中小型水輪發電機組動平衡試驗方法改進探討

畢福強

【摘要】低轉速機水輪發電機組動平衡表現并不明顯，但機組轉速高與250r/min的機組，一般都需要進行動平衡試驗，隨著科學技術的不斷發展，目前新裝的水輪發電機組一般電站都會安裝在線測振測擺監測系統，對現場進行動平衡試驗提供試驗數據，但有些中小型電站，為了節約投資，一般不會安裝機組在線測振測擺監測系統，本文就未安裝在線測振測擺系統的水輪發電機組進行動平衡試驗的方法進行分析、改進和介紹。

【關鍵詞】水輪發電機組；轉子；動平衡試驗；百分表；配重

一、概述

水輪發電機組動平衡試驗就是經過一定的試驗方法，找出轉動部分的質量不平衡方位和質量，然后在它的對稱位置增加配重塊，以消除或減小轉動部分在制造和組裝過程中造成的質量不平衡，從而消除或減小機組的振動。在沒有安裝測振測擺系統的電站一般采用三點試配重法來計算和判斷動平衡加配重的方位，這種方法雖然可行，但要在轉子上配重三次和開停機三次，比效麻煩。本文介紹采用劃線方法進行水輪發電機組動平衡試驗的方法。

二、水輪發電機轉子動平衡試驗方法和分析

水輪發電機動不衡的原因分析：水輪機的轉輪一般在出廠前都會進行靜平衡試驗，但發電機轉子大多采用在工地組裝的方式進行，但轉子組裝部件較多，造成重量不平衡的累積，在水輪發電機組開機后，發電機轉子因存在質量的不平衡，隨著機組轉速的升高，這個不平衡的質量將會產生離心力，造成轉動部分的擺動，經過導軸瓦將這個離心力傳導給機架，造成機組振動，振動頻率和機組轉速相同。

1 動平衡三次試重法及現場試驗的難度

動平衡三次試重法就是在轉子上相同的半徑上互成120度的角度上，依次加相同重量的試重塊，逐次啟動機組到額定轉速，測量帶導軸承的機架的振幅值，加上機組沒加配重的振動幅值，共計4次數據，根據這4次測得的振動值用作圖法或計算法求出需要加配重的方位和大小。

因中小型機組轉子直徑一般偏小，內部空間有限，同時要在轉子分出相同的120度角度難度較大，如果因為三次布置的配重塊角度和半徑有偏差，會使后期的計算結果不準確，造成配重后，動平衡試驗結果不理想。

2 劃線法動平衡試驗方法介紹

劃線法動平衡試驗配重塊固定方位的判斷：先不進行配重，啟動機組，機組逐級升速，在機組升速過程中如果發現機組的擺度值較大，同時帶有導軸承的機架出現振動，此時機組振動如果不會危及到機組安全運行，可將機組升到額定轉速（如果機組振動、振度都很大，就不需將機組升到額定轉速），測得機組機架的振動值，同時用鉛筆筆尖緩慢靠近上導軸承的軸領、水輪機發電機的聯軸法蘭，以筆尖剛好接觸到為準，因機組的擺度存在，會在上導軸領處和聯軸法蘭處留下一段鉛筆劃線，機組擺度越大，劃的線會越短，線劃好后，即可停機；停機后，觀察上導軸領處和水發聯軸法蘭上的劃線位置，一般情況下這兩處劃線會在同一方位，測量劃線長度，找出線段中心點，此處即為轉動部分質量不平衡超重點，此點對稱方向即為需要配重的位置。

劃線法動平衡試驗配重重量的確定：找出配重方位后，接下來確定配重重量，配重塊重量的確定分為兩步：第一步先在轉子上需配重的位置加上一定重量的配重塊，配重塊重量根據經驗計算公式m=（0.5～2.5）MG/RN2 來進行計算選取（式中m為為試重塊質量，M為轉子質量，G為重力加速度，R為試重塊固定半徑，N為轉速）；啟動機組，將機組開到額定轉速（如果機組振動擺度較大，轉速不能升上去，可進行多次加配重，逐步將機組轉速升到額定），測量機組振動值；第二步根據所加重量、轉速、振動值的變化，計算最終需要加的配重重量。計算公式的推導：由物理學中離心力計算公式f=mrω2 （f為離心力，m為產生離心力的質量，r為產生離心力的物體所處的半徑或者可以理解為試重塊安裝的半徑，ω為角速度），由公式可知，機組轉速一定時，配重塊在轉子上的固定半徑一樣，不平衡離心力只與不平衡質量成正比，同時振幅的大小與不平衡力成正比，如果固定配重塊的半徑不同則應考慮試重塊固定半徑，因此計算公式為f1：f2= u1：（u1-u2），由公式變為（m1r1ω2）：（m2r2ω2）=u1：（u1-u2），因此機組轉速在額定轉速時，最終轉子需配重的總重量為：m1=u1m2r2/（u1-u2）r1，（式中m1為轉子配重總重量，m2為試重塊重量，r1為轉子最終加配重塊的半徑，u1為未加試重塊時機架振幅，u2為加了試重塊后的上機架振幅，r2為試重塊固定半徑。

3 劃線法動平衡試驗實例

此方法在四川某電站使用，取得成功，該電站安有兩臺5MW立軸懸吊式水輪發電機組，機組轉速600r/min，其中一臺機組投運后，因機組振動較大，機組運行一段時間后，因振動將導軸瓦振松，導軸瓦間隔變大，機組擺度也隨即變大，后經多次檢修，都未解決振動問題。隨后經過分析造成機組振動的主要原因為轉子動平衡引起，決定對該機組進行動平衡試驗。

先開機到額定轉速，用百分表測量其上導、法蘭和水導處擺度，上機架水平、垂直振動值，并在上導軸領和法蘭處用鉛筆進行了劃線。停機后，對劃在上導軸領和法蘭處的線進行了對比較分析，方位角一致。利用上面的試加重公式，計算出試加重重量，根據轉子結構，將該試重塊焊接在轉子磁軛上壓板上，開機驗證，機組上機架振動減小，但擺度沒有變化，再次在各部位劃線，并記錄上機架振動和各部擺度，停機后，對這次劃線和上次劃線方位對比后，沒有變化。然后用上面的轉子最終加配重計算公式，計算總的需配重重量，減去第一次試配的重量，為保險起見，第二次配重重量，比計算出的重量要少一些，方便機組開機升壓后調整電磁振動，配重焊在轉子上后再次開機，上機架振動用百分表已經測量不出，同時機組擺度也減小了，對機組軸瓦間隙進行調整后，開機發電后，機組振動正常，擺度也在要求范圍內。機組動平衡試驗取得圓滿成功。

三、結語

用此方法進行動平衡試驗，試驗設備要求不高，只要準備幾塊百分表就行，同時用時短，一般有一到2天即可完成，效果明顯，對沒有安裝機組在線測振測擺系統的機組可以采用，如果轉子的直徑和高度比比較小，應考慮在轉子的上部和下部同時配重。