CN117906815A - 一种发电机定子动态激励力辨识方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种发电机定子动态激励力辨识方法。本发明采用的技术方案为：将动态激励力的辨识通过发电机壳体振动的变化量进行计算；将动态激励力按力和力偶平衡的原则，等效分解到发电机壳体两个端面；分别在发电机壳体两端面铅垂和水平方向激振，得到此工况下发电机壳体的影响系数矩阵，再通过增大激振试验测得增大激振力后发电机壳体两端面的相对振动变化量，求得发电机定子动态激励力大小。本发明可准确识别出发电机定子动态激励力，提高发电机在运行中的安全可靠性。

Description

一种发电机定子动态激励力辨识方法

技术领域

本发明属于汽轮发电机定子振动故障诊断及治理技术领域，特别是一种发电机定子动态激励力辨识方法。

背景技术

目前，大型汽轮发电机组在检修后启动中或运行中，发电机定子壳体或轴承振动出现异常或严重超标现象，造成发电机安全可靠性下降，甚至严重威胁机组的安全运行。发电机定子定子底部载荷不均为该类故障的主要原因，而发电机转子存在热不平衡、轴瓦安装不良等，导致该类故障更加复杂，存在漏诊或误诊。

在发电机壳体上进行简单的振动测量，依据振动进行故障诊断，工作量大，精度较低；采用基于应变的底载均布试验方法，精度较高；但必须在机组停机情况下，且必须解开低发对轮，工期较长，一般工期为18天左右，导致电厂发电量大幅减小，检修成本较大。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是克服上述现有技术存在的缺陷，提供一种能够提高识别精度的发电机定子动态激励力辨识方法，以准确识别发电机定子动态激励力，提高发电机在运行中的安全可靠性。

为此，本发明采用如下的技术方案：一种发电机定子动态激励力辨识方法，其将动态激励力的辨识通过发电机壳体振动的变化量进行计算；

考虑发电机壳体偏摆、垂直/水平方向振动耦合等问题的影响，将动态激励力按力和力偶平衡的原则，等效分解到发电机壳体两个端面；分别在发电机壳体两端面铅垂和水平方向激振，得到此工况下发电机壳体的影响系数矩阵，再通过增大激振试验测得增大激振力后发电机壳体两端面的相对振动变化量，求得发电机定子动态激励力大小。

本发明通过测量发电机定子壳体振动，识别发电机定子壳体的受力，为发电机定子底部载荷调整提供参考，具有很好的工程应用价值。

进一步地，根据发电机壳体上的激振力对称性特点，通过相应点力的差别计算，判断发电机定子底部垫片厚度是否合适，并进行适当调整。本发明可从另一方面提高定子底部载荷不均匀的识别率，为发电机定子底部载荷调整提供参考。

进一步地，所述的发电机定子动态激励力辨识方法具体包括：

步骤1，发电机处于停机状态时，在发电机壳体的第1端面和第2端面分别沿铅垂方向和水平方向施加激振频率f的径向激振力F_1⊥、F_1-、F_2⊥、F_2-，选取不同转速得到发电机定子对应激振频率下的影响系数矩阵Α，即：

其中，α_i⊥,j⊥表示在第i端面铅垂方向施加激振力F_i⊥对第j端面铅垂方向振动变化量Y_i⊥,j⊥的影响系数，第j端面铅垂方向振动变化量Y_i⊥,j⊥由安装在第j端面铅垂方向上的速度传感器测得；

α_i⊥,j-表示在第i端面铅垂方向施加激振力F_i⊥对第j端面水平方向振动变化量X_i⊥,j-的影响系数，第j端面水平方向振动变化量X_i⊥,j-由安装在第j端面水平方向上的速度传感器测得；

α_i-,j⊥表示在第i端面水平方向施加激振力F_i-对第j端面铅垂方向振动变化量Y_i-,j⊥的影响系数；第j端面铅垂方向振动变化量Y_i-,j⊥由安装在第j端面铅垂方向上的速度传感器测得；

α_i-,j-表示在第i端面水平方向施加激振力F_i-对第j端面水平方向振动变化量X_i-,j-的影响系数；第j端面水平方向振动变化量X_i-,j-由安装在第j端面水平方向上的速度传感器测得；

步骤2，发电机组在3Hz～50Hz转速频率范围内运转时，使用分别安装在发电机壳体第1端面及第2端面上的速度传感器，测得激振后发电机壳体第1端面及第2端面铅垂和水平方向振动变化量Y₁、X₁、Y₂、X₂，其中X₁为发电机壳体第一端面水平振动变化量，Y₁为发电机壳体第一端面铅垂振动变化量；X₂为发电机壳体第二端面水平振动变化量，Y₂为发电机壳体第二端面铅垂振动变化量，由下式计算不同转速的动态激励力F：

其中：

步骤3，定义K＝|Max{F}-aver{F}|/|F|为发电机壳体动态激励力偏差指标，若K≤0.10，为合格，无需处理；若K>0.10，对Max{F}对应点的垫片厚度进行调整；

步骤4，当所需转速工况下K均小于等于0.10时，试验结束；否则更换转速工况继续进行步骤3。

更进一步地，步骤3中，若Max{F}-1.05*aver{F}≥0，应减小最大激励力(Max{F})对应点的垫片厚度；若Max{F}-1.05*aver{F}＜0，应增加最大激励力(即Max{F})对应点的垫片厚度并重复步骤2，直至K≤0.10。

更进一步地，步骤1中，激振频率f＝3Hz～50Hz。

更进一步地，步骤1中，所述的不同转速包括180转/分、一阶临界转速的一半、一阶临界转速、二阶临界转速和工作转速。

进一步地，在发电机壳体两端面铅垂和水平方向激振前，首先要检查和调整发电机定子壳体与发电机之间的间隙，再启动机组判断是否存在摩擦，如果存在摩擦就重新调整间隙直到无摩擦。

与现有技术相比，本发明具有的有益效果如下：

1)作用在发电机壳体和作用在定子上的动态激励力为一对作用力和反作用力，大小相等、方向相反；将动态激励力的影响通过发电机壳体振动的变化量表示出来，可以有效地避免激振前后动态激励力变化对识别结果的影响。

2)发电机组通过发电机壳体共振来放大动态激励力影响。通过启停机组，可以实现不同转速下的识别试验。

3)引入转子动力学中多平面不平衡力识别方法，可以实现发电机组多点动态激励力识别。

4)引入多测点、多平面影响系数理论，可以考虑发电机壳体偏摆、铅垂/水平方向耦合等状态下的识别问题，提高了试验识别精度。分别在发电机壳体第1端面和第2端面的铅垂和水平方向上激振，测试2个端面垂直(水平)方向上的振动响应，由此可以构造出2×2维的影响系数矩阵。如果进一步考虑垂直和水平方向上振动之间的耦合，影响系数矩阵Α的维数则拓展为4×4矩阵。影响系数矩阵求出后，即可求出2个端面垂直和水平方向上的动态激励力。

附图说明

图1是发电机壳体的俯视图；

图2是不平衡力识别理论示意图；

图3是本发明激振试验原理示意图；

图4是本发明发电机定子动态激励力辨识方法的流程图；

图2中，从左到右分别表示发电机壳体平动状态、发电机壳体偏摆状态、发电机壳体一般运动状态。

具体实施方式

为进一步阐述本发明的原理，以下结合附图对本发明进行详细说明。应该强调的是，下述说明仅仅是示例性的，而不是为了限制本发明的范围及其应用。

本实施例提供一种发电机定子动态激励力辨识方法，其将动态激励力的辨识通过发电机壳体振动的变化量进行计算。发电机定子壳体两端安装转子，其俯视图如图1所示。图2中分别表示发电机壳体平动状态、发电机壳体偏摆状态、发电机壳体一般运动状态。考虑发电机壳体偏摆、垂直/水平方向振动耦合等问题的影响，发电机壳体偏摆时，发电机内动态激励力大小方向不同，但是可以将动态激励力按力和力偶平衡的原则，等效分解到发电机壳体两个端面，如图3，在2个端面上将各自的分力合成后得到2个合力，这两个合力对发电机壳体的影响和发电机内的动态激励力等效。构建发电机定子动态激励力识别试验台，包括发电机壳体、转子系统和偏心轮激振器，分别在发电机壳体两端面铅垂和水平方向激振，得到此工况下发电机壳体的影响系数矩阵，再通过增大激振试验测得增大激振力后发电机壳体两端面的相对振动变化量，求得发电机定子动态激励力大小。

发电机定子动态激励力辨识方法，如图4所示，其具体实施过程如下：

发电机处于停机状态时，在发电机壳体的第1端面和第2端面分别沿铅垂方向和水平方向施加激振频率f(f＝3Hz～50Hz)的径向激振力F_1⊥、F_1-、F_2⊥、F_2-。

选取不同转速(例如180转、一阶临界转速的一半、一阶临界转速、二阶临界转速、工作转速等)，得到发电机定子对应激振频率下的影响系数矩阵Α，即：

其中：

α_1⊥,1⊥表示在第1端面铅垂方向施加激振力F_1⊥对第1端面铅垂方向振动变化量Y_1⊥,1⊥的影响系数，第1端面铅垂方向振动变化量Y_1⊥,1⊥由安装在第1端面铅垂方向上的速度传感器测得；

α_1⊥,1-表示在第1端面铅垂方向施加激振力F_1⊥对第1端面水平方向振动变化量X_1⊥,1-的影响系数，第1端面水平方向振动变化量X_1⊥,1-由安装在第1端面水平方向上的速度传感器测得；

α_1⊥,2⊥表示在第1端面铅垂方向施加激振力F_1⊥对第2端面铅垂方向振动变化量Y_1⊥,2⊥的影响系数；第2端面铅垂方向振动变化量Y_1⊥,2⊥由安装在第2端面铅垂方向上的速度传感器测得；

α_1⊥,2-表示在第1端面铅垂方向施加激振力F_1⊥对第2端面水平方向振动变化量X_1⊥,2-的影响系数；第2端面水平方向振动变化量X_1⊥,2-由安装在第2端面水平方向上的速度传感器测得；

α_1-,1⊥表示在第1端面水平方向施加激振力F_1-对第1端面铅垂方向振动变化量Y_1-,1⊥的影响系数；第1端面铅垂方向振动变化量Y_1-,1⊥由安装在第1端面铅垂方向上的速度传感器测得；

α_1-,1-表示在第1端面水平方向施加激振力F_1-对第1端面水平方向振动变化量X_1-,1-的影响系数；第1端面水平方向振动变化量X_1-,1-由安装在第1端面水平方向上的速度传感器测得；

α_1-,2⊥表示在第1端面水平方向施加激振力F_1-对第2端面铅垂方向振动变化量Y_1-,2⊥的影响系数；第2端面铅垂方向振动变化量Y_1-,2⊥由安装在第2端面铅垂方向上的速度传感器测得；

α_1-,2-表示在第1端面水平方向施加激振力F_1-对第2端面水平方向振动变化量X_1-,2-的影响系数；第2端面水平方向振动变化量X_1-,2-由安装在第2端面水平方向上的速度传感器测得；

α_2⊥,1⊥表示在第2端面铅垂方向施加激振力F_2⊥对第1端面铅垂方向振动变化量Y_2⊥,1⊥的影响系数；第1端面铅垂方向振动变化量Y_2⊥,1⊥由安装在第1端面铅垂方向上的速度传感器测得；

α_2⊥,1-表示在第2端面铅垂方向施加激振力F_2⊥对第1端面水平方向振动变化量X_2⊥,1-的影响系数；第1端面水平方向振动变化量X_2⊥,1-由安装在第1端面水平方向上的速度传感器测得；

α_2⊥,2⊥表示在第2端面铅垂方向施加激振力F_2⊥对第2端面铅垂方向振动变化量Y_2⊥,2⊥的影响系数；第2端面铅垂方向振动变化量Y_2⊥,2⊥由安装在第2端面铅垂方向上的速度传感器测得；

α_2⊥,2-表示在第2端面铅垂方向施加激振力F_2⊥对第2端面水平方向振动变化量X_2⊥,2-的影响系数；第2端面水平方向振动变化量X_2⊥,2-由安装在第2端面水平方向上的速度传感器测得；

α_2-,1⊥表示在第2端面水平方向施加激振力F_2-对第1端面铅垂方向振动变化量Y_2-,1⊥的影响系数；第1端面铅垂方向振动变化量Y_2-,1⊥由安装在第1端面铅垂方向上的速度传感器测得；

α_2-,1-表示在第2端面水平方向施加激振力F_2-对第1端面水平方向振动变化量X_2-,1-的影响系数；第1端面水平方向振动变化量X_2-,1-由安装在第1端面水平方向上的速度传感器测得；

α_2-,2⊥表示在第2端面水平方向施加激振力F_2-对第2端面铅垂方向振动变化量Y_2-,2⊥的影响系数；第2端面铅垂方向振动变化量Y_2-,2⊥由安装在第2端面铅垂方向上的速度传感器测得；

α_2-,2-表示在第2端面水平方向施加激振力F_2-对第2端面水平方向振动变化量X_2-,2-的影响系数，第2端面水平方向振动变化量X_2-,2-由安装在第2端面水平方向上的速度传感器测得。

步骤2：

发电机组在3Hz～50Hz转速频率范围内运转时，使用分别安装在发电机壳体第1端面及第2端面上的速度传感器，测得激振后发电机壳体第1端面及第2端面铅垂和水平方向振动变化量Y₁、X₁、Y₂、X₂，其中X₁为发电机壳体第一端面水平振动变化量，Y₁为发电机壳体第一端面铅垂振动变化量；X₂为发电机壳体第二端面水平振动变化量，Y₂为发电机壳体第二端面铅垂振动变化量，由下式计算不同转速(例如180转/分、一阶临界转速的一半、一阶临界转速、二阶临界转速、工作转速等)的动态激励力F：

其中：

步骤3，定义K＝|Max{F}-aver{F}|/|F|为发电机壳体动态激励力偏差指标，若K≤0.10，为合格，无需处理；若K>0.10，对Max{F}对应点的垫片厚度进行调整；若Max{F}-1.05*aver{F}≥0，应减小最大激励力(Max{F})对应点的垫片厚度；若Max{F}-1.05*aver{F}＜0，应增加最大激励力(即Max{F})对应点的垫片厚度并重复步骤2，直至K≤0.10。

步骤4，当所需转速工况下K均小于等于0.10时，试验结束；否则更换转速工况继续进行步骤3。

以上所述的实施例只是本发明的一种较佳的方案，并非对本发明作任何形式上的限制，在不超出权利要求所记载的技术方案的前提下还有其它的变体及改型。

Claims (7)

1.一种发电机定子动态激励力辨识方法，其特征在于，将动态激励力的辨识通过发电机壳体振动的变化量进行计算；将动态激励力按力和力偶平衡的原则，等效分解到发电机壳体两个端面；

分别在发电机壳体两端面铅垂和水平方向激振，得到此工况下发电机壳体的影响系数矩阵，再通过增大激振试验测得增大激振力后发电机壳体两端面的相对振动变化量，求得发电机定子动态激励力大小。

2.根据权利要求1所述的发电机定子动态激励力辨识方法，其特征在于，根据发电机壳体上的激振力对称性特点，通过相应点力的差别计算，判断发电机定子底部垫片厚度是否合适，并进行适当调整。

3.根据权利要求1或2所述的发电机定子动态激励力辨识方法，其特征在于，具体包括：

步骤1，发电机处于停机状态时，在发电机壳体的第1端面和第2端面分别沿铅垂方向和水平方向施加激振频率f的径向激振力F_1⊥、F_1-、F_2⊥、F_2-，选取不同转速得到发电机定子对应激振频率下的影响系数矩阵Α，即：

其中，α_i⊥,j⊥表示在第i端面铅垂方向施加激振力F_i⊥对第j端面铅垂方向振动变化量Y_i⊥,j⊥的影响系数，第j端面铅垂方向振动变化量Y_i⊥,j⊥由安装在第j端面铅垂方向上的速度传感器测得；

α_i⊥,j-表示在第i端面铅垂方向施加激振力F_i⊥对第j端面水平方向振动变化量X_i⊥,j-的影响系数，第j端面水平方向振动变化量X_i⊥,j-由安装在第j端面水平方向上的速度传感器测得；

α_i-,j⊥表示在第i端面水平方向施加激振力F_i-对第j端面铅垂方向振动变化量Y_i-,j⊥的影响系数；第j端面铅垂方向振动变化量Y_i-,j⊥由安装在第j端面铅垂方向上的速度传感器测得；

α_i-,j-表示在第i端面水平方向施加激振力F_i-对第j端面水平方向振动变化量X_i-,j-的影响系数；第j端面水平方向振动变化量X_i-,j-由安装在第j端面水平方向上的速度传感器测得；

步骤2，发电机组在3Hz～50Hz转速频率范围内运转时，使用分别安装在发电机壳体第1端面及第2端面上的速度传感器，测得激振后发电机壳体第1端面及第2端面铅垂和水平方向振动变化量Y₁、X₁、Y₂、X₂，其中X₁为发电机壳体第一端面水平振动变化量，Y₁为发电机壳体第一端面铅垂振动变化量；X₂为发电机壳体第二端面水平振动变化量，Y₂为发电机壳体第二端面铅垂振动变化量，由下式计算不同转速的动态激励力F：

其中：

步骤3，定义K＝|Max{F}-aver{F}|/|F|为发电机壳体动态激励力偏差指标，若K≤0.10，为合格，无需处理；若K>0.10，对Max{F}对应点的垫片厚度进行调整；

步骤4，当所需转速工况下K均小于等于0.10时，试验结束；否则更换转速工况继续进行步骤3。

4.根据权利要求3所述的发电机定子动态激励力辨识方法，其特征在于，步骤3中，若Max{F}-1.05*aver{F}≥0，应减小最大激励力对应点的垫片厚度；若Max{F}-1.05*aver{F}＜0，应增加最大激励力对应点的垫片厚度并重复步骤2，直至K≤0.10。

5.根据权利要求3所述的发电机定子动态激励力辨识方法，其特征在于，步骤1中，激振频率f＝3Hz～50Hz。

6.根据权利要求3所述的发电机定子动态激励力辨识方法，其特征在于，步骤1中，所述的不同转速包括180转/分、一阶临界转速的一半、一阶临界转速、二阶临界转速和工作转速。

7.根据权利要求1所述的发电机定子动态激励力辨识方法，其特征在于，在发电机壳体两端面铅垂和水平方向激振前，首先要检查和调整发电机定子壳体与发电机之间的间隙，再启动机组判断是否存在摩擦，如果存在摩擦就重新调整间隙直到无摩擦。