CN106227909B - 一种一次消除汽轮发电机组转子动态挠曲的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种一次消除汽轮发电机组转子动态挠曲的方法，用于火力发电厂汽轮机发电机组轴系的转子上，减少消除轴系转子动态挠曲的次数，减少启、停机次数，节省时间，降低费用。转子振动响应的测量：包括转子振动数据、转子运行热力性能参数以及转子检修信息的采集；测量参数的修正：将采集到的参数代入到建立的数据库中对采集到的振动幅值和振动相位进行修正；转子动态挠曲型式的判断：根据修正后的振动值，计算中间参数，进而与数据库对比判断转子的动态挠曲型式，从而获得轴系转子的加重方案；计算加重质量和角度：在获得轴系转子的加重方案后，对其中一个平面，将已知参数代入到数据库，经过运算，即可获得该平面加重块安装的角度和质量。

Description

一种一次消除汽轮发电机组转子动态挠曲的方法

技术领域

本发明涉及一种一次消除汽轮发电机组转子动态挠曲的方法，用于火力发电厂汽轮机发电机组轴系的转子上。

背景技术

由于转子的挠曲表征了转子的振动，根据多年的现场振动处理统计，大型汽轮发电机组大多数振动故障，是通过消除转子部分挠曲来解决的。大型汽轮发电机组轴系动态挠曲的消除需要整套启动，机组启动耗时、耗力，费用不菲。据相关计算，每次启机，仅消耗燃油等费用就高达30～40万，除此之外，一次启机大概需要12小时甚至更长的间隔时间，因此造成的延迟并网，更是给电厂带来巨大损失。在轴系振动满足要求的前提下，尽量减少启、停机次数，可以大大降低电厂的经济损失，提高经济效益。而通常所采用的影响系数法和振型平衡法需要对机组进行试加重，至少需要2～3次启、停机进行动态挠曲的消除，才能使机组振动满足运行要求。一次消除汽轮发电机组转子动态挠曲的方法可以将机组启动次数降到最低限度(通常1次)，因而针对一次消除转子动态挠曲方法的研究成为本领域技术人员的主要研究方向。

然而对于现有的消除转子动态挠曲的方法，如申请号为201110001294.6的中国专利，一些经验参数的选择具有很大的分散性，动态挠曲型式现场也很难获得，即使有丰富现场经验和专业知识的工作人员，也很难一次消除转子动态挠曲，使振动达到满意结果。同时，现有的消除转子动态挠曲的技术仅测量机组的振动幅值和相位，对于分析振动原因具有一定的局限性，且不利于一次成功。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中存在的上述不足，而提供一种结构设计合理的一次消除汽轮发电机组转子动态挠曲的方法，减少消除轴系转子动态挠曲的次数，减少启、停机次数，节省时间，降低费用。

本发明解决上述问题所采用的技术方案是：一种一次消除汽轮发电机组转子动态挠曲的方法，其特征在于：包括如下步骤：

一、转子振动响应的测量：包括转子振动数据的采集、转子运行热力性能参数的数据采集以及转子检修信息的采集；其中，转子振动数据的采集为：对转子振动频率、振动幅值、振动相位进行采集；

二、测量参数的修正：将采集到的转子运行热力性能参数、转子检修信息以及机组容量、转子质量设计参数代入到建立的数据库中对采集到的振动幅值和振动相位进行修正；

三、转子动态挠曲型式的判断：根据修正后的振动值，计算中间参数，进而与数据库对比判断转子的动态挠曲型式，从而获得轴系转子的加重方案；

四、计算加重质量和角度：在获得轴系转子的加重方案后，对其中一个平面，将已知参数代入到数据库，经过运算，即可获得该平面加重块安装的角度和质量。

本发明步骤一中，需要采集转子不同转速下的振动数据，包括低转速、临界转速、工作转速下的振动数据；需要采集转子不同负荷下的振动数据，包括经常所在负荷下的振动数据。

本发明步骤二中，振动幅值的修正过程为：为获得转子动态挠曲引起的振动，需要在测量的振动数据上排除掉原始晃动值和摩擦量，并合理取舍热变量：

A＝k_A(A₀-A₁-A₂+k_rA₃)，

式中A为需要消除的振动幅值，A₀为监测到的振动幅值；A₁为转子原始晃度值；A₂为转子振动的摩擦量，A₃为热变量；k_r＝f(n,M,r,ρ,E,σ,W₀,W,T)，其中n为转速，M为转子质量，r为转子测点处半径，ρ,E,σ分别为转子材料的密度、弹性模量和泊松比，W₀为机组容量，W为负荷，T为缸温；k_A＝f(n,M,r,ρ,E,σ,W₀,W,T,s,δ)，其中s为轴位移，δ为偏心。

本发明步骤二中，振动相位的选取及修正过程为：分析比较X和Y两个方向的幅值和相位，选取合适的值，并对其进行修正：

α＝(α_X或α_Y)+β+θ，

式中，α为修正后相位，α_X和α_Y分别为转子X和Y向的振动相位，β为转子X或Y向与键相器的夹角，θ＝f(E,σ,T,W₀)为修正角度。

本发明步骤三中，转子动态挠曲型式判断的具体过程为：

确定转子的动态挠曲型式：设和分别为一根转子两端的振动矢量，包含振动幅值和相位信息；将各个转速下的振动矢量代入以下两个公式进行计算：和分别绘制在一阶临界转速附近时的转子动态挠曲型式、二阶临界转速附近时的转子动态挠曲型式、三阶临界转速附近的转子动态挠曲型式；如果和均不等于0，则比较和即将和代入数据库，经过分析对比从而确定转子的动态挠曲型式；

当转子的动态挠曲型式如一阶临界转速附近时的转子动态挠曲型式和三阶临界转速附近的转子动态挠曲型式时，在转子中间面加重，或在转子两端加重相同角度，或 在转子两端和中间同时加重；当转子的动态挠曲型式如二阶临界转速附近时的转子动态挠曲型式时，在转子一侧加重，或在转子两端加重角度相差180°。

本发明步骤四中，同时对力不平衡、偶不平衡以及转子的动态挠曲状态进行消除，需要消除掉的振动值如下：

(不平衡力+不平衡力偶+动态挠曲振型)，

式中，k_M＝f(M,r,E,σ)为质量修正系数，k_θ＝f(E,σ,W,W₀,T)为角度修正系数；

解方程(K为影响系数)即可获得一个平面需要加重的质量和角度；计算获得一个平面的加重质量和角度后，再根据转子挠曲型式所获得的轴系转子的加重方案，即可获得整个转子轴系的加重质量和角度；然后通过加重块进行加重。

本发明加重块的安装角度和质量为：

(1)、加重块的安装角度：

加重角度为：

式中：为加重块的安装角度；α为修正后的相位；γ＝f(W₀,n,M,T)为滞后角；

(2)、加重块的安装质量P_m＝f(W₀,n,M)。

本发明与现有技术相比，具有以下优点和效果：

1、本发明基于现有测量振动幅值和相位基础上，增加了引发振动的转子运行热力性能参数以及转子检修信息。

2、本发明对采集到的振动幅值和相位以及其它相关信息进行分析，并引入修正系数对测量和计算结果进行修正，使得计算结果更为准确。

3、本发明对汽轮发电机组的转子动态挠曲进行分类分析，不同种类的转子动态挠曲给出不同的消除方案。

4、本发明根据大样本建立了数据库，使得振动知识相对较少的运行人员也可以判断故障原因并进行动态挠曲的消除处理。

5、本发明已处理上百台(次)机组的动态挠曲问题，成功率达90％以上，未来可进一步推广，使得多数人员可以使用该方法，经济效益尤为可观。

附图说明

图1是现有轴系的结构示意图。

图2为本发明在一阶临界转速附近时时的转子动态挠曲型式图。

图3为本发明在二阶临界转速附近时时的转子动态挠曲型式图。

图4为本发明在三阶临界转速附近时时的转子动态挠曲型式图。

具体实施方式

下面结合附图并通过实施例对本发明作进一步的详细说明，以下实施例是对本发明的解释而本发明并不局限于以下实施例。

本发明所述的数据库，即为本发明建立的大样本经验数据库，相关参数代入后即能取得相应数值。数据库中具有转子振动数据、转子运行热力性能参数、转子检修信息、动态挠曲型式、加重块角度和重量的修正系数、滞后角等发明所涉及的相关数据。

本发明实施例包括如下步骤：

一、转子振动响应的测量。

转子振动响应的测量包括转子振动数据的采集、转子运行热力性能参数的数据采集以及转子检修信息的采集；

(1)、转子振动数据的采集：

振动频率：每种故障都有其对应的频率特性，对频谱进行分析有利于缩小故障范围，汽轮机发电机组大多数的故障频率都为基频，但单纯依靠频谱还无法准确判断。

振动幅值和振动相位：振幅和相位是振动的其中两个要素，通过这两个要素可以判断振动的一些特性。

需要采集转子不同转速下的振动数据，尤其需要采集低转速、临界转速、工作转速下的振动数据，由此可以分析转子振动与转速的关系。

需要采集转子不同负荷下的振动数据，尤其需要采集经常所在负荷下的振动数据，由此可以转子振动与负荷的关系。

(2)、转子运行热力参数的数据采集以及检修信息的采集：

转子检修信息：如果机组的振动是在检修后发生的，需要了解检修期间对汽轮机本体都进行了哪些工作，这些信息对于振动的分析判断有重要的意义。

转子运行热力性能参数：很多振动故障是在运行过程中发生的，故在分析问题时需要经常获得机组的运行状况，比如缸温、胀差、偏心、轴位移等参数。

此外，很多振动与机组的结构特点有关，所以在振动分析时应加入机组结构信息。

二、测量参数的修正。

由现场仪器通过步骤一得到的测量参数，仅仅是表征了监测到的结果，但是振动情况由各方面因素影响，振动数据较为复杂，需要剔除掉非动态挠曲所引起的振动，因此需要将采集到的转子运行热力性能参数、转子检修信息以及机组容量、转子质量设计参数代入到建立的数据库中对采集到的振动幅值和相位进行修正：

(1)、振动幅值的修正：

在初始状态下，由于转子存在晃度，盘车或低转速下，转子动态挠曲引起的振动没有 显现的时候，就存在测量初始振动值；同时，由于动静间隙不合适，还会引起动静摩擦，在同一转速、负荷等状态下，振动还会因为摩擦而发生增长；并且，额定转速下，随着负荷的增加，振动可能还会有所增加，这部分就是转子的热变量。因此，为获得转子动态挠曲引起的振动，需要在测量的振动值上排除掉原始晃动值和摩擦量，并合理取舍热变量：

A＝k_A(A₀-A₁-A₂+k_rA₃)，

式中A为需要消除的振动幅值，A₀为监测到的振动幅值；A₁为转子原始晃度值；A₂为转子振动的摩擦量，A₃为热变量；k_r＝f(n,M,r,ρ,E,σ,W₀,W,T)，其中n为转速，M为转子质量，r为转子测点处半径，ρ,E,σ分别为转子材料的密度、弹性模量和泊松比，W₀为机组容量，W为负荷，T为缸温；k_A＝f(n,M,r,ρ,E,σ,W₀,W,T,s,δ)，其中s为轴位移，δ为偏心。

(2)、振动相位的修正：

对于轴振信号，在同一位置，通常情况存在转子X和Y两个方向相差90°的测点，而键相位置也各不相同。计算过程中，同一位置一般选取一个信号，而测量过程中，X和Y的相位通常相差不是90°，这就造成了选取转子X或Y方向的信号，计算出的结果不一致。为进一步提高计算精度，分析比较转子X和Y两个方向的幅值、相位和其他信息，选取合适的值，并对其进行了修正：

α＝(α_X或α_Y)+β+θ，

式中，α为修正后相位，α_X和α_Y分别为X和Y向的振动相位，β为转子X或Y向与键相器的夹角(键相器逆转速方向至X或Y方向的夹角)，θ＝f(E,σ,T,W₀)为修正角度。

三、转子动态挠曲型式的判断。

根据修正后的振动值，计算中间参数，进而与建立的数据库对比判断转子的动态挠曲型式，从而获得轴系转子的加重方案。

修正后的振动幅值和相位，认为是转子动态挠曲所引起的振动，因此，需要根据修正后的幅值和相位来计算轴系的加重方案。

转子动态挠曲型式判断的具体过程为：

首先，要确定转子的动态挠曲型式。设和分别为一根转子两端的振动矢量，包含振动幅值和相位信息。将各个转速下的振动矢量代入计算程序，计算和在一阶临界转速附近，如果则转子的动态挠曲型式如图2；二阶临界转速附近，如果则转子的动态挠曲型式如图3；三阶临界转速附近，如果则 转子的动态挠曲型式如图4。如果和均不等于0，则比较和即将和代入建立的数据库，经过分析对比从而确定转子的动态挠曲型式。

当转子的动态挠曲型式如图2和4时，在转子中间面加重或在转子两端加重相同角度或在两端和中间同时加重；当转子的动态挠曲型式如图3时，在转子一侧加重或在转子两端加重角度相差180°，具体加重方案将和代入到数据库中，进行调整。

四、计算加重质量和角度。

在获得轴系转子的加重方案后，对其中一个平面，将已知参数代入到数据库，经过运算，即可获得该平面加重块安装的角度和质量。

获得轴系转子的加重方案后，需要具体计算某一平面具体的加重角度和加重质量。形成转子动态挠曲的原因，主要包括力不平衡、偶不平衡等，为了尽量消除挠性转子的动态挠曲，本方法同时对力不平衡、偶不平衡以及转子的动态挠曲状态进行消除。因此，需要消除掉的振动值如下：

(不平衡力+不平衡力偶+动态挠曲振型)，

式中，k_M＝f(M,r,E,σ)为质量修正系数，k_θ＝f(E,σ,W,W₀,T)为角度修正系数。

解方程(K为影响系数)即可获得需要加重的质量和角度，然后通过加重块进

行加重。

计算获得一个平面的加重质量和角度后，再根据转子挠曲型式所获得的轴系转子的加重方案，即可获得整个转子轴系的加重质量和角度。

加重块的安装方法为：

(1)、加重块的安装角度：

加重角度为：

式中：为加重块的安装角度(以轴上键槽或反光带为起点，逆转速方向旋转的角度)；

α为修正后的相位；

γ＝f(W₀,n,M,T)为滞后角。

根据大量样本的经验基础，建立了滞后角γ的数据库，不仅与机组容量、转速等设计参数有关，还与缸温等运行、检修参数有关。

(2)、加重块的安装质量：

将机组容量、转速以及采集到的各个运行热力参数数据以及检修信息数据代入到建立 的数据库，即可获取加重块的安装质量P_m＝f(W₀,n,M)，式中字母代表的意思如上所示。

此外，需要说明的是，本说明书中所描述的具体实施例，其零、部件的形状、所取名称等可以不同，本说明书中所描述的以上内容仅仅是对本发明结构所作的举例说明。

Claims (3)

1.一种一次消除汽轮发电机组转子动态挠曲的方法，其特征在于：包括如下步骤：

一、转子振动响应的测量：包括转子振动数据的采集、转子运行热力性能参数的数据采集以及转子检修信息的采集；其中，转子振动数据的采集为：对转子振动频率、振动幅值、振动相位进行采集；

二、测量参数的修正：将采集到的转子运行热力性能参数、转子检修信息以及机组容量、转子质量设计参数代入到建立的数据库中对采集到的振动幅值和振动相位进行修正；

振动幅值的修正过程为：为获得转子动态挠曲引起的振动，需要在测量的振动数据上排除掉原始晃动值和摩擦量，并合理取舍热变量：

A＝k_A(A₀-A₁-A₂+k_rA₃)，

式中A为需要消除的振动幅值，A₀为监测到的振动幅值；A₁为转子原始晃度值；A₂为转子振动的摩擦量，A₃为热变量；k_r＝f(n,M,r,ρ,E,σ,W₀,W,T)，其中n为转速，M为转子质量，r为转子测点处半径，ρ,E,σ分别为转子材料的密度、弹性模量和泊松比，W₀为机组容量，W为负荷，T为缸温；k_A＝f(n,M,r,ρ,E,σ,W₀,W,T,s,δ)，其中s为轴位移，δ为偏心；

振动相位的选取及修正过程为：分析比较X和Y两个方向的幅值和相位，选取合适的值，并对其进行修正：

α＝(α_X或α_Y)+β+θ，

式中，α为修正后相位，α_X和α_Y分别为转子X和Y向的振动相位，β为转子X或Y向与键相器的夹角，θ＝f(E,σ,T,W₀)为修正角度；

三、转子动态挠曲型式的判断：根据修正后的振动值，计算中间参数，进而与数据库对比判断转子的动态挠曲型式，从而获得轴系转子的加重方案；

四、计算加重质量和角度：在获得轴系转子的加重方案后，对其中一个平面，将已知参数代入到数据库，经过运算，即可获得该平面加重块安装的角度和质量；

同时对力不平衡、偶不平衡以及转子的动态挠曲状态进行消除，需要消除掉的振动值如下：

式中，k_M＝f(M,r,E,σ)为质量修正系数，k_θ＝f(E,σ,W,W₀,T)为角度修正系数；

其中M为转子质量，r为转子测点处半径，E、σ分别为转子材料的弹性模量和泊松比，W₀为机组容量，W为负荷，T为缸温；

解方程K为影响系数；即可获得一个平面需要加重的质量和角度；计算获得一个平面的加重质量和角度后，再根据转子挠曲型式所获得的轴系转子的加重方案，即可获得整个转子轴系的加重质量和角度；然后通过加重块进行加重；

加重块的安装角度和质量为：

(1)、加重块的安装角度：

加重角度为：

式中：为加重块的安装角度；α为修正后的相位；γ＝f(W₀,n,M,T)为滞后角；

(2)、加重块的安装质量P_m＝f(W₀,n,M)；

其中，n为转速。

2.根据权利要求1所述的一次消除汽轮发电机组转子动态挠曲的方法，其特征在于：步骤一中，需要采集转子不同转速下的振动数据，包括低转速、临界转速、工作转速下的振动数据；需要采集转子不同负荷下的振动数据，包括经常所在负荷下的振动数据。

3.根据权利要求1所述的一次消除汽轮发电机组转子动态挠曲的方法，其特征在于：步骤三中，转子动态挠曲型式判断的具体过程为：

确定转子的动态挠曲型式：设和分别为一根转子两端的振动矢量，包含振动幅值和相位信息；将各个转速下的振动矢量代入以下两个公式进行计算：和分别绘制在一阶临界转速附近时的转子动态挠曲型式、二阶临界转速附近时的转子动态挠曲型式、三阶临界转速附近的转子动态挠曲型式；如果和均不等于0，则比较和即将和代入数据库，经过分析对比从而确定转子的动态挠曲型式；

当转子的动态挠曲型式如一阶临界转速附近时的转子动态挠曲型式和三阶临界转速附近的转子动态挠曲型式时，在转子中间面加重，或在转子两端加重相同角度，或在转子两端和中间同时加重；当转子的动态挠曲型式如二阶临界转速附近时的转子动态挠曲型式时，在转子一侧加重，或在转子两端加重角度相差180°。