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发电机现场动平衡过程及分析

发布日期:2021-04-13 浏览次数:74

发电机现场动平衡过程及分析

近年来,发电机转子两侧出现同相振动现象越来越多,其原因和机理也正在得到人们越来越多的重视。


  同相振动是由于发电机转子本体三阶不平衡或外伸端不平衡所引起的,在二阶临界转速下工作的发电机转子,外伸端不平衡会使主跨转子的二阶振型畸变,产生类似于主跨转子三阶不平衡的振动特征。实践表明,与其它形式振动相比,降低同相振动有时比较困难。


  本文针对某台汽轮发电机组运行中出现的发电机同相振动问题进行了深入分析,对其机理进行了分析,总结了这类振动高效治理方法。


  振动现象


  某台60MW汽轮发电机组轴系由汽轮机、发电机、励磁机组成,励磁机为悬臂结构,如图1所示。


  正常运行中发电机振动较大,表1给出了3瓦和4瓦空负荷和满负荷下的振动数据。


  工作转速下,各测点振动以工频为主。带负荷过程中。振动幅值增大,但相位稳定。初步分析认为,发电机转子存在不平衡。


  发电机转子动平衡过程


  由表1可知,满负荷下3x和4x相位相差27。,3Y和4Y相位相差20。,两侧x与y方向振动相位基本相同。用谐分量法将3瓦、4瓦工作转速下的振动分解为同相分量和反相分量,如表2所示。


  从表2可以看出,两侧振动分量中同相分量远大于反相分量,其中x同相达到88um。由于同相分量较大,参照以往加重经验,首先在发电机两端施加对称型式配重:P3=1.14kg∠24°,P4=1.05kg∠24°。


  加重后,满负荷下振动明显减小,但是临界转速下振动增大。在发电机两端加同相配重导致工作转速和临界转速下的振动出现矛盾,无法兼顾。


  去掉发电机加重,改在励磁机上加重pA=250g∠60°如图2所示。


  本次加重后,满负荷下振动明显降低而临界转速下振动变化不大,轴系振动达到优秀,动平衡工作至此结束。表3给出了机组动平衡过程。


  发电机同相振动的深入分析


  本次动平衡,在发电机和励磁机上的两次加重均降低了工作转速下的振动。但是,发电机本体上的加重却使临界转速下振动明显增大,3x振动达136um,而励磁机上加重后I临界转速下振动变化不大。表4给出了两次加重求得的影响系数。


  从表中可以看出:


  (I)满负荷下,发电机两端加同相配重和励磁机悬臂端加重对3号、4号轴承振动的影响都近似为同相。除3x测点相位角偏差稍大外,两种加重模式所求得的各测点影响系数相位角近似相同,但励磁机加重灵敏度远大于发电机加重。


  (2)临界转速下,发电机两端加同相配重对振动影响较大,两侧振动影响也近似于同相。励磁机加重影响相对较小,两端影响系数相位角相差达到120°~160°。


  若以降低满负荷下振动为目标,由表4影响系数,推算得发电机两端和励磁机加重方案分别为:1 268g∠15°和350g∠45°。


  两种方案所求得的加重相位角仅相差30°,近似相同。但是由该方案推算得临界转速下3x振动分别为162um∠153°和34∠184°相差很大。


  中、小型发电机组工作转速大多在一阶临界转速和二阶临界转速之间,距离三阶l临界转速较远,工作转速下的振动主要受一阶振型和二阶振型的影响。


  对于带有悬臂端的轴系而言,3 000r/min下可能的振型如图3所示。


  第1种情况下,轴系两端振动呈反相,与本机组振动特征不符。第2种情况和第3种情况所对应的轴系两端振动都呈同相,与本台机组振动现象很相似,但两种状态下的振动特性还是有一定差别。


  第2种情况下。平衡发电机工作转速下振动需要在两端加向下的力,在转子中部也应该加1个向下的力。由于转子中部无法加重.实际上只能在两端加1对向下的力,或者在励磁机悬臂端加一个向上的力。


  励磁机加重方向与发电机组转子本体内加重方向相反。


  该现象与此前分析不符。由于发动机转子中部加莺方向与两端加重方向相同,发电机两端加同相配重对临界转速和工作转速下的振动不会产生矛盾。这种情况下转子本体振动大于外伸端振动,不平衡主要是由转子本体引起的。


  第3种情况下,平衡发电机工作转速下的振动需要在两端加1对向上的力,转子中部则应该加1个向下的力,或者在励磁机悬臂端加一个向上的力。励磁机加重和发电机两端加重方向相同。


  实际加重时,由于转子中部无法加重,并且两端加重方向与中部方向是相反的,必然会导致临界转速下的振动变大。该分析和本机组出现的振动现象基本吻合。


  这种情况下转子外伸端振动大于本体振动,不平衡主要由外伸端引起。综合以上分析,本机组额定转速下的振型应该如第3种情况所示。由于振型分布不同,平衡方法和平衡结果可能就会出现很大差别。


  目前很多文献认为,发电机工作转速下出现同相振动是由于二阶振型畸变或三阶振型引起的,这种观点具有一定的片面性。


  对于带有悬臂端的转子而言,额定转速下发电机转子振动完全有可能呈现如图3中所示的一阶振型。本体内加重角度和外伸端加重角度是相同还是相反,不能一概而论,取决于振型分布。


  结论


  此台汽轮发电机出现的同相振动实际上是由于励磁机外伸端不平衡引起的。带有外伸悬臂端的转子工作转速下很容易出现同楣振动。


  额定转速下.发电机同相振动有两种情况,分别来源于发电机转子本身和励磁机外伸端,所对应的振动特征和处理方法不完全相同。实际机组出现同相振动是需要仔细分析其振型图。


  转子跨内加重向跨外加重移植时,其加重角度是相同还是相反,也不能一概而论,两种情况都有可能。


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