CN113739991A - 一种针对转子稳定热不平衡振动的动平衡方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种针对转子稳定热不平衡振动的动平衡方法及装置，所述方法包括：在汽轮发电机组架设具备相位分析功能的数据采集分析仪；汽轮发电机组冲转过程中，通过数据采集分析仪测量轴瓦的轴振数据；确定试加重角度；利用试加重角度对汽轮发电机组加重，根据加重前后的振动向量以及预设的初始试加重向量确定动平衡影响系数；建立汽轮发电机组不同工况下振动向量、动平衡影响系数以及待加重向量之间的关系；采用最小二乘法获取待加重向量，使得汽轮发电机组各工况下残余振动向量最小；本发明的优点在于：适用于热不平衡振动场景，不存在降低某一工况下的振动，而导致另一工况振动升高的可能性。
Description
技术领域
本发明涉及旋转设备故障诊断与控制技术领域，更具体涉及一种针对转子稳定热不平衡振动的动平衡方法及装置。
背景技术
对于大型火力发电机组来说，高温高压蒸汽穿过固定喷嘴成为加速的气流后喷射到叶片上，使装有叶片排的转子旋转，同时对发电机作功产生电能。在工业生产中因为各种的原因，可能导致引起汽轮发电机组转子主轴弯曲：
(1)主轴与静止部件发生摩擦，在摩擦点附近，主轴因摩擦发热而膨胀，产生反向压缩应力，促使轴弯曲。
(2)在制造过程中，因热处理不当或加工不良，所以主轴内部还存在着残余应力。在主轴装入汽缸后，运行过程中这个残余应力会局部或全部消失，致使轴弯曲。
(3)检修不良，引起轴弯曲。1)通流部分轴向间隙调整不合适，使隔板与叶轮或其他部分在运行中发生单面摩擦，轴产生局部过热而弯曲。2)轴封间隙、隔板汽封间隙过小或不均匀，启动后与轴发生摩擦而造成轴弯曲。3)转子中心没有找正，滑销系统没有清理干净，或者转子质量不平衡没有消除，以致在启动过程中产生较大的振动，使主轴与静止部分发生摩擦而弯曲。4)汽封门或调速汽门检修质量不好，有漏汽，于是在汽轮机停机过程中，因蒸汽漏人机内使轴局部受热而弯曲。
(4)运行操作不当，引起轴弯曲。1)汽轮机转子停转后，由于汽缸与转子冷却速度不一致，以及下汽缸比上汽缸冷却速度快，形成上、下缸温差，因而转子上部较下部热，转子下部收缩得快，致使轴向上弯曲。这属于弹性弯曲，等上、下缸温差消失后，转子恢复原状。2)停机后，轴弹性弯曲尚未恢复原状又再次启动，而暖机时间又不够，轴仍处于弹性弯曲状态，这样启动后会发生振动。严重时主轴与轴封片发生摩擦，使轴局部受热而产生不均匀的热膨胀，引起永久弯曲变形。3)在汽轮机启动时，转子尚未转动就向轴封送汽暖机，或启动时抽真空过高使进入轴封的蒸汽过多，以及送汽时间过长等，均会使汽缸内部形成上热下冷，转子受热不均匀而产生弯曲变形。4)运行中发生水冲击，转子推力增大并产生很大的不平衡扭力，使转子剧烈振动，并使隔板与叶轮、动叶与静叶之间发生摩擦，进而引起弯曲。
(5)发电机转子冷却不均。发电机转子存在冷却风道，部分冷却风道因检修、设备故障等原因造成冷却风量减小，可能导致转子周向冷却不均从而引起热弯曲。
(6)发电机转子线圈膨胀受阻。部分发电机转子运行中滑移层破损导致转子线圈在转子轴向位置上发生膨胀受阻变形，导致转子质量中心发生变化，也可能导致转子受热后产生弯曲振动。
大部分受热产生的主轴弯曲为弹性变形，通过长时间的盘车可能恢复到原始状态，但仍有部分转子弯曲状态不能很好的恢复，而是会随着转子热状态的变化产生跟随性的弯曲变化，在运行监视参数上反映为转子振动随机组负荷、蒸汽温度等参数的变化而发生明显变化。对于这一类振动，一般称之为热不平衡振动，对于这一类振动情况，通过一般的动平衡处理无法有效解决，可能存在降低某一工况下的振动，而导致另一工况振动升高的可能性。
中国专利公开号CN102564698 A，公开了一种单支撑轴系汽轮发电机组多转子联合振型平衡法。目前在进行单支撑轴系超临界汽轮发电机组现场动平衡处理时，缺少转子两端的振动信息且轴振相互稠合影响，给轴系的现场动平衡处理带来一定的难度。该专利申请依据轴系各转子临界转速、工作转速下的轴振幅值、相位，通过振动矢量和振型谐分量计算，结合单支撑轴系结构的特点，对轴系不平衡型式做出判断、计算之后，辨识出多转子的联合振型，根据滞后角、质量响应系数和首次加重区间，直接得到各平面的加重方案，采用一组加重一次加到有关平面上。该专利申请显著提高了单支撑轴系转子的平衡效率和精度。但是该专利申请不适用于热不平衡振动场景，可能存在降低某一工况下的振动，而导致另一工况振动升高的可能性，导致难以实现平衡。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于现有技术振动平衡方法，不适用于热不平衡振动场景，可能存在降低某一工况下的振动，而导致另一工况振动升高的可能性，导致难以实现平衡的问题。
本发明通过以下技术手段实现解决上述技术问题的：一种针对转子稳定热不平衡振动的动平衡方法，所述方法包括：
步骤一：在汽轮发电机组架设具备相位分析功能的数据采集分析仪；
步骤二：汽轮发电机组冲转过程中，通过数据采集分析仪测量轴瓦的轴振数据，记录加重前的振动向量
以及相位角α；
步骤三：根据相位角α确定试加重角度θ，所述试加重角度表示试验过程中加重角度；
步骤四：利用试加重角度对汽轮发电机组加重，根据加重前后的振动向量以及预设的初始试加重向量确定动平衡影响系数；
步骤五：建立汽轮发电机组不同工况下振动向量、动平衡影响系数以及待加重向量之间的关系；
步骤六：采用最小二乘法获取待加重向量，使得汽轮发电机组各工况下残余振动向量最小。
本发明利用试加重角度对汽轮发电机组加重，根据加重前后的振动向量以及预设的初始试加重向量确定动平衡影响系数，建立汽轮发电机组不同工况下振动向量、动平衡影响系数以及待加重向量之间的关系，采用最小二乘法获取待加重向量，使得汽轮发电机组各工况下残余振动向量最小，适用于热不平衡振动场景，最终得到的待加重向量能使得汽轮发电机组各工况下残余振动向量最小，不存在降低某一工况下的振动，而导致另一工况振动升高的可能性，能够实现平衡。
进一步地，所述步骤三包括：
利用公式θ＝α+β-180-γ获取试加重角度，其中，β为汽轮发电机组的键相探头与轴振探头之间的夹角，γ为机械滞后角。
更进一步地，所述键相探头在轴振探头后，转动方向为正，否则为负。
更进一步地，所述机械滞后角根据动平衡转速与临界转速的关系确定，平衡转速低于临界转速取锐角，平衡转速高于临界转速取钝角。
进一步地，所述步骤四包括：
根据加重前后的振动向量以及预设的初始试加重向量，利用公式
确定动平衡影响系数，其中，
为加重后的振动向量，
为预设的初始试加重向量。
进一步地，所述步骤五包括：
汽轮发电机组带负荷过程中，测量不同工况负荷下的轴振数据，分别记录为数列
不同工况负荷下加重后对应的各负荷振动向量为：
其中，
表示待加重向量。
更进一步地，所述不同工况负荷表示从空载到满负荷。
进一步地，所述具备相位分析功能的数据采集分析仪为相位分析仪。
本发明还提供一种针对转子稳定热不平衡振动的动平衡装置，所述装置包括：
采集模块，用于在汽轮发电机组架设具备相位分析功能的数据采集分析仪；
测量模块，用于汽轮发电机组冲转过程中，通过数据采集分析仪测量轴瓦的轴振数据，记录加重前的振动向量
以及相位角α；
试加重角度获取模块，用于根据相位角α确定试加重角度θ，所述试加重角度表示试验过程中加重角度；
动平衡影响系数获取模块，用于利用试加重角度对汽轮发电机组加重，根据加重前后的振动向量以及预设的初始试加重向量确定动平衡影响系数；
关系构建模块，用于建立汽轮发电机组不同工况下振动向量、动平衡影响系数以及待加重向量之间的关系；
控制模块，用于采用最小二乘法获取待加重向量，使得汽轮发电机组各工况下残余振动向量最小。
进一步地，所述试加重角度获取模块还用于：
利用公式θ＝α+β-180-γ获取试加重角度，其中，β为汽轮发电机组的键相探头与轴振探头之间的夹角，γ为机械滞后角。
更进一步地，所述键相探头在轴振探头后，转动方向为正，否则为负。
更进一步地，所述机械滞后角根据动平衡转速与临界转速的关系确定，平衡转速低于临界转速取锐角，平衡转速高于临界转速取钝角。
进一步地，所述动平衡影响系数获取模块还用于：
根据加重前后的振动向量以及预设的初始试加重向量，利用公式
确定动平衡影响系数，其中，
为加重后的振动向量，
为预设的初始试加重向量。
进一步地，所述关系构建模块还用于：
汽轮发电机组带负荷过程中，测量不同工况负荷下的轴振数据，分别记录为数列
不同工况负荷下加重后对应的各负荷振动向量为：
其中，
表示待加重向量。
更进一步地，所述不同工况负荷表示从空载到满负荷。
进一步地，所述具备相位分析功能的数据采集分析仪为相位分析仪。
本发明的优点在于：本发明利用试加重角度对汽轮发电机组加重，根据加重前后的振动向量以及预设的初始试加重向量确定动平衡影响系数，建立汽轮发电机组不同工况下振动向量、动平衡影响系数以及待加重向量之间的关系，采用最小二乘法获取待加重向量，使得汽轮发电机组各工况下残余振动向量最小，适用于热不平衡振动场景，最终得到的待加重向量能使得汽轮发电机组各工况下残余振动向量最小，不存在降低某一工况下的振动，而导致另一工况振动升高的可能性，能够实现平衡。
附图说明
图1为本发明实施例所公开的一种针对转子稳定热不平衡振动的动平衡方法的流程图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
如图1所示，一种针对转子稳定热不平衡振动的动平衡方法，所述方法包括：
S1：在汽轮发电机组架设具备相位分析功能的数据采集分析仪；这一步主要是架设试验设备，后续试验中需要的轴振数据都通过该数据采集分析仪采集得到，从数据采集分析仪的主机TSI卡件缓冲输出端子排上读取汽轮发电机组轴振，所述具备相位分析功能的数据采集分析仪为相位分析仪，也可以是其他设备中集成了相位分析功能，比如振动分析仪，具体型号选择在此不做赘述，实际应用中可以根据需要选择。
S2：汽轮发电机组冲转过程中，通过数据采集分析仪测量轴瓦的轴振数据，记录加重前的振动向量
以及相位角α；
S3：根据相位角α确定试加重角度θ，所述试加重角度表示试验过程中加重角度；具体过程为：
利用公式θ＝α+β-180-γ获取试加重角度，其中，β为汽轮发电机组的键相探头与轴振探头之间的夹角，γ为机械滞后角。
所述键相探头在轴振探头后，转动方向为正，否则为负。
所述机械滞后角根据动平衡转速与临界转速的关系确定，平衡转速低于临界转速取锐角，平衡转速高于临界转速取钝角。
S4：利用试加重角度对汽轮发电机组加重，根据加重前后的振动向量以及预设的初始试加重向量确定动平衡影响系数；具体过程为：
根据加重前后的振动向量以及预设的初始试加重向量，利用公式
确定动平衡影响系数，其中，
为加重后的振动向量，
为预设的初始试加重向量。
S5：建立汽轮发电机组不同工况下振动向量、动平衡影响系数以及待加重向量之间的关系；具体过程为：
汽轮发电机组带负荷过程中，测量不同工况负荷下的轴振数据，分别记录为数列
不同工况负荷下加重后对应的各负荷振动向量为：
其中，
表示待加重向量。
所述不同工况负荷表示从空载到满负荷。
S6：采用最小二乘法获取待加重向量，使得汽轮发电机组各工况下残余振动向量最小也即
中各元素最小，利用求解得到的待加重向量进行加重以后不存在降低某一工况下的振动，而导致另一工况振动升高的可能性。
本发明提供的方法具体应用场景是通过对存在热弯曲的转子进行冷、热态振动进行综合治理的一种动平衡方法，包含冷、热态振动测量，测量数据的分析和选择、振动数据处理及计算、动平衡加重等步骤。该方法对于转子的稳定热不平衡具有良好的平衡效果，具备多工况振动耦合平衡，综合治理轴系振动的实际应用价值。
实施例2
基于本发明实施例1，本发明实施例2还提供一种针对转子稳定热不平衡振动的动平衡装置，所述装置包括：
采集模块，用于在汽轮发电机组架设具备相位分析功能的数据采集分析仪；
测量模块，用于汽轮发电机组冲转过程中，通过数据采集分析仪测量轴瓦的轴振数据，记录加重前的振动向量
以及相位角α；
试加重角度获取模块，用于根据相位角α确定试加重角度θ，所述试加重角度表示试验过程中加重角度；
动平衡影响系数获取模块，用于利用试加重角度对汽轮发电机组加重，根据加重前后的振动向量以及预设的初始试加重向量确定动平衡影响系数；
关系构建模块，用于建立汽轮发电机组不同工况下振动向量、动平衡影响系数以及待加重向量之间的关系；
控制模块，用于采用最小二乘法获取待加重向量，使得汽轮发电机组各工况下残余振动向量最小。
具体的，所述试加重角度获取模块还用于：
利用公式θ＝α+β-180-γ获取试加重角度，其中，β为汽轮发电机组的键相探头与轴振探头之间的夹角，γ为机械滞后角。
更具体的，所述键相探头在轴振探头后，转动方向为正，否则为负。
更具体的，所述机械滞后角根据动平衡转速与临界转速的关系确定，平衡转速低于临界转速取锐角，平衡转速高于临界转速取钝角。
具体的，所述动平衡影响系数获取模块还用于：
根据加重前后的振动向量以及预设的初始试加重向量，利用公式
确定动平衡影响系数，其中，
为加重后的振动向量，
为预设的初始试加重向量。
具体的，所述关系构建模块还用于：
汽轮发电机组带负荷过程中，测量不同工况负荷下的轴振数据，分别记录为数列
不同工况负荷下加重后对应的各负荷振动向量为：
其中，
表示待加重向量。
更具体的，所述不同工况负荷表示从空载到满负荷。
具体的，所述具备相位分析功能的数据采集分析仪为相位分析仪。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (10)
1.一种针对转子稳定热不平衡振动的动平衡方法，其特征在于，所述方法包括：
步骤一：在汽轮发电机组架设具备相位分析功能的数据采集分析仪；
步骤二：汽轮发电机组冲转过程中，通过数据采集分析仪测量轴瓦的轴振数据，记录加重前的振动向量
以及相位角α；
步骤三：根据相位角α确定试加重角度θ，所述试加重角度表示试验过程中加重角度；
步骤四：利用试加重角度对汽轮发电机组加重，根据加重前后的振动向量以及预设的初始试加重向量确定动平衡影响系数；
步骤五：建立汽轮发电机组不同工况下振动向量、动平衡影响系数以及待加重向量之间的关系；
步骤六：采用最小二乘法获取待加重向量，使得汽轮发电机组各工况下残余振动向量最小。
2.根据权利要求1所述的一种针对转子稳定热不平衡振动的动平衡方法，其特征在于，所述步骤三包括：
利用公式θ＝α+β-180-γ获取试加重角度，其中，β为汽轮发电机组的键相探头与轴振探头之间的夹角，γ为机械滞后角。
3.根据权利要求2所述的一种针对转子稳定热不平衡振动的动平衡方法，其特征在于，所述键相探头在轴振探头后，转动方向为正，否则为负。
4.根据权利要求2所述的一种针对转子稳定热不平衡振动的动平衡方法，其特征在于，所述机械滞后角根据动平衡转速与临界转速的关系确定，平衡转速低于临界转速取锐角，平衡转速高于临界转速取钝角。
5.根据权利要求1所述的一种针对转子稳定热不平衡振动的动平衡方法，其特征在于，所述步骤四包括：
根据加重前后的振动向量以及预设的初始试加重向量，利用公式
确定动平衡影响系数，其中，
为加重后的振动向量，
为预设的初始试加重向量。
6.根据权利要求1所述的一种针对转子稳定热不平衡振动的动平衡方法，其特征在于，所述步骤五包括：
汽轮发电机组带负荷过程中，测量不同工况负荷下的轴振数据，分别记录为数列
不同工况负荷下加重后对应的各负荷振动向量为：
其中，
表示待加重向量。
7.根据权利要求6所述的一种针对转子稳定热不平衡振动的动平衡方法，其特征在于，所述不同工况负荷表示从空载到满负荷。
8.根据权利要求1所述的一种针对转子稳定热不平衡振动的动平衡方法，其特征在于，所述具备相位分析功能的数据采集分析仪为相位分析仪。
9.一种针对转子稳定热不平衡振动的动平衡装置，其特征在于，所述装置包括：
采集模块，用于在汽轮发电机组架设具备相位分析功能的数据采集分析仪；
测量模块，用于汽轮发电机组冲转过程中，通过数据采集分析仪测量轴瓦的轴振数据，记录加重前的振动向量
以及相位角α；
试加重角度获取模块，用于根据相位角α确定试加重角度θ，所述试加重角度表示试验过程中加重角度；
动平衡影响系数获取模块，用于利用试加重角度对汽轮发电机组加重，根据加重前后的振动向量以及预设的初始试加重向量确定动平衡影响系数；
关系构建模块，用于建立汽轮发电机组不同工况下振动向量、动平衡影响系数以及待加重向量之间的关系；
控制模块，用于采用最小二乘法获取待加重向量，使得汽轮发电机组各工况下残余振动向量最小。
10.根据权利要求9所述的一种针对转子稳定热不平衡振动的动平衡装置，其特征在于，所述试加重角度获取模块还用于：
利用公式θ＝α+β-180-γ获取试加重角度，其中，β为汽轮发电机组的键相探头与轴振探头之间的夹角，γ为机械滞后角。
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- 2021-08-03 CN CN202110886873.7A patent/CN113739991A/zh active Pending
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