大型水輪發(fā)電機轉子動平衡的方法及實例應用

徐葉松，胡亞州

（云南電力試驗研究院（集團）有限公司，云南 昆明 650217）

0 前言

隨著我國科技水平的日新月異，各類大型水輪發(fā)電機組不斷投運。而良好的機組振動擺度指標是機組長期安全穩(wěn)定運行的重要保障。機組的振動擺度指標超標則嚴重影響機組的安全穩(wěn)定運行及運行壽命，如機組的振擺指標超標嚴重，則在機組過速或甩負荷時對機組產生極大危害。水輪發(fā)電機轉子現(xiàn)場動平衡可以有效地解決機組的質量不平衡問題，從而降低機組的振動擺度幅值，提高機組運行穩(wěn)定性，提升機組運行壽命。

1 測試方法：一次試重法

一次試重法[1]做為動平衡試驗的一種重要配重方法，是同時測量機組振動幅值及相位的方法。該方法在試配重后以矢量法計算機組正確的失重相位及配重質量。矢量計算方法及矢量圖如下。

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

m0為試配重質量；

α為配重修正角；

μ1為未加試重時所測機組振動雙振幅值，μm；

μ2為加試重后所測機組振動雙振幅值，μm；

μp為試驗荷重所產生離心力引起支架振動的雙振幅值，μm；

圖1中，OA代表試重前測振的μ1、φ1；

圖1 矢量圖

OB代表試重后測振數(shù)據(jù)μ2、φ2；

AB代表試驗荷載對振動的影響；

2 實例應用

某大型水力發(fā)電機組主要技術參數(shù)：

水輪機型號：HLV139-LJ-660；額定水頭：216 m；額定轉速：150 r/min；機組安裝高程：980 m；水輪機層高程：984.95 m；蝸殼進口處鋼管直徑6.5 m；發(fā)電機型號：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）。

機組在進行動平衡試驗前，存在著下導擺度和機架振動較大的問題，特別是機架振動已超出國標規(guī)定允許運行范圍，影響機組安全穩(wěn)定運行。從變轉速數(shù)據(jù)（見表1）可以看出，隨著機組轉速的倍數(shù)增加，上機架水平振動1倍頻幅值也呈現(xiàn)出倍數(shù)增加的現(xiàn)象，上、下導擺度值也隨之增加。說明機組存在較大的質量不平衡，需對機組進行現(xiàn)場動平衡試驗。從變勵磁數(shù)據(jù)（見表2）可以看出，加勵磁后對振動擺度影響較大，特別是對上、下導擺度及上機架振動的幅值及相位影響明顯，且機組最終是在有壓狀態(tài)下運行，因此配重相位以100%勵磁電壓的相位分析為準[1]。

表1 變轉速擺度數(shù)據(jù)

表2 變勵磁擺度數(shù)據(jù)

考慮到由于上、下導擺度相位相差120°左右，并且機組上機架振動幅值超標，故先考慮解決上機架振動超標的問題，第一次配重位置及重量：鍵相逆時針145°方位轉子上部加重120 kg。從表3可以看出，配重后上導相位朝反方向變化，上機架振動略微變大，下導擺度變大，下機架振動略微變大，由此分析得出上導擺度相位存在誤差，上導擺度相位由于測量面精度不夠或者其它因素的影響，無法測準。

表3 試配重后數(shù)據(jù)

可根據(jù)試配重結果，用矢量法[2]計算正確的失重角度，計算方法如下：

從計算結果可以看出，上、下導的相位差在50°左右。拆除試配重質量，進行下一次配重，考慮到下導的擺度及相位角，在鍵相逆時針45°方位轉子下部配重120 kg。從表4可看出，配重后上導擺度及上機架振動略微減小，下導擺度及下機架振動明顯減小，相位變化方向正確，說明計算所得上導擺度相位正確，可進一步進行配重。從試配重及第一次配重的數(shù)據(jù)對比可以看出，在上端面配重對下斷面的影響系數(shù)和在下斷面對上斷面的影響系數(shù)，兩者的影響系數(shù)是不一致的。

共進行5次配重，共配重540 kg，并進行了轉子調圓、調整瓦間隙等措施后，完成了該機組的動平衡試驗。對比機組未配重與最終配重后的數(shù)據(jù)，可見機組振動擺度幅值大大降低。在空載態(tài)下，上導擺度通頻頻幅值減小80 μm左右，上機架水平振動通頻幅值減小80 μm左右，下導擺度通頻幅值減小70 μm左右，下機架振動通頻幅值減小20 μm左右。機組在空載及穩(wěn)定運行區(qū)（430 MW）時各部位振動擺度幅值均遠優(yōu)于國標的要求。最終配重結果見表5。

表5 最終配重結果

3 結束語

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

2）動平衡試驗應進行變轉速及變勵磁試驗，如加勵磁后對機組振擺幅值及相位影響較大，由于機組最終是在有壓狀態(tài)下運行，配重相位應以100%勵磁電壓的相位分析為準。

3）在本文實例中可以看出，由于各種原因導致測量的相位存在偏差時，可用矢量法計算出準確的配重相位，對動平衡試驗有相當大的指導意義。水輪發(fā)電機組由于上端軸測量面加工精度不夠等原因，不少機組的上導擺度測量普遍存在誤差，更是體現(xiàn)出矢量法在配重中的重要性。