中小型水輪發(fā)電機(jī)組動(dòng)平衡試驗(yàn)方法改進(jìn)探討

畢福強(qiáng)

【摘要】低轉(zhuǎn)速機(jī)水輪發(fā)電機(jī)組動(dòng)平衡表現(xiàn)并不明顯，但機(jī)組轉(zhuǎn)速高與250r/min的機(jī)組，一般都需要進(jìn)行動(dòng)平衡試驗(yàn)，隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，目前新裝的水輪發(fā)電機(jī)組一般電站都會(huì)安裝在線測(cè)振測(cè)擺監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行動(dòng)平衡試驗(yàn)提供試驗(yàn)數(shù)據(jù)，但有些中小型電站，為了節(jié)約投資，一般不會(huì)安裝機(jī)組在線測(cè)振測(cè)擺監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，本文就未安裝在線測(cè)振測(cè)擺系統(tǒng)的水輪發(fā)電機(jī)組進(jìn)行動(dòng)平衡試驗(yàn)的方法進(jìn)行分析、改進(jìn)和介紹。

【關(guān)鍵詞】水輪發(fā)電機(jī)組；轉(zhuǎn)子；動(dòng)平衡試驗(yàn)；百分表；配重

一、概述

水輪發(fā)電機(jī)組動(dòng)平衡試驗(yàn)就是經(jīng)過(guò)一定的試驗(yàn)方法，找出轉(zhuǎn)動(dòng)部分的質(zhì)量不平衡方位和質(zhì)量，然后在它的對(duì)稱位置增加配重塊，以消除或減小轉(zhuǎn)動(dòng)部分在制造和組裝過(guò)程中造成的質(zhì)量不平衡，從而消除或減小機(jī)組的振動(dòng)。在沒(méi)有安裝測(cè)振測(cè)擺系統(tǒng)的電站一般采用三點(diǎn)試配重法來(lái)計(jì)算和判斷動(dòng)平衡加配重的方位，這種方法雖然可行，但要在轉(zhuǎn)子上配重三次和開停機(jī)三次，比效麻煩。本文介紹采用劃線方法進(jìn)行水輪發(fā)電機(jī)組動(dòng)平衡試驗(yàn)的方法。

二、水輪發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子動(dòng)平衡試驗(yàn)方法和分析

水輪發(fā)電機(jī)動(dòng)不衡的原因分析：水輪機(jī)的轉(zhuǎn)輪一般在出廠前都會(huì)進(jìn)行靜平衡試驗(yàn)，但發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子大多采用在工地組裝的方式進(jìn)行，但轉(zhuǎn)子組裝部件較多，造成重量不平衡的累積，在水輪發(fā)電機(jī)組開機(jī)后，發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子因存在質(zhì)量的不平衡，隨著機(jī)組轉(zhuǎn)速的升高，這個(gè)不平衡的質(zhì)量將會(huì)產(chǎn)生離心力，造成轉(zhuǎn)動(dòng)部分的擺動(dòng)，經(jīng)過(guò)導(dǎo)軸瓦將這個(gè)離心力傳導(dǎo)給機(jī)架，造成機(jī)組振動(dòng)，振動(dòng)頻率和機(jī)組轉(zhuǎn)速相同。

1 動(dòng)平衡三次試重法及現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)的難度

動(dòng)平衡三次試重法就是在轉(zhuǎn)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(dòng)機(jī)組到額定轉(zhuǎn)速，測(cè)量帶導(dǎo)軸承的機(jī)架的振幅值，加上機(jī)組沒(méi)加配重的振動(dòng)幅值，共計(jì)4次數(shù)據(jù)，根據(jù)這4次測(cè)得的振動(dòng)值用作圖法或計(jì)算法求出需要加配重的方位和大小。

因中小型機(jī)組轉(zhuǎn)子直徑一般偏小，內(nèi)部空間有限，同時(shí)要在轉(zhuǎn)子分出相同的120度角度難度較大，如果因?yàn)槿尾贾玫呐渲貕K角度和半徑有偏差，會(huì)使后期的計(jì)算結(jié)果不準(zhǔn)確，造成配重后，動(dòng)平衡試驗(yàn)結(jié)果不理想。

2 劃線法動(dòng)平衡試驗(yàn)方法介紹

劃線法動(dòng)平衡試驗(yàn)配重塊固定方位的判斷：先不進(jìn)行配重，啟動(dòng)機(jī)組，機(jī)組逐級(jí)升速，在機(jī)組升速過(guò)程中如果發(fā)現(xiàn)機(jī)組的擺度值較大，同時(shí)帶有導(dǎo)軸承的機(jī)架出現(xiàn)振動(dòng)，此時(shí)機(jī)組振動(dòng)如果不會(huì)危及到機(jī)組安全運(yùn)行，可將機(jī)組升到額定轉(zhuǎn)速（如果機(jī)組振動(dòng)、振度都很大，就不需將機(jī)組升到額定轉(zhuǎn)速），測(cè)得機(jī)組機(jī)架的振動(dòng)值，同時(shí)用鉛筆筆尖緩慢靠近上導(dǎo)軸承的軸領(lǐng)、水輪機(jī)發(fā)電機(jī)的聯(lián)軸法蘭，以筆尖剛好接觸到為準(zhǔn)，因機(jī)組的擺度存在，會(huì)在上導(dǎo)軸領(lǐng)處和聯(lián)軸法蘭處留下一段鉛筆劃線，機(jī)組擺度越大，劃的線會(huì)越短，線劃好后，即可停機(jī)；停機(jī)后，觀察上導(dǎo)軸領(lǐng)處和水發(fā)聯(lián)軸法蘭上的劃線位置，一般情況下這兩處劃線會(huì)在同一方位，測(cè)量劃線長(zhǎng)度，找出線段中心點(diǎn)，此處即為轉(zhuǎn)動(dòng)部分質(zhì)量不平衡超重點(diǎn)，此點(diǎn)對(duì)稱方向即為需要配重的位置。

劃線法動(dòng)平衡試驗(yàn)配重重量的確定：找出配重方位后，接下來(lái)確定配重重量，配重塊重量的確定分為兩步：第一步先在轉(zhuǎn)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(jù)經(jīng)驗(yàn)計(jì)算公式m=（0.5～2.5）MG/RN2 來(lái)進(jìn)行計(jì)算選?。ㄊ街衜為為試重塊質(zhì)量，M為轉(zhuǎn)子質(zhì)量，G為重力加速度，R為試重塊固定半徑，N為轉(zhuǎn)速）；啟動(dòng)機(jī)組，將機(jī)組開到額定轉(zhuǎn)速（如果機(jī)組振動(dòng)擺度較大，轉(zhuǎn)速不能升上去，可進(jìn)行多次加配重，逐步將機(jī)組轉(zhuǎn)速升到額定），測(cè)量機(jī)組振動(dòng)值；第二步根據(jù)所加重量、轉(zhuǎn)速、振動(dòng)值的變化，計(jì)算最終需要加的配重重量。計(jì)算公式的推導(dǎo)：由物理學(xué)中離心力計(jì)算公式f=mrω2 （f為離心力，m為產(chǎn)生離心力的質(zhì)量，r為產(chǎn)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(jī)組轉(zhuǎn)速一定時(shí)，配重塊在轉(zhuǎn)子上的固定半徑一樣，不平衡離心力只與不平衡質(zhì)量成正比，同時(shí)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(yīng)考慮試重塊固定半徑，因此計(jì)算公式為f1：f2= u1：（u1-u2），由公式變?yōu)椋╩1r1ω2）：（m2r2ω2）=u1：（u1-u2），因此機(jī)組轉(zhuǎn)速在額定轉(zhuǎn)速時(shí)，最終轉(zhuǎn)子需配重的總重量為：m1=u1m2r2/（u1-u2）r1，（式中m1為轉(zhuǎn)子配重總重量，m2為試重塊重量，r1為轉(zhuǎn)子最終加配重塊的半徑，u1為未加試重塊時(shí)機(jī)架振幅，u2為加了試重塊后的上機(jī)架振幅，r2為試重塊固定半徑。

3 劃線法動(dòng)平衡試驗(yàn)實(shí)例

此方法在四川某電站使用，取得成功，該電站安有兩臺(tái)5MW立軸懸吊式水輪發(fā)電機(jī)組，機(jī)組轉(zhuǎn)速600r/min，其中一臺(tái)機(jī)組投運(yùn)后，因機(jī)組振動(dòng)較大，機(jī)組運(yùn)行一段時(shí)間后，因振動(dòng)將導(dǎo)軸瓦振松，導(dǎo)軸瓦間隔變大，機(jī)組擺度也隨即變大，后經(jīng)多次檢修，都未解決振動(dòng)問(wèn)題。隨后經(jīng)過(guò)分析造成機(jī)組振動(dòng)的主要原因?yàn)檗D(zhuǎn)子動(dòng)平衡引起，決定對(duì)該機(jī)組進(jìn)行動(dòng)平衡試驗(yàn)。

先開機(jī)到額定轉(zhuǎn)速，用百分表測(cè)量其上導(dǎo)、法蘭和水導(dǎo)處擺度，上機(jī)架水平、垂直振動(dòng)值，并在上導(dǎo)軸領(lǐng)和法蘭處用鉛筆進(jìn)行了劃線。停機(jī)后，對(duì)劃在上導(dǎo)軸領(lǐng)和法蘭處的線進(jìn)行了對(duì)比較分析，方位角一致。利用上面的試加重公式，計(jì)算出試加重重量，根據(jù)轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)，將該試重塊焊接在轉(zhuǎn)子磁軛上壓板上，開機(jī)驗(yàn)證，機(jī)組上機(jī)架振動(dòng)減小，但擺度沒(méi)有變化，再次在各部位劃線，并記錄上機(jī)架振動(dòng)和各部擺度，停機(jī)后，對(duì)這次劃線和上次劃線方位對(duì)比后，沒(méi)有變化。然后用上面的轉(zhuǎn)子最終加配重計(jì)算公式，計(jì)算總的需配重重量，減去第一次試配的重量，為保險(xiǎn)起見，第二次配重重量，比計(jì)算出的重量要少一些，方便機(jī)組開機(jī)升壓后調(diào)整電磁振動(dòng)，配重焊在轉(zhuǎn)子上后再次開機(jī)，上機(jī)架振動(dòng)用百分表已經(jīng)測(cè)量不出，同時(shí)機(jī)組擺度也減小了，對(duì)機(jī)組軸瓦間隙進(jìn)行調(diào)整后，開機(jī)發(fā)電后，機(jī)組振動(dòng)正常，擺度也在要求范圍內(nèi)。機(jī)組動(dòng)平衡試驗(yàn)取得圓滿成功。

三、結(jié)語(yǔ)

用此方法進(jìn)行動(dòng)平衡試驗(yàn)，試驗(yàn)設(shè)備要求不高，只要準(zhǔn)備幾塊百分表就行，同時(shí)用時(shí)短，一般有一到2天即可完成，效果明顯，對(duì)沒(méi)有安裝機(jī)組在線測(cè)振測(cè)擺系統(tǒng)的機(jī)組可以采用，如果轉(zhuǎn)子的直徑和高度比比較小，應(yīng)考慮在轉(zhuǎn)子的上部和下部同時(shí)配重。