大型水轮发电机组动平衡测试

王斌

(云南电力技术有限责任公司,昆明 650217)

大型水轮发电机组动平衡测试

王斌

(云南电力技术有限责任公司,昆明 650217)

介绍水轮发电机组动平衡的一次试重法具有拆装工作量少、占用机组试运行直线工期短的特点,通过动平衡的一次试重法对鲁地拉360 MW水轮发电机组进行动平衡试验减少了机组的振动和摆度。

水轮发电机组；一次试重法；振动

1 前言

随着我国水电机组设计、制造水平的不断提高,各类大型水电机组不断投运。这些大型水轮发电机组在运行中往往由于振动、摆度偏大或者超标,破坏机组的各个部件,严重影响水轮发电机组寿命,它们运行的稳定性直接影响到整个水轮发电机组的安全运行。水轮发电机组的动平衡试验是减少机组振动、摆度的一个重要方法；对机组的安全稳定运行具有十分重要的作用,它能够很好地解决机组的质量不平衡,同时对磁拉力不平衡也有一定的改善作用,研究大型水轮机组的动平衡试验对机组安全稳定运行有重要意义。

2 一次试重法

动平衡是在刚性转子双面上调整质量分布以保证转子剩余的动不平衡量在规定范围内的过程。

三次试重法是分三次将试验重荷分别固定在三个互成120°的圆周上,再计算出配重方位及重量；而一次试重法[1]是在测量振动、摆度的幅值时,同时测量振动的相位,减少了拆装工作量。

2.1 动平衡配重的相位

振动的时域曲线 (即振动的波形图)的测量记录用振动测试系统记录,同时装设同步信号装置 (即键相),使转子每转到此处时发出同步信号,由振动测试系统记录下来,并定义该点为转子的零度方位。在机组启动后,在相同转速、相同工况下测得两同步信号之间的相位差为360°,可按比例测算出波峰时的相位角 α(即配重位置)；测得波峰和波谷的差值A为振动值 (双边振幅),振动的时域曲线见图1。

图1 振动的时域曲线图

2.2 动平衡配重的大小

按式 (1)进行初算试重量,并根据具体情况分析确定准确的试重大小：

式中：

P—试重量 (kg)

G—转子重量 (kg)

n—动平衡试验时机组转速 (r/min) r—试重半径 (m)

3 试验方案

3.1 测试系统

振动测试系统[2]是利用传感器将机组各部位振动量变化转化为电量变化,经动态信号仪转化后用分析软件进行相应处理。本次采用的动态信号测试分析系统可直接与位移传感器连接,对不同类型传感器输入不同的灵敏度,并具有跟踪滤波功能,可测量振动通频值、转频值。基于快速傅里叶变换原理,该测试分析系统对输入的模拟信号进行抗混滤波及防泄漏处理,经模数转换等初步处理后,按不同要求对信号进行时域分析、频域分析和幅值域分析等,并可将选定的曲线对应的数据另存为文本文件、数据库文件和位图文件,测试系统见图2。

图2 测试系统示意图

3.2 测点布置

试验测点布置如下：上导摆度、下导摆度、上机架振动、下机架振动等多个层面上,每个层面在+X、+Y方向各装一只,注意两个振动、摆度传感器尽可能安装成90°,各层面同一方向的传感器应尽可能安装在一个截面上,这样综合分析相位时不会产生偏差。键相传感器安装在+X方向,这个方向的传感器作为主分析用,另一个方向传感器作为参考,与主传感器的相位相差90°,其中摆度和键相为电涡流传感器,振动为低频振动传感器。

4 动平衡实例

某水电站装有6台360 MW机组,总装机容量为2160 MW,多年平均发电量99.57亿kW· h,年利用小时4610 h。现已2#机组投产动平衡为例,介绍动平衡试验。

为了了解机组振动。摆度状况,分析机组振动原因,进行了变转速试验,机组振动摆度值见表1(文中所有振动、摆度值均为转频值)。

表1 机组的变转速试验数据

表1试验数据测点振动与摆度值偏大,且随转速升高而明显增大,上机架振动在额定转速时达到86 μm,并且随运行时间增加还有上升趋势,机组存在机械不平衡。从图3可以看出机组振动、摆度值主要以转频分量为主。

图3 配重前额定转速振摆频谱分析

动平衡试验配重以上机架振动相位为参考,考虑上机架振动、上导摆度较大,下机架振动、下导摆度较小,故在键相逆转向的210°处上端面加重120 kg、下端面加重40 kg,比较配重前空转与第一次配重空转数据,配重有明显效果,但考虑1#机组配重后摆度影响系数1kg/μm,该机组未达到预期效果；同时考虑键相与振动传感器为不同类型,可能存在相位偏差,决定将参考相位改为上导摆度传感器,与键相保持为同类型,将上端面120 kg配重块移至270°,比较配重前空转与第二次配重空转数据,振动、摆度数据得到优化,达到预期效果,从配重后数据看,上导摆度值还可以继续减小,故继续在键相逆转向的270°处上端面加重30 kg,第三次配重空转测试数据见表4,并从图4可以看出转频成分已经明显减少,决定加励磁后再做决定是否继续配重,加励磁测试数据。

图4 第三次配重额定转速振摆频谱分析

从空载数据看,空载后振动、摆度值明显增大。故以上导摆度相位为参考,在键相逆转向的220°处上端面加重70 kg、下端面加重50 kg,第四次配重后上导摆度、下导摆度、上机架振动、下机架振动无论在空转还是空载状态下都出现了下降,考虑到第四次配重后空转已经比第三次增加,继续减少空载振动、摆度值将会增大空转值,配重到此结束,并且振动、摆度值远优于国标。

5 结束语

1)在动平衡试验过程中要注意传感器的布置和使用。键相信号和参考相位传感器一定要选择同一类型传感器,并建议选择精度高的电涡流传感器。

2)动平衡一次试重法具有拆装工作量少、占用机组试运行的直线工期短的特点,对电站具有现实意义。

3)试验证明机组动平衡不仅可以消除转子质量不平衡,同时也可以消除部分磁拉力不平衡。

[1]王玲花.水轮发电机组振动与分析 [M].郑州：黄河水利出版社,2011.

[2]狄长安,陈捷,贾云飞,等.工程测试技术 [M].北京：清华大学出版社,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,工程师,云南电力技术有限责任公司,从事水电厂水机专业调试、试验与故障诊断方面工作(e-mail) 425631679@qq.com。