CN113932970B - 用于汽轮机转子振型重塑的动平衡方法 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种用于汽轮机转子振型重塑的动平衡方法，涉及汽轮机领域。该动平衡方法包括：以预设转速旋转汽轮机转子，测量原始振动量；在汽轮机转子上安装测试配重，以预设转速旋转，测量测试振动量；计算测试配重对于汽轮机转子振动的影响系数，计算理论临界平衡配重；以理论临界平衡配重为基准，反相位计算出计算配重；拆除测试配重，安装计算配重；以预设转速旋转，计算实际振动量，验证汽轮机转子在一阶临界转速情况下是否实现反相位，若能实现，在汽轮机转子两端分别对预设转速和负载工况下的振动幅值进行优化调整动平衡，若未实现，重复计算出计算配重以及测量实际振动量。本申请能够抑制汽轮机转子弯曲。

Description

用于汽轮机转子振型重塑的动平衡方法

技术领域

本申请属于汽轮机技术领域，具体涉及一种用于汽轮机转子振型重塑的动平衡方法。

背景技术

近年来，以国产600MW等级汽轮机为代表的大型火力发电厂迅速建成投产发电，成为国内电力市场的主力军。但由于设计或制造工艺的限制，导致一些已投产的汽轮机转子相继发生了永久性弯曲故障，该类故障的振动特征主要以一倍频为主，工作转速下的汽轮机转子呈现一阶振型等故障特征。

为了解决上述问题，常用的处理方法包括：一是通过车削加工，去除弯曲变形引起的不平衡响应；二是现场补偿动平衡。然而，第一种处理方法所需工期长、费用高；第二种处理方法仅从转子动力学的角度暂时降低转子的振动幅值，并未对转子弯曲形成的机理进行深入研究，导致该种处理方法对转子继续弯曲发展不能有效抑制或阻断。

发明内容

本申请实施例的目的是提供一种用于汽轮机转子振型重塑的动平衡方法，能够解决转子弯曲发展不能被抑制、处理工期长、费用高等问题。

为了解决上述技术问题，本申请是这样实现的：

本申请实施例提供了一种用于汽轮机转子振型重塑的动平衡方法，该动平衡方法包括：

S01：以预设转速旋转所述汽轮机转子，测量所述汽轮机转子的原始振动量

S02：在所述汽轮机转子的轴向两端之间的预设位置处安装测试配重以所述预设转速旋转所述汽轮机转子，来测量所述汽轮机转子的测试振动量/>

S03：根据

计算出所述测试配重对于所述汽轮机转子振动的影响系数/>并根据

计算出理论临界平衡配重

S04：以理论临界平衡配重为基准，根据

反相位计算，得出计算配重其中，λ为反相位响应系数，1<λ<2；

S05：拆除所述测试配重在所述汽轮机转子上安装所述计算配重/>

S06：以所述预设转速旋转所述汽轮机转子，测量所述汽轮机转子的实际振动量并验证所述汽轮机转子在一阶临界转速情况下是否实现反相位；

在实现反相位的情况下，在所述汽轮机转子轴向的两端面分别对所述预设转速和负载工况下的振动幅值进行优化调整动平衡；

在未实现反相位的情况下，重复S04和S05进行优化调整。

可选地，所述汽轮机转子沿自身周向的中间区域设有配重面，所述配重面相对于所述汽轮机转子的轴线环绕设置。

可选地，所述配重面设有多个用于安装配重的螺纹孔，多个所述螺纹孔沿所述汽轮机转子的周向间隔设置。

可选地，在所述汽轮机转子呈现一阶弯曲的情况下，所述汽轮机转子的相背的两侧对应形成弯曲高点和弯曲低点，所述测试配重或所述计算配重/>安装于所述弯曲低点。

可选地，所述反相位响应系数λ为1.2或1.5。

可选地，所述S06包括：

在实现反相位的情况下，应用振型分离法和影响系数法在所述汽轮机转子轴向的两端面分别对所述预设转速和负载工况下的振动幅值进行优化调整动平衡。

可选地，所述汽轮机转子在冲转过程中的预设转速为n，且1200rpm≤n≤2400rpm。

可选地，所述汽轮机转子为高中压转子，所述高中压转子为合缸转子或分缸转子。

可选地，所述计算配重的范围为/>

可选地，所述测试配重及所述计算配重/>的材质均为钨镍铁合金。

本申请实施例提供的用于汽轮机转子振型重塑的动平衡方法，从汽轮机转子弯曲形成的机理入手，通过对平衡重量的优化，能够有效抑制、阻断汽轮机转子弯曲持续发展的问题；并且无需返回制造厂对汽轮机转子进行车削，而在应用现场进行动平衡即可解决由于汽轮机转子弯曲而引起的振动超标的问题，从而缩短了维修工期、降低了维修费用，减少人员劳动强度。

附图说明

图1为本申请实施例公开的用于汽轮机转子振型重塑的动平衡方法的原理图；

图2为本申请实施例公开的汽轮机转子的结构示意图；

图3为本申请实施例公开的汽轮机转子及其受力分布的示意图。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请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申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，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，都属于本申请保护的范围。

本申请的说明书和权利要求书中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便本申请的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施，且“第一”、“第二”等所区分的对象通常为一类，并不限定对象的个数，例如第一对象可以是一个，也可以是多个。

下面结合附图，通过具体的实施例及其应用场景对本申请实施例进行详细地说明。

如图1所示，本申请实施例公开了一种用于汽轮机转子振型重塑的动平衡方法，所公开的动平衡方法包括：

S01：以预设转速旋转汽轮机转子100，测量汽轮机转子100的原始振动量

S02：在汽轮机转子100轴向的两端面之间的预设位置处安装测试配重以预设转速旋转汽轮机转子100，来测量汽轮机转子100的测量振动量/>

S03：根据

计算出测试配重对于汽轮机转子100振动的影响系数/>并根据

计算出理论临界平衡配重

S04：以理论临界平衡配重为基准，根据

反相位计算，得出计算配重其中，λ为反相位响应系数，1<λ<2；

S05：拆除测试配重在汽轮机转子100上安装计算配重/>

S06：以预设转速旋转汽轮机转子100，测量汽轮机转子100的实际振动量并验证汽轮机转子100在一阶临界转速情况下是否实现反相位；

在实现反相位的情况下，在汽轮机转子100轴向的两端面分别对预设转速和负载工况下的振动幅值进行优化调整动平衡；

在未实现反相位的情况下，重复S04和S05进行优化调整。

本申请实施例中，针对预设转速旋转所述汽轮机转子100，可以理解为，按照运行规程严格控制冲转参数启动汽轮机，使汽轮机转子100旋转至工作速度，以满足测试需求。在汽轮机转子100处于工作速度旋转工况下，测量汽轮机转子100的振动量，此振动量为原始振动量基于此原始振动量/>可以为后续其他工况下测试过程中产生的振动量作为参考。

为了减缓汽轮机转子100的振动，本申请实施例中在汽轮机转子100上安装测试配重可以在汽轮机转子100轴向的两端之间的位置处安装测试配重/>在一些情况下，汽轮机转子100的弯曲部分相互对称，如此，可以在汽轮机转子100轴向的中间位置安装测试配重/>以使测试配重/>成对称设置。

由于汽轮机转子100弯曲会使其一侧向外凸出，相对的另一侧向内凹陷，从而使汽轮机转子100的弯曲部分的重心不在转动轴线上，进而产生较大的振动。基于此，在安装测试配重时，将测试配重/>安装至汽轮机转子100的凹陷的一侧面，以通过测试配重/>平衡凸出部分，从而使安装测试配重/>后的汽轮机转子100的弯曲部分的重心再次回归到转动轴线上，以达到削弱振动的目的。

当安装测试配重后，重新启动汽轮机转子100，使其再次以预设转速旋转，也即，与未安装测试配重/>时的转速相同。此时，测量出安装测试配重/>情况下的汽轮机转子100的振动量，即，测试振动量/>

基于上述结果，针对原始振动量和测试振动量/>进行比对，并得出测试配重/>对于汽轮机转子100的振动的影响系数/>具体根据公式

计算出测试配重对于汽轮机转子100的振动的影响系数/>

基于上述影响系数根据公式

计算出理论临界平衡配重

可以理解的是，理论临界平衡配重即为理想情况下为了平衡弯曲的汽轮机转子100所应该安装的临界平衡配重。

然而，在现实情况下，无法完全按照理论临界平衡配重进行安装配重，还需考虑到诸多因素对于配重的影响。基于此，本申请实施例在理论临界平衡配重/>的基础上，增加响应系数，以得到实际的配重，即，计算配重/>具体如下：

以理论临界平衡配重为基准，根据公式

反相位计算得出计算配重该计算配重/>即为后续实际安装至汽轮机转子100上的配重。

其中，λ为反相位响应系数。考虑到不同的工况、人员经验等诸多因素，一般将反相位响应系数λ取值在1和2之间，例如，1.0、1.2、1.5、1.8、2.0等等，本申请实施例中，反相位响应系数λ的数值不受限制，只要满足实际情况即可。

此处需要说明的是，弯曲的汽轮机转子100的动态特性往往会伴有非线性因素，因此，在计算施加配重量时应合理去除非线性成分。弯曲的汽轮机转子100的反相位响应系数λ的选取需要统筹考虑汽轮机转子100的原始振动水平、动态响应系数及弯曲程度。

根据上述计算结果，在拆除测试配重后，将计算配重/>重新安装至汽轮机转子100的凹陷的侧面处，而后再次以预设转速旋转汽轮机转子100，并测量振动，得到的振动量为实际振动量/>

为了验证上述实际振动量是否满足汽轮机转子100动平衡要求，本申请实施例中将实际振动量/>与汽轮机转子100在一阶临界转速情况下测得的振动量进行比较，验证振动量是否实现反相位并达到预设量值，具体包括振动幅值、相位角等参数。此处需要说明的是，一阶临界转速可以理解为发生一阶振动时的临界转速。

若达到预期效果，也即，实现反相位，可以应用振型分离法和影响系数法在汽轮机转子100沿轴线方向的第一端面110和第二端面120对预设转速(可以是工作转速)及带负荷工况下的振动幅值进行优化调整动平衡，从而使整个机组的振动水平在临界转速和预设转速(可以是工作转速)下均达到优良水平。

若未达到预期效果，也即，未实现反相位，再次进行反相位计算，得到新的计算配重并将新的计算配重/>安装至汽轮机转子100的凹陷的侧面，再次启动汽轮机转子100，使其以预设转速旋转，测量振动，得到新的实际振动量/>验证新的实际振动量/>是否满足汽轮机转子100动平衡要求。以此类推，直至实际振动量/>满足汽轮机转子100动平衡要求。

基于上述过程，本申请实施例实现了从汽轮机转子100弯曲形成的机理入手，通过对平衡重量的优化，能够有效抑制、阻断汽轮机转子100弯曲持续发展的问题；并且无需返回制造厂对汽轮机转子100进行车削，而在应用现场进行动平衡即可解决由于汽轮机转子100弯曲而引起的振动超标的问题，从而缩短了维修工期、降低了维修费用，减少人员劳动强度。

另外，通过对弯曲汽轮机转子100进行持续监测发现该动平衡方法在部分汽轮机转子100上具有动态直轴效应，具有较好地推广价值。

预防是消除汽轮机转子100永久弯曲的最佳手段，对于存在渐进式弯曲特征的汽轮机转子100最佳的解决方案是早发现、早干预、早阻断。本申请实施例中的用于汽轮机转子振型重塑的动平衡方法，即可以对汽轮机转子100进行测试，从而做到早发现、早干预、早阻断，以避免汽轮机转子100出现永久性弯曲。

可选地，如图2和图3所示，汽轮机转子100的中部区域设有配重面130，该配重面130相对于汽轮机转子100的轴线环绕设置。

本申请实施例中，配重面130可以位于汽轮机转子100轴向的中间区域，如此，在安装配重时，可以使配重位于汽轮机转子100轴向的中间位置，从而使配重与汽轮机转子100的弯曲情况相适应。

可选地，如图3所示，配重面130设有多个用于安装配重的螺纹孔140，多个螺纹孔140沿汽轮机转子100的周向间隔设置。基于此，可以根据汽轮机转子100的实际弯曲情况，在对应的螺纹孔140处安装配重。例如，在汽轮机转子100的凹陷程度最大处的螺纹孔140安装配重，当然，还可以围绕汽轮机转子100的周向，在凹陷程度最大处的两侧的螺纹孔140安装配重，从而在汽轮机转子100旋转时，可以通过配重产生的离心力改变汽轮机转子100上的应力分布，进而有效抑制和阻断汽轮机转子100永久弯曲。

可选地，各个螺纹孔140的轴线沿汽轮机转子100的径向设置，从而可以避免安装的配重与汽轮机的缸体干涉。

可选地，在汽轮机转子100呈现一阶弯曲的情况下，汽轮机转子100的相背的两侧对应形成弯曲高点和弯曲低点，测试配重或计算配重/>安装于弯曲低点处。可以理解的是，一阶弯曲时汽轮机转子100呈近似弓形，也即，汽轮机转子100的一侧外凸，相对的另一侧内凹，从而在外凸的一侧形成了弯曲高点，在内凹的一侧形成了弯曲低点。

为了抑制汽轮机转子100继续弯曲，将测试配重或计算配重/>安装在弯曲低点处，如此，在汽轮机转子100旋转时，所安装的配重也会随之旋转，此时，配重产生的离心力F会改变汽轮机转子100的弯曲部分的应力分布，也即，配重会产生与外凸方向相反的离心力F，在离心力F的拉动作用下，汽轮机转子100的弯曲程度会受到抑制，甚至有所缩小，进而克服了汽轮机转子100永久性弯曲的问题，也就削弱了汽轮机转子100的振动。

当然，汽轮机转子100还可以呈现二阶、三阶等弯曲情况，具体的抑制弯曲的原理均可参考一阶情况的抑制方式，本申请实施例中不再赘述。

在一些实施例中，汽轮机转子100在冲转过程中的预设转速为n，且1200rpm≤n≤2400rpm。基于此，可以保证汽轮机转子100的振动测试需求。当然，还可以是其他转速，此处不受限制。

可选地，汽轮机转子100为高中压转子，该高中压转子为合缸转子或分缸转子。此处需要说明的是，高中压转子的具体结构及其工作原理可参考相关技术，此处不作详细阐述。

可选地，计算配重的范围为/>具体为400g、500g、600g、800g、1000g等。当然，还可以是其他重量，此处不受限制，只要能够满足配重要求即可。

可选地，测试配重和计算配重/>的材质均为钨镍铁合金。当然，还可以是其他材质，如一些高密度合金材质。

上面结合附图对本申请的实施例进行了描述，但是本申请并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本申请的启示下，在不脱离本申请宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，均属于本申请的保护之内。

Claims (9)

1.一种用于汽轮机转子(100)振型重塑的动平衡方法，其特征在于，所述动平衡方法包括：

S01：以预设转速旋转汽轮机转子(100)，测量所述汽轮机转子(100)的原始振动量

S02：在所述汽轮机转子(100)轴向的两端之间的预设位置处安装测试配重以所述预设转速旋转所述汽轮机转子(100)，来测量所述汽轮机转子(100)的测试振动量/>

S03：根据

计算出所述测试配重对于所述汽轮机转子(100)振动的影响系数/>并根据

计算出理论临界平衡配重

S04：以理论临界平衡配重为基准，根据

反相位计算，得出计算配重其中，λ为反相位响应系数，1<λ<2；

S05：拆除所述测试配重在所述汽轮机转子(100)上安装所述计算配重/>

S06：以所述预设转速旋转所述汽轮机转子(100)，测量所述汽轮机转子(100)的实际振动量并验证所述汽轮机转子(100)在一阶临界转速情况下是否实现反相位；

在实现反相位的情况下，应用振型分离法和影响系数法在所述汽轮机转子(100)轴向的两端面分别对所述预设转速和负载工况下的振动幅值进行优化调整动平衡；

在未实现反相位的情况下，重复S04和S05进行优化调整。

2.根据权利要求1所述的动平衡方法，其特征在于，所述汽轮机转子(100)沿自身轴向的中间区域设有配重面(130)，所述配重面(130)相对于所述汽轮机转子(100)的轴线环绕设置。

3.根据权利要求2所述的动平衡方法，其特征在于，所述配重面(130)设有多个用于安装配重的螺纹孔(140)，多个所述螺纹孔(140)沿所述汽轮机转子(100)的周向间隔设置。

4.根据权利要求1所述的动平衡方法，其特征在于，在所述汽轮机转子(100)呈现一阶弯曲的情况下，所述汽轮机转子(100)的相背的两侧对应形成弯曲高点和弯曲低点，所述测试配重或所述计算配重/>安装于所述弯曲低点。

5.根据权利要求1所述的动平衡方法，其特征在于，所述反相位响应系数λ为1.2或1.5。

6.根据权利要求1所述的动平衡方法，其特征在于，所述汽轮机转子(100)在冲转过程中的预设转速为n，且1200rpm≤n≤2400rpm。

7.根据权利要求1所述的动平衡方法，其特征在于，所述汽轮机转子(100)为高中压转子，所述高中压转子为合缸转子或分缸转子。

8.根据权利要求1所述的动平衡方法，其特征在于，所述计算配重的范围为

9.根据权利要求1所述的动平衡方法，其特征在于，所述测试配重及所述计算配重/>的材质均为钨镍铁合金。