CN103439053A - Lm6000燃气轮机转子换装叶片时高速动平衡方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了LM6000燃气轮机转子换装叶片时高速动平衡方法，主要步骤包括：1）转子叶片优化排序，使其质量达到目标值；2）全封闭高速转子上相位测量方法；3）确定平衡块的相位位置及重量。本发明燃气轮机转子换装叶片时高速动平衡方法，能够在不返厂维修的情况下，完成对LM6000型燃气轮机转子叶片更换和高速动平衡工作，对于打破国外企业的技术垄断，减少对厂商或者国外公司的依赖程度，节约维修成本和维修所需要的时间具有重要的意义。

Description

LM6000燃气轮机转子换装叶片时高速动平衡方法

技术领域

本发明属于燃气轮机检修领域，具体涉及到一种LM6000燃气轮机转子换装叶片时高速动平衡方法。

背景技术

天然气与高效的燃气轮机及其联合循环结合，既发挥了燃气轮机排放小、投资低、效率高、建设快、用水和占地面积小、能快速启动的优势，又能彻底地解决环境污染问题，是优化我国火电结构的主方向之一。

燃气轮机发电机组是在高温、高压、高转速、高负荷下运行的，随着大量燃气轮机发电机组的投产，不可避免地会出现各种各样的机械故障，其中，燃气轮机机组振动问题尤其令人关注。

而在使用过程中，转子叶片也会有不同程度的磨损和损坏，需要对转子叶片进行更换和维修。每个转子叶片的质量都是不一样的，更换新的叶片后会导致转子重心偏移，引起振动。因此，换装叶片时需要对所有的转子叶片进行重新排列，并对转子进行现场动平衡。

目前，LM6000燃气轮机高压转子叶片的检修和维护工作均由外国厂家如美国GE和德国MTU垄断。而修复高压压气机振动在GE产品相关规程中属于二级以上维护，必须返厂。返厂维修存在维修费用高昂，维修周期较长等问题。

发明内容

本发明的目的是提供了一种GE公司LM6000型燃气轮机转子换装叶片时高速动平衡方法，能够在不返厂维修的情况下，完成对LM6000型燃气轮机转子叶片更换和高速动平衡工作。

为了实现上述目的，本发明的技术方案为：提供一种LM6000燃气轮机转子换装叶片时高速动平衡方法，主要步骤包括：

1）转子叶片优化排序，使其质量达到目标值；

2）全封闭高速转子上相位测量方法；

3）确定平衡块的相位位置及重量。

步骤1）中所述的转子叶片优化排序，使其质量达到目标值，其具体实施包括如下步骤：

（1）计算更换前转子叶片平衡位置，采用如下公式计算：

X_i=G_i*cosθ_i    （1）

Y_i=G_i*sinθ_i    （2）

$\stackrel{\‾}{X}=\underset{i=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{X}_i---\left(3\right)$

$\stackrel{\‾}{Y}=\underset{i=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{Y}_i---\left(4\right)$

其中G_i为叶片更换前第i个叶片重量，θ₁为叶片更换前第i个叶片相位，

和

为叶片更换前转子平衡位置，N为转子叶片个数。

（2）计算更换后转子叶片平衡位置，采用如下公式计算：

X′_i=G′_i*cosθ′_i    （5）

Y′_i=G′_i*sinθ′_i    （6）

$\stackrel{\‾}{X^{\′}}=\underset{i=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{X^{\′}}_i---\left(7\right)$

$\stackrel{\‾}{Y^{\′}}=\underset{i=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{Y^{\′}}_i---\left(8\right)$

其中G′₁为叶片更换后第i个叶片重量，θ′₁为叶片更换后第i个叶片相位，

和

为叶片更换后转子平衡位置，N为转子叶片个数。

（3）调整更换后的叶片位置，使得

与

与

尽可能接近。

步骤2）所述的全封闭高速转子上相位测量方法，在LM6000燃机轮机的附件齿轮箱上安装变速齿轮箱，使变速齿轮箱输出齿轮的转速与高压转子同步。

步骤3）所述的确定平衡块的相位位置及重量，具体实施包括如下步骤：

1）振动传感器所在位置为0°角，转子旋转方向为正方向，设步骤2所述的LM6000燃气轮机转子叶片振动的相位测量所得振动相位角为θ，振动传感器与光电传感器之间的相位滞后角为β，则平衡块所在的位置角α=β-θ+180°。

2）平衡块初试重量采用如下经验公式：

$P=A_o\frac{\mathrm{KWg}}{{\mathrm{rw}}^2}$

其中：K为平衡重量系数；W为转子重量，单位kg；A_o为机组某一转速下的振动幅值，单位um；g为重力加速度，单位m/s²；r为加重半径，单位m；w为转子角速度，单位rad/s。

本发明燃气轮机转子换装叶片时高速动平衡方法，能够在不返厂维修的情况下，完成对LM6000型燃气轮机转子叶片更换和高速动平衡工作，对于打破国外企业的技术垄断，减少对厂商或者国外公司的依赖程度，节约维修成本和维修所需要的时间具有重要的意义。

具体实施方式

本实施例所述的LM6000燃气轮机转子换装叶片时高速动平衡方法应用于某电厂依照GE公司SB229公告内容对LM6000型燃气轮机进行更换叶片和动平衡的过程中，包括以下步骤：

1）转子叶片平衡计算。计算更换前高压转子的平衡位置，更换叶片后，通过调整叶片位置使得更换后的平衡位置与更换前接近。

下表为更换叶片前后各个位置所对应的叶片型号以及重量。

表1

由表1结果，应用步骤1）中的公式计算出

叶片更换后的平衡位置与更换前接近。

2）全封闭高速转子上相位测量。该燃气轮机机组升、降速过程的振动进行了测试。振动测试采用美国BENTLY208P振动分析仪，振动信号来自机组自带的振动保护传感器。其中通道1为高压转子振动信号，通道2为低压转子振动信号。步骤2）中所述变速齿轮应安装在horizontal drive shaft上。

下表2为升速过程及额定转速下各测点振动数据，幅值单位：in/s，相位单位：度。

表2

3）确定平衡块的相位位置及重量。根据表2的数据采集分析，在最初状态下LM600000燃气轮机HPC高压转子振动最大值出现在转速8100rpm时，振动幅为1.11inch/s，振动相位为345°。根据Bently208振动信号采集特性，其对于振动相位的规定为标准信号的脉冲前沿到振动信号第一个正峰值的距离为其所测相位。根据此规定可以从表2数据采集的振动相位信号值直接求出转子上不平衡分量的位置，根据步骤3）中所述方法计算出现场动平衡试验第一次试重的相位角度为135°，需要加装平衡块重量为15克。

按最终加重方案配重以后启动机组，机组在各个转速下的振动幅值大幅度降低，达到规范的振动要求。加重后，各转速下的数据如下表3所示：

表3

从以上表1、表2和表3的数据可以看出，利用本发明LM6000型燃气轮机转子换装叶片时高速动平衡方法实现了转子叶片重新排布以及现场动平衡，降低了振动幅度。

Claims (1)

1.一种LM6000燃气轮机转子换装叶片时高速动平衡方法，其特征在于：包括以下步骤：

1）转子叶片优化排序；

2）全封闭高速转子上相位测量方法；

3）确定平衡块的相位位置及重量；

步骤1）所述转子叶片优化排序，包括如下步骤：

（1）计算更换前转子叶片平衡位置，采用如下公式计算：

X_i=G_i*cosθ_i    （1）

Y_i=G_i*sinθ_i    （2）

$\stackrel{\‾}{X}=\underset{i=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{X}_i---\left(3\right)$

$\stackrel{\‾}{Y}=\underset{i=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{Y}_i---\left(4\right)$

其中G_i为叶片更换前第i个叶片重量，θ_i为叶片更换前第i个叶片相位，

和

为叶片更换前转子平衡位置，N为转子叶片个数；

（2）计算更换后转子叶片平衡位置，采用如下公式计算：

X′_i=G′_i*cosθ′_i    （5）

Y′_i=G′_i*sinθ′_i    （6）

$\stackrel{\‾}{X^{\′}}=\underset{i=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{X^{\′}}_i---\left(7\right)$

$\stackrel{\‾}{Y^{\′}}=\underset{i=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{Y^{\′}}_i---\left(8\right)$

其中G′_i为叶片更换后第i个叶片重量，θ′_i为叶片更换后第i个叶片相位，

和

为叶片更换后转子平衡位置，N为转子叶片个数；

（3）调整更换后的叶片位置，使得

与

与

尽可能接近；

步骤2）所述的全封闭高速转子上相位测量方法，在LM6000燃机轮机的附件齿轮箱上安装变速齿轮箱，使变速齿轮箱输出齿轮的转速与高压转子同步；

步骤3）所述的确定平衡块的相位位置及重量，包括如下步骤：

（1）振动传感器所在位置为0°角，转子旋转方向为正方向，设步骤2）LM6000燃气轮机转子叶片振动的相位测量所得振动相位角为θ，振动传感器与光电传感器之间的相位滞后角为β，则平衡块所在的位置角α=β-θ+180°；

（2）平衡块初试重量采用如下经验公式：

$P=A_o\frac{\mathrm{KWg}}{{\mathrm{rw}}^2}$

其中：K为平衡重量系数；W为转子重量，单位kg；A_o为机组某一转速下的振动幅值，单位um；g为重力加速度，单位m/s²；r为加重半径，单位m；w为转子角速度，单位rad/s。