CN109855801B - 精准试重结合影响系数法的抽水蓄能机组快速动平衡方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了精准试重结合影响系数法的抽水蓄能机组快速动平衡方法，包括以下步骤：机组启动前分别在上机架、下机架安装上机架垂直振动传感器、上机架水平振动传感器、下机架垂直振动传感器、下机架水平振动传感器,在水导轴承上盖暴露轴颈安装光电传感器，在发电机转子上粘贴反光带，机组在水轮机工况缓慢开启导叶升速，在水轮机不同转速工况稳定运行设定时间后开始采集上机架、下机架的振动数据；对上机架、下机架振动数据进行频谱分析；检查磁拉力不平衡对机组振动的影响；在发电机转子上下端面进行精准配重,配重后分析，若配重后仍不达标，运用影响系数法进行修正计算出再次配重的大小和方向；机组水轮机工况振动合格后对水泵工况进行验证。

Description

精准试重结合影响系数法的抽水蓄能机组快速动平衡方法

技术领域

本发明涉及水轮发电机组技术领域，尤其涉及一种精准试重结合影响系数法的抽水蓄能机组快速动平衡方法。

背景技术

抽水蓄能机组是一个高水头竖轴可逆式设备，由于它的设备重量巨大，运行工况十分复杂，存在着机组振动、摆度超标的缺陷，很容易破坏机组的各部零件，严重威胁水轮发电机组的使用寿命。现有技术中，水轮发电机组的动平衡试验是提高水轮发电机组运行质量和使用寿命的一个重要措施，是减少机组振动、摆度的重要方法之一。对于低转速的机器特别是水轮发电机组转速通常为60-300r/mln，现有技术中由于测试设备的限制人们一直采用3次启动法进行现场动平衡。3次启动法虽然需要的设备简单，但存在的缺陷是：精度差，而且平衡一个平面需要加3次试重，启动4次机器，浪费时间和费用，成本高。

另外，现有技术中采用的影响系数方法，存在的缺陷是第一次试加重量时必须选择能够使振动测点幅值有较大变化的部位进行试重。目前大、中型机组第一次试加角度难以精确测量，如果试重点位置选择不佳，将导致影响系数计算误差大，配重效果差，此时应重新选择试重点位置，再进行配重计算，也存在时间长、效率低、成本高的缺陷。

发明内容

本发明就是为了克服现有技术存在的上述问题，提出一种精准试重结合影响系数法的抽水蓄能机组快速动平衡方法，通过第一次精准配重即可大大降低上机架、下机架的振动水平，同时又准确获得试加重量的影响系数，试验中应用取得了很好的效果。

一种精准试重结合影响系数法的抽水蓄能机组快速动平衡方法，包括以下步骤：

(l)机组启动前测点安装：分别在上机架、下机架安装上机架垂直振动传感器、上机架水平振动传感器和下机架垂直振动传感器、下机架水平振动传感器；在水导轴承上盖暴露轴颈表面安装光电传感器，在发电机转子上粘贴反光带，用来测定上机架、下机架水平和垂直振动的相位；

(2)机组启动，机组在水轮机工况缓慢开启导叶进行升速，在60％额定转速、70％额定转速、80％额定转速、90％额定转速、l00％额定转速工况稳定运行15min后开始采集上机架、下机架的振动数据；

(3)对上机架、下机架振动数据进行频谱分析，研究并根据转频分量与水轮机转速平方的变化趋势关系，判断发电机转子是否存在质量不平衡；

(4)进行变励磁试验，检查磁拉力不平衡对机组振动的影响；

(5)若发电机转子质量存在不平衡且上机架、下机架的振动水平超标，则考虑在发电机上下端面进行配重；为避免盲目试重，本发明提出一种应用振型相位法判断失重角相位和估算试重块重量大小的方法；

(6)经过步骤(5)配重后分析：测量首次配重后振动的幅值和相位是否达到相关振动标准的要求，若配重后仍不达标，再次调整配重的大小和方向；如果原始振动过大，首次配重后振动仍达不到相关振动标准的要求，按首次试加配重前后的振动数据，运用影响系数法进行修正计算出再次配重的大小和方向；

(7)机组水轮机工况振动合格后对水泵工况进行验证。

所述步骤(3)中上机架、下机架振动数据频谱分析的转频分量的振动值应占总振动分量的90％以上，若转频分量与转速平方的变化趋势关系为线性，说明机组转动部分质量失衡比较明显，机组需要进行发电机转子动平衡试验；若转频分量与转速平方的变化趋势关系为非线性，则通过轴瓦安装、机械对中进行检查处理以消除振动。

所述步骤(4)机组分别在水轮机工况空转、25％额定励磁、50％额定励磁、75％额定励磁、100％额定励磁工况下稳定运行，测试分析发电机发电机转子电磁拉力的不平衡情况。

所述步骤(5)中，取振动较大的上机架或者下机架的一个测点的径向振动的幅值和相位数据进行估算，所述试加角度和重量按以下公式计算出：

1)应加重量角度β＝Φ+γ+180－α，

式中，Φ：上机架或下机架水平振动相位，单位为°；

γ：键相光电传感器超前水平振动传感器角度，单位为°；

α：支架振动滞后角，根据经验一般取10°～30°；

2)试加重量的计算

P₀＝(4.5～22.5)Mg/(π²Rn²)，

式中，

P₀为试重块质量，kg；

n为额定转速，r/min；

R为试重块在发电机转子支臂上的固定半径，m；

M为发电机转子重量，kg；

g为当地重力加速度，m/s²。

所述步骤(6)中运用影响系数法进行修正计算出再次配重的大小和方向时，原第一次试加重量不动，通过再加重量继续加重，再加重量矢量按以下公式计算出：

P₂＝-V₁P₁/(V₁-V₀)，

式中，

V₀机架原始水平振动矢量；

P₁第一次试加重量矢量；

V₁机架第一次试加重量后水平振动矢量；

P₂根据水平振动变化计算出再加重量矢量。

本发明的有益效果：

1.本发明根据抽水蓄能机组的发电机转子振型特征，通过准确试重结合影响系数法的抽水畜能机组的动平衡新方法，通过第一次试加重量的配重即可大大降低上机架、下机架的振动水平，同时又准确获得试加重量的影响系数，通过现场实践证明该方法对机组动平衡工作快速有效。

2.通过本发明所采用的方法根据上机架、下机架的水平振动在第一次试加重量时就能较准确的获得不平衡量的位置，即减小了振动又获得了试加重量的影响系数，通过再加重量继续加重的再调整一次就可获得满意的成果。

3.本发明解决了能够减少机组振动、摆度，能够延长水轮发电机组的使用寿命，解决了现有技术中采用3次启动法进行现场动平衡存在的精度差，平衡一个平面需要加3次试重、启动4次机器，浪费时间和费用，成本高的问题，也解决了现有技术中采用的影响系数方法存在的第一次试加重量时必须选择能够使振动测点幅值有较大变化的部位进行试重带来的第一次试加角度难以精确测量、系数计算误差大、配重效果差，以及时间长、效率低、成本高的缺陷。

附图说明

图1是抽水蓄能机组轴系结构与测点安装示意图；

图2是本发明的振动传感器和光电传感器安装示意图。

其中：1、上导轴承，2、下导轴承，3、水导轴承，4、发电机发电机转子，5、光电键相传感器，6、上支架垂直振动传感器，7、上支架水平振动传感器，8、下支架垂直振动传感器，9、下支架水平振动传感器。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明中的技术方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。

实施例1

如图1和图2所示，一种精准试重结合影响系数法的抽水蓄能机组快速动平衡方法，包括以下步骤：

(l)机组启动前测点安装：机组启动前分别在上机架、下机架安装上机架垂直振动传感器6、上机架水平振动传感器7、下机架垂直振动传感器8、下机架水平振动传感器9，用来测定上导轴承1处和下导轴承2处的振动。在水导轴承3上盖暴露轴颈表面处安装光电传感器5，在此处发电机转子4上粘贴反光带，用来测定上机架、下机架水平和垂直振动的相位；

(2)机组在水轮机工况缓慢开启导叶进行升速，分别在60％额定转速、70％额定转速、80％额定转速、90％额定转速、l00％额定转速工况稳定运行15min后开始采集上机架、下机架的振动数据；

(3)对上机架、下机架振动数据进行频谱分析，根据转频分量与转速平方的变化趋势关系，判断发电机转子是否存在质量不平衡；

(4)进行变励磁试验，检查磁拉力不平衡对机组振动的影响；

(5)若发电机转子质量存在不平衡且上机架、下机架的振动水平超标，则考虑在发电机转子4上下端面进行配重。为避免盲目试重，本发明提出一种应用振型相位法判断失重角相位和估算试重块重量大小的方法。

(6)配重后分析：测量首次配重后上下机架的振动的幅值是否达到相关振动标准的要求；所述振动标准根据电厂的安全生产要求确定，选择国家标准或电厂内部执行的企业标准；配重后，若不达标，再次调整配重的大小和方向。一般情况下首次配重后振动即可明显减小。如果原始振动过大，首次配重后振动仍达不到相关振动标准的要求，按首次试加配重前后的振动数据，运用影响系数法进行修正计算出再次配重的大小和方向。

(7)机组水轮机工况振动合格后对水泵工况进行验证。

所述步骤(3)中对各转速的上机架、下机架振动进行频谱分析，转频分量的振动值应占总振动分量的90％以上，若转频分量与转速平方的变化趋势关系为线性，说明机组转动部分质量失衡比较明显，机组需要进行发电机转子动平衡试验；若转频分量与转速平方的变化趋势关系为非线性，则通过轴瓦安装、机械对中进行检查处理以消除振动。

所述步骤(4)试验机组分别在水轮机工况空转、25％额定励磁、50％额定励磁、75％额定励磁、100％额定励磁工况下稳定运行，测试分析发电机发电机转子电磁拉力的不平衡情况。在整个变励磁试验过程中，磁拉力变化对机组各部振动、摆度影响不大，说明磁拉力不平衡情况不明显。

所述步骤(5)中，现有技术中的大部分发电机组尺寸较大，发电机发电机转子高径比一般都小于1/3且转速较低，发电机转子动力学上按刚性发电机转子进行对待，上机架、下机架的径向振动相位相差较小，一般取振动较大的上机架或者下机架的一个测点的径向振动的幅值和相位数据进行估算，试加重量的角度和重量按以下公式计算出：

试加重量角度β＝Φ+γ+180－α，

式中，Φ：上机架或下机架水平振动相位，单位为°；

γ：键相光电传感器超前水平振动传感器角度，单位为°；

α：支架振动滞后角，根据经验一般取10°～30°；

试加重量的计算：

P₀＝(4.5～22.5)Mg/(π²Rn²)，

式中，

P₀为试重块质量，kg；

n为额定转速，r/min；

R为试重块在发电机转子支臂上的固定半径，m；

M为发电机转子重量，kg；

g为当地重力加速度，m/s²。

所述步骤(6)一般情况下本发明提供的试重方法，经过一次配重即可达到较好的动平衡效果，振动一般会有大幅下降，如果仍然没有达到标准可按影响系数方法进行调整，原第一次试加重量不动，通过再加重量继续加重，再加重量矢量按以下公式计算出：

P₂＝-V₁P₁/(V₁-V₀)，

式中，V₀机架原始水平振动矢量；P₁第一次试加重量矢量；V₁机架第一次试加重量后水平振动矢量；P₂根据水平振动变化计算出再加重量矢量。

实施例2

下面以某抽水蓄能电站4号发电机组的现场动平衡试验为实施例对本发明作进一步说明。

1)首先布置测点，共布置5个测点，包括：上机架垂直振动传感器6、上机架水平振动传感器7、下机架垂直振动传感器8、下机架水平振动传感器9，在水导轴承3上盖暴露轴颈表面处安装光电传感器5，在此处发电机转子4上粘贴反光带，用来测定上机架、下机架振动的相位。上下机架振动测点与键相光电传感器的安装方位见图2。

2)测试机组的原始振动状况，将机组速分别稳定在60％、70％、80％、90％、100％额定转速，用振动测试仪记录机组在各个不同转速下上机架、下机架的振动情况。见下表1：

根据各测点的振动情况，判断是否需要配重。

3)对上机架、下机架的振动数据进行频谱分析，分析转频分量在通频振动中所占比值，本例中在转速300转时可见振动以转频分量为主，转频分量与转速平方的变化趋势关系为线性。说明发电机转子存在一定的不平衡量。

4)进行变励磁试验，检查磁拉力不平衡对机组振动的影响。分别在水轮机工况空转、25％额定励磁、50％额定励磁、75％额定励磁、100％额定励磁工况下稳定运行，测试分析发电机发电机转子电磁拉力的不平衡情况。在整个变励磁试验过程中，磁拉力变化对机组各部振动、摆度影响不大，说明磁拉力不平衡情况不明显。

5)确定试加重量和方位

P₀＝(4.5～22.5)Mg/(π²Rn²)，

P₀为试重块质量，kg；

n为额定转速，r/min；

R为试重块在发电机转子支臂上的固定半径，m；

M为发电机转子重量，kg；

g为当地重力加速度，m/s²。

本实例中，M＝330000kg，R＝0.65m计算出P₀约为25～126kg，根据经验选择试加重量为60kg。

试加相位β＝Φ+γ+180－α

根据表1中振动数据下机架水平振动最大，试加重量的相位估算按下机架水平考虑同时根据图2所示下机架水平振动测点与键相测点位置关系得到：

Φ＝106°，γ＝-30°，α＝30°，

β＝106-30+180-30＝226°(以转子上反光带为零点逆转向226°)

第一次加重分别在发电机发电机转子标号为5#、6#、7#的发电机转子支臂上加重10kg、40kg、10kg，合成重量56Kg/215°，开机后振动大大降低，证明发电机转子不平衡量方向判断基本准确。

接着进行更为准确调整，原加重不动，按照影响系数法计算出继续在7#、8#、9#发电机转子支臂上加重40kg、40kg、20kg，合成90kg/247°，加重后最大水平振动已经降为50微米。水泵工况下对机组振动进行校验，最大水平振动为32微米。具体见下表2：

表2

虽然本发明已示出和描述了本发明实施例，对本领域的普通技术人员而言，基于本发明中的实施例，可以理解在不脱离本发明的原理和精神下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，都属于本发明的上述权利要求保护范围之内。

Claims (3)

1.一种精准试重结合影响系数法的抽水蓄能机组快速动平衡方法，其特征是，包括以下步骤：

(l)机组启动前进行测点安装：分别在电机的上机架、下机架安装上机架垂直振动传感器、上支架水平振动传感器和下机架垂直振动传感器、下机架水平振动传感器；在水导轴承上盖暴露轴颈表面安装光电传感器，在发电机转子上粘贴反光带，用来测定上机架、下机架振动的相位；

(2)机组启动，机组在水轮机工况缓慢开启导叶进行升速，在水轮机不同转速工况稳定运行设定时间后开始采集上机架、下机架的振动数据；

(3)对上机架、下机架振动数据进行频谱分析，根据转频分量与水轮机转速平方的变化趋势关系，判断发电机转子是否存在质量不平衡；

(4)进行变励磁试验，检查磁拉力不平衡对机组振动的影响；

(5)若发电机转子质量存在不平衡且上机架、下机架的振动水平超标，对发电机上机架、下机架进行配重；

(6)经过步骤(5)配重后分析：测量首次配重后振动的幅值和相位是否达到相关振动标准的要求，若配重后仍不达标，再次调整配重的大小和方向；如果原始振动过大，首次配重后振动仍达不到相关振动标准的要求，按首次试加配重前后的振动数据，运用影响系数法进行修正计算出再次配重的大小和方向；

(7)机组水轮机工况振动合格后对水泵工况进行验证；

所述步骤(3)中上机架、下机架振动数据频谱分析的转频分量的振动值应占总振动分量的90％以上，若转频分量与转速平方的变化趋势关系为线性，说明机组转动部分质量失衡比较明显，机组需要进行发电机转子动平衡试验；若转频分量与转速平方的变化趋势关系为非线性，则通过轴瓦安装、机械对中进行检查处理以消除振动；

所述步骤(5)中，取振动较大的上机架或者下机架的一个测点的径向振动的幅值和相位数据进行估算，所述径向振动的幅值和相位数据按以下公式计算出：

1)应加重量角度β＝Φ+γ+180－α，

式中，Φ：上机架或下机架水平振动相位，单位为°；

γ：键相光电传感器超前水平振动传感器角度，单位为°；

α：支架振动滞后角，根据经验一般取10°～30°；

2)试加重量的计算

第一次试加重量按以下公式计算出：

P₀＝(4.5～22.5)Mg/(π²Rn²)，

式中，

P₀为试重块质量，kg；

n为额定转速，r/min；

R为试重块在发电机转子支臂上的固定半径，m；

M为发电机转子重量，kg；

g为当地重力加速度，m/s²。

2.根据权利要求1所述的精准试重结合影响系数法的抽水蓄能机组快速动平衡方法，其特征是，所述步骤(4)机组分别在水轮机工况空转、25％额定励磁、50％额定励磁、75％额定励磁、100％额定励磁工况下稳定运行，测试分析发电机转子电磁拉力的不平衡情况。

3.根据权利要求1所述的精准试重结合影响系数法的抽水蓄能机组快速动平衡方法，其特征是，所述步骤(6)中运用影响系数法进行修正计算出再次配重的大小和方向时，原第一次试加重量不动，通过再加重量继续加重，再加重量矢量按以下公式计算出：

P₂＝-V₁P₁/(V₁-V₀)，

式中，

V₀机架原始水平振动矢量；

P₁第一次试加重量矢量；

V₁机架第一次试加重量后水平振动矢量；

P₂根据水平振动变化计算出再加重量矢量。

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