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現場動平衡一次加準法的關鍵因素及實例應用
閱讀：780 發布時間：2020-9-24
現場轉子動平衡應用
平衡方法
隨著電力需求的增長，大容量機組的數量日趨龐大，機組軸系越來越復雜，振動問題也越來越突出。大機組進行振動的動平衡處理，需要啟動整套汽輪機、鍋爐及相關輔助設備，每次啟動至少要4個小時以上，按照常規的動平衡過程，一般要啟停3次以上，在整個過程中，機組基本都處于燒油狀態，僅燃油消耗就達數百噸，短期內的反復啟停機對整個機組系統也是很大考驗。因此，在動平衡處理中，都力爭能用少的啟停次數將振動降低到滿意的范圍內。一次加準法力求將動平衡所需要的啟停次數降低到少，節約啟動費用和開機時間，這對大型機組來說具有非常可觀的經濟效益。
1、一次加準法的關鍵問題
一次加準法是基于常規動平衡方法，將啟停次數降低到低限度作為主要追求目標而產生的軸系動平衡方法，國內*提出是在1993年。一次加準法的成功應用必須建立在以下幾個條件之上：
1.1轉子不平衡性質和軸向位置的正確判斷
在對轉子做動平衡前，必須要清楚知道轉子不平衡的性質，因為轉子不平衡的性質將決定采取何種動平衡方法，對轉子平衡性質的誤判將導致動平衡的終失敗。對動平衡性質判斷主要是依據工作轉速和臨界轉速的關系，當工作轉速大于臨界轉速時，屬于柔性轉子；當工作轉速小于臨界轉速時，屬于剛性轉子。在一階臨界轉速上振動大，說明轉子存在一階不平衡；如果二階臨界轉速振動大，說明存在二階不平衡。在判斷二階不平衡時，還要注意支持轉子軸承的動態特性，否則單純從相位判斷會存在一定的誤差。
轉子正常運行都偏離臨界轉速，此時判斷軸系不平衡的性質相對復雜，一般如果轉子在一、二階臨界轉速之間運行，工作轉速下的振動由二階不平衡引起；如果轉子在二、三階臨界轉速之間運行，工作轉速下的振動一般由三階不平衡引起。從現存的汽輪機轉子來看，幾乎所有低壓轉子都運行在一、二階臨界轉速之間，工作轉速下的振動一般是由二階不平衡引起。而發電機轉子既有在一、二界臨界轉速之間也有在二、三階臨界轉速之間。
對轉子不平衡性質做出準確的判斷后，還要對不平衡的軸向位置進行確定。對于轉子一階不平衡，如高中壓轉子在沖轉過程中無法通過l臨界轉速，不論不平衡沿軸向是均勻分布還是集中在某段，都可以在轉子中部平面或者轉子跨內兩端面加同相重量進行平衡一階振動。像低壓轉子在工作轉速下振動大，一般反相振動占主要成分，此時可以在轉子跨內兩端面加反相重量來消除二階不平衡引起的振動。而對于發電機轉子來說，還要考慮三階不平衡或者由外伸端帶來的影響。
1.2原始振動的選擇
原始振動的選擇包括振動測點的選擇和振動數據的選擇。現在機組都安裝有汽輪機安全監測系統(TsI)，用于測量機組主軸等部件機械狀態參數。大機組同時測量軸振和軸承振動，而軸振又分別測量X、Y兩個方向。.
在動平衡之前，必須對原始振動進行認真篩選，平衡哪個轉子就要以該轉子兩端軸承的數據作為計算依據，而聯軸器平衡則要帶入兩側軸承的數據。當軸振很大而軸承振動不大，平衡計算時主要考慮軸振；如果兩者都比較大，則要全面考慮。另外，工作轉速下的動平衡的原始數據的選擇，一般選擇接近定轉速或者初定速的數據作為平衡數據，因為長時間空轉會出現其他不穩定因素，如碰磨、熱彎曲等。
1.3平衡配重重量的選取
對于平衡配重的選擇，剛性轉子可通過如下經驗公式來推算：
對于柔性轉子，配重質量的選擇是個困難的環節，在很大程度上依賴經驗，尤其重要的是同類型機組或者是該機組以往動平衡中獲得的影響系數，行業專家通過多年經驗積累總結的大量影響系數很值得借鑒。見表2。
1.4配重方位的計算
配重方位選擇的失誤，不僅不會降低振動，甚至會導致振動大幅增加。在計算配重方位角的時候一定要把握幾個關鍵的因素：
1.4.1測試儀器關于相位角的定義
從現有的測試設備來看，關于相位角的定義主要區別在于標準脈沖信號是導前或是滯后振動信號以及振動信號的取點位置。在測試之前一定要格外關注。
1.4.2現場振動傳感器及鍵相傳感器安裝位置及轉動方向
根據配重角度計算公式
從以上公式可以發現，加重角度與振動傳感器、鍵相傳感器安裝角度及轉動方向有必然的聯系。
1.4.3機械滯后角的選取
機械滯后角的選定對于剛性轉子來說相對簡單，一般選取0°就不會有太大的偏差。對于柔性轉子來說，滯后角的選定就需要多方面的考慮。在臨界轉速下，不論是一階臨界還是二階臨界轉速下，滯后角都可取90°，實際動平衡過程中，一般取臨界轉速以下的振動作為平衡數據，此時滯后角應該比90°低一些，工作轉速下動平衡的滯后角的選擇還要考慮到支撐系統的剛度，可參考表3。
2、大型柔性轉子動平衡一次加準法應用
某電廠汽輪發電機為上海汽輪機有限公司制造的超臨界、一次中間再熱、單軸、三缸四排汽、凝汽式670NW汽輪機。該機組備有Philips公司的MMS系統，在1至9瓦的x和Y方向設置了由渦流探頭測量軸頸處的相對軸振動。為便于分析比較，在測試過程中我們增加便攜式Benfly208P-DAIU型振動分析系統，振動信號和鍵相信號均自MMS系統鍵相緩沖輸出，測量系統如圖l所示：
自投運以來，該機組5瓦軸振偏大。Y方向達10um。空負荷下原始軸振如表4。從低壓轉子5瓦、6瓦軸振來看，以Y方向為參考數據，其基頻振動相位相差接近180°，從波特圖來看，低壓轉子臨界轉速在1550r/min左右，說明工作轉速下低壓轉子振動主要是由二階振動引起，在5、6瓦兩側反對稱加重，可消除二階不平衡對工作轉速下的振動的影響。
結合同類型機組的計算數據及參考表2，兩側配重質量選取4509左右，配重安裝角度按照配重角度計算公式計算。從汽輪機往發電機方向看去。轉子旋轉方向為順時針方向旋轉，該轉子振動傳感器及鍵相器安裝角度如圖3所示，其中x、Y分別為左上方45°和右上方45°，鍵相傳感器K與x方向傳感器在同一方位。滯后角參考表3中二階不平衡柔性支撐系統，選取100°，以表4中5瓦Y方向基頻振動94.6um<197°作為原始數據計算，鍵相傳感器與5Y方向振動傳感器逆轉向夾角270°，參照配重角度計算公式終計算出配重安裝角度在187°附近。
配重安裝角度計算：
197°+270°一100°一180°=187°
由于現場配重加工工藝及安裝條件限制，終在5瓦側190°位置安裝450.5g、6瓦側10度位置安裝451g配重塊。待機組恢復系統后，重新沖轉至額定轉速3000r/rain時，空負荷下5x、5Y通頻振動降低到19.3um、19.4um，機組各項指標正常，順利并網，帶滿負荷670MW后，各軸通頻振動見表5。至此，通過一次加重，機組振動問題得到解決，動平衡工作結束。
3、結語
對振動性質的正確判斷是動平衡工作的基礎，了解現場振動和鍵相傳感器安裝角度以及機組旋轉方向，依據轉子振型及支撐系統特性合理選取機械滯后角是一次加準法的關鍵。配重的選擇與原始振動大小、轉子重量、加重半徑及支撐特性有關，統計總結同類型機組的影響系數尤為重要。一次加準法成功應用在轉子動平衡中，減少機組啟停次數，能有效節約發電企業成本。