值,配重到此結(jié)束,并且振動(dòng)、擺度值遠(yuǎn)優(yōu)于國(guó)標(biāo)。

5 結(jié)束語(yǔ)

1)在動(dòng)平衡試驗(yàn)過(guò)程中要注意傳感器的布置和使用。鍵相信號(hào)和參考相位傳感器一定要選擇同一類(lèi)型傳感器,并建議選擇精度高的電渦流傳感器。

2)動(dòng)平衡一次試重法具有拆裝工作量少、占用機(jī)組試運(yùn)行的直線工期短的特點(diǎn),對(duì)電站具有現(xiàn)實(shí)意義。

3)試驗(yàn)證明機(jī)組動(dòng)平衡不僅可以消除轉(zhuǎn)子質(zhì)量不平衡,同時(shí)也可以消除部分磁拉力不平衡。

[1]王玲花.水輪發(fā)電機(jī)組振動(dòng)與分析 [M].鄭州：黃河水利出版社,2011.

[2]狄長(zhǎng)安,陳捷,賈云飛,等.工程測(cè)試技術(shù) [M].北京：清華大學(xué)出版社,2008.

Analysis of Dynamic Balance Test on Large Hydrogenerator

One trial weight method of dynamic balance test for hydrogenerator can reduce workload of installation and reinstallation, shorten occupancy period of the unit commissioning linear characteristics,so it has practical significance to theplant.It reduces vibration and swing of a-360 MW-hydrogenerator in Ludila through one trial weight method.From this example,it fully demonstrates the importance of one trial weight method of dynamic balance tests for hydrogenerator.

hydrogenerator,one trial weight method,vibration

TV3

B

1006-7345(2014)02-0075-03

2013-11-13

王斌 (1988),男,工程師,云南電力技術(shù)有限責(zé)任公司,從事水電廠水機(jī)專(zhuān)業(yè)調(diào)試、試驗(yàn)與故障診斷方面工作(e-mail) 425631679@qq.com。