汽轮机现场动平衡

第三部分
现场动平衡
简介
振动是评价机组安全可靠性的重要指 标，而大约70%的振动问题是由轴系 不平衡引起的。因此，汽轮发电机组 轴系现场高速动平衡是消除机组振动 的主要手段。
转子分类
¾刚性转子：指运行转速远低于临界
转速的转子。
¾柔性转子：运行转速接近或超过临
界转速（一阶、二阶）的转子。
汽轮发电机组轴系不平衡型式
轴振与座振数据耦合关系
依据轴振、座振数据分别计算的平 衡结果应基本一致，如果二者计算 结果差别较大，应分析具体原因。
小结
汽轮发电机组轴系现场高速动平衡对振动 工程师的转子动力学理论知识、信号采集 分析理论、故障诊断经验、现场平衡技巧 等方面均具有较高要求，具有较强的工程 实践性和验证性。
轴系平衡的一次加准法
利用振动测试与分析系统获得轴系原 始基频振动后，直接求出轴系各转子上的 加重方向，并一次性施加所有平衡面的平 衡重量，将原始振动降低50％以上，且成 功率达到70％～80％，由此可将机组启停 次数降至最低限度，并且带来显著的社会 和经济效益，这种方法称为轴系的一次加 准法。
基本概念
轴系现场高速动平衡最优目标
以最少的启动次数将整个轴系振动降 低至预期值，从而降低消振成本，压 缩消振工期。
现场平衡实际情况
¾高中压转子、低压转子、发电机转子一阶
平衡无法在转子中部加重
¾发电机转子三阶平衡无法在转子中部加重 ¾有些励磁机转子可在转子中部加重 ¾外伸端、联轴器平衡均为单平面加重 ¾所以现场平衡一阶振型一般采用对称加重
一阶和二阶振型示意图
临界转速及滞后角
机械滞后角
¾由于阻尼的作用，转子动态挠曲的方向
滞后于不平衡的方向。当转速远低于临界 转速时，滞后角为0°；在临界转速附近， 滞后角接近90°；当转速远远高于临界转 速时，滞后角接近180 °。
¾滞后角只针对某阶振型而言。
相位—高点—重点—加重位置关系
轴系平衡步骤
¾一阶不平衡 ¾二阶不平衡 ¾三阶不平衡 ¾对轮不平衡 ¾外伸端不平衡
转子动平衡基本原则
在转子跨内施加校正质量平衡转子一 阶、二阶和三阶振动分量，应使校正 质量与所平衡振型满足正交条件。
轴系现场高速动平衡核心内容
轴系现场高速动平衡的核心内容 是轴系不平衡轴向位置以及不平衡阶 次的正确诊断，是平衡成功与否的先 决条件。
¾键相 ¾相位 ¾高点 ¾滞后角 ¾重点
振动相位——仪表滞后角
不同的振动仪对振动相位的定义也不完全一 样（例如中国测试技术研究院生产的DBA型 动平衡仪、美国本特利公司的TK-83型振动 表以及日本明石公司生产的振动表），即仪 表滞后角不一致。美国本特利公司的TK-83 型振动表输出的基频振动相位的定义为键相 脉冲信号的前沿与振动信号正向振幅最大点 （振动位移高点）之间的角度，即仪表滞后 角为0度。
振动测量，筛选原始计算数据 诊断不平衡轴向位置及不平衡型式 确定平衡方案 试加重，测量振动响应，获取影响系数 计算平衡调整方案 正式加重，测量平衡结果
数据筛选的重要性
如果机组轴系振动处于不稳定状态，而现 场只有动平衡措施切实可行，则对用于动 平衡计算的原始数据的筛选就显得非常重 要，很大程度上依赖振动工程师的现场高 速动平衡经验。
计算方法之二——模态平衡法
模态平衡法是根据柔性转子振型正交 原理的一种动平衡方法，转子的不平衡质 量及动挠度均可用各阶振型分量表示，而 每阶振型的振动只能由相应阶的Βιβλιοθήκη Baidu平衡引 起。
如果对各阶振型不平衡质量进行了校 正，转子就可以在整个工作转速范围内平 稳地运行。
转子热平衡——折中平衡
因为转子温度（转子材质各项异性，受热 不均，冷却不均）、内摩擦力（线圈膨胀 受阻）、轴系扭矩（对轮中心变化）引起 的大负荷工况振动问题，可采用平衡原始 基频及50%~70%热变量的方法，使定速 空载及大负荷工况振动均处于合格水平。
方式、现场平衡二阶振型采用反对称加重 方式
计算方法之一——影响系数法
影响系数法是依据线性振动理论，求得 影响系数并计算校正质量的一种数学方 法，不涉及转子动力学本质，在应用过 程中常常出现不合理的计算结果。国内 不少机组在现场平衡过程中，平衡次数 达到十几次甚至几十次，仍无法将振动 降低至合格水平，使消振成本过高，给 电力生产带来较大损失。