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中小型水轮发电机组动平衡试验探讨

文章编号: 10072284( 2007) 11011802

中小型水轮发电机组动平衡试验探讨

陈晓明, 牟建军

( 湖北省恩施州天楼地枕水力发电公司, 湖北 恩施 445026)

  摘 要: 对水轮发电机组动平衡 3 次试重法作了介绍, 针对中小型机组在试验中存在的问题作了分析, 提出了中小

型机组动平衡试验可改进的步骤, 并以天楼地枕水力发电公司实例对中小型机组动平衡试验方法作了介绍。

  关键词: 水轮发电机组; 动平衡试验; 3 次试重法; 配重

  中图分类号: TM 6   文献标识码: B

  水轮发电机组振动是机组运行中一种非常有害的现象, 它

严重威胁着机组的供电质量、机组的使用寿命和安全经济运

行。引起机组振动的因素很多, 主要包括机械振动、水力振动

和电磁振动 3 类。其中机械振动产生的原因主要包括转动部

分质量不平衡、轴线调整不好、导轴承间隙调整不当等。水轮

发电机组的振动, 很多都是由于发电机转子质量不平衡造成

的, 因为水轮发电机转子体积大, 重量也大, 由多个部件组成,

难以进行静平衡试验。对于已投产的机组来说, 轴线调整和导

轴承间隙调整都属于安装检修工艺方面问题, 这方面问题都可

通过控制检修质量及提高检修工艺水平得到解决, 而转动部分

质量不平衡引起的振动必须通过动平衡试验才能予以消除。

动平衡试验, 就是人为地改变转子的不平衡性。首先测出

机组振动, 然后用一试重块临时固定在转子的某一位置, 使机

组转动, 测出新的振动值, 据此求出转子原有不平衡力的方位

和大小, 然后在它的对称位置加配重块, 使配重产生的离心力

去抵消原有不平衡力, 从而消除或减小振动。

1 动平衡 3 次试重法

3 次试重法是对水轮发电机转子进行动平衡试验的常用方

法。顺序地在发电机转子上 3 个半径相同互成 120的点上固

定试重块, 逐次启动机组至额定转速, 在机组导轴承所在的机

架上分别测出 3 次的径向振动值, 连同空转运行时测得的振动

值共有 4 个, 根据这 4 个振动值用计算法或作图法即可求出配

重的大小及方位。

2 现场试验的难点

由 3 次试加重法可知, 需要在发电机转子上 3 个半径相同

互成 120的点上固定试重块, 对于中小型水轮发电机组而言,

收稿日期: 20061102

作者简介: 陈晓明( 1972) , 男,工程师, 副总工程师。

现场进行该试验时存在着以下一些难点:

( 1) 试重块的固定。中小型水轮发电机组内部空间较小,

在转子下部根本没法固定, 只能考虑固定在转子上部, 而转子

上部与上机架距离很小, 若采用在轮辐上焊接试重块的方式,

按照检修技术规程要求, 应在焊接部位做好防火和防飞溅的措

施, 焊接很不方便, 同时焊渣不好清理, 试重块拆卸也很麻烦,

必须进行打磨。在机组内部焊接和打磨, 均有可能损坏定子

线圈。

( 2) 角度划分。按 3 次试重法要求, 3 次试重应互成 120,

但在实际试验过程中, 要划分出 120比较繁琐, 并且在划分出

的点上不一定适合固定试重块。

( 3) 由于试验中所测振动值可能有误差, 加上不能均分

120进行试重试验, 可能造成按 3 次试重公式计算时无结果。

3 方法改进

中小型水轮发电机组由于受现场条件限制, 应考虑利用转

子上部本身的一些螺栓、螺孔进行固定, 并根据安装位置加工

试重块, 如利用风扇固定螺栓、磁极螺孔等。首先测量出各螺

栓及螺孔的中心分布圆半径, 测量出风扇固定螺栓距离, 然后

用 CAD 制图, 作出各螺孔的分布位置图, 在图纸上选出 3 个试

重块试验固定位置。通过 3 次试重试验, 确定出偏差方向, 在

图纸上选取应配重块的固定位置, 把试重块固定在所选位置

处, 再开机空转测试一次, 如有必要, 也可以以该点为起点按

120选取另外 2 点进行测试, 以对所选方位进行复核。

4 动平衡试验实例

2006 年天楼地枕水力发电公司对 1 号机组进行了动平衡

试验。该机组自投产以来振动一直较其他几台机组大, 虽然经

过多次大修也未解决, 特别是从 2005 年起发生了多次上导瓦

背板、下导瓦背板破裂现象, 因此决定进行动平衡试验。

电站主要参数如下: 发电机型号 SF6300- 10/ 2600; 额定

118 中国农村水利水电 2007 年第 11 期

转速 600 r/ min; 转子重量 254. 8 kN。

转子上部共有 10 片风扇 20 颗固定螺栓, 中心分布圆半径

690 mm; 磁极螺孔 10 个, 中心分布圆半径 630 mm, 圆周均匀

分布。转子螺孔分布见图 1。

图 1 转子螺孔分布

在分布图上选则 A、B、C 3 个螺孔作为平衡试验试重块固

定位置, 试重块质量按公式( 1) 选取:

m0 = (0. 5 ~ 2. 5) M g / R n2H ( 1)

式中: m0 为试重块质量; M 为转子质量; g 为重力加速度; R 为

试重块固定半径; nH 为机组额定转速。

选取固定在 A 点的试重块质量为 2. 2 kg, 固定在 B、C 点

的试重块质量为 2 kg。采用手持式振通测振仪测量振动值, 通

过 3 次试重试验, 测得数据见表 1。

如果按照配重公式计算, 由于 2a + 2b + 2c < 3 20 , 试加荷

重引起的振动值无法计算, 但是可以确定配重位置应在 A、C

之间靠 A 方向, 选取 D 点为配重位置, 在 D 点配重3 kg, 通过 3

次试重机组空转, 测得数据见表 2。

表 1 A、B、C 3 次试重试验数据

序号 试重位置 符号 上机架振动值/ m

1 无试重 0 52

2 A 点 a 43

3 B 点 b 58

4 C 点 c 53

表 2 D、E、F 3 次试重试验数据

序号 试重位置 符号 上机架振动值/ m

1 D 点 d 20

2 E 点 e 59

3 F 点 f 61

  通过对数据的分析, e 与f 大致相等, 可确定配重位置在

D 方向, 按照振幅值大小与不平衡离心力的大小成正比, 则有:

0 ! d = P0 ! Pd ( 2)

式中: P 0 为未加试重时转子原有不平衡离心力; Pd 为在 D 点

加试重 3 kg 时的不平衡离心力。当转子以额定转速运行时,

不平衡离心力只与转子不平衡质量有关, 因此式( 2) 可简化为:

0 ! d = m ! ( m- 3) ( 3)

式中: m 为转子在 D 点对称处的不平衡质量。

据此可计算出 m = 4. 875 kg。

在 D 点配重 4. 8 kg, 空转及满负荷运行测得上机架振动数

据均在 10 m 以内, 远远小于配重前的振幅值, 下导瓦温度也

由原来的 52 ? 下降至 44 ? , 达到了本次试验的目的, 整个试

验只需 1 天即完成。

根据现场情况进行动平衡试验解决机组振动问题, 方法简

单有效, 值得推广。 #

( 上接第 117 页)

图 4 实时趋势图

称、越限时间。参数如恢复, 报出恢复时间。报警设有优先级,

优先级指为每一个报警参数配置一个与之相关联的优先值, 表

示报警的严重程度, 以便系统可以按优先级处理报警事件, 例

如报警窗口可以只显示优先级较高的报警事件, 记录报警事件

也可按优先级进行记录。

4 结  语

本文通过对泵站信息需求、信息流量、通信要求等的分析, 设

计了泵站计算机监控系统的总体结构, 阐述了系统各个模块及其

功能, 开发了经济通用、易于实施的泵站计算机监控系统。本系统

能完成泵站各运行参数的实时监控, 并能根据运行条件实现优化

调度、经济运行, 为企业实现? 无人值班( 少人职守)% 创造了有利条

件, 很大程度减轻了运行维护人员的劳动强度。 #

参考文献:

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