水轮发电机转子动平衡试验

水轮发电机转子动平衡试验

发表时间：2018-02-01T15:56:24.000Z 来源：《防护工程》2017年第28期作者：许建强王铁军

[导读] 水轮发电机组的有些振动是由转子质量不平衡引起的，因此动平衡试验是解决水轮发电机组振动的重要环节。

甘肃电投河西水电开发有限责任公司甘肃张掖 734000

摘要：水轮发电机组的有些振动是由转子质量不平衡引起的，因此动平衡试验是解决水轮发电机组振动的重要环节。本文介绍的动平衡测试的技术，分析添加不同转子端重量平衡的影响时，提出了不同的速度和转子的动平衡测试不同尺寸重量计算。然后在宝瓶电站2号机组的动平衡试验，准确找到不平衡阶段，通过试验确定最终权重分配权重，有效提高了机组的振动和摆动问题。

关键词：水轮发电机组;动平衡试验;振动;摆度;相位

1引言

水轮发电机组的振动是机组运行中的一种非常不利的现象。它严重威胁着供电质量、机组的使用寿命和安全经济运行。造成振动的因素很多，包括机械振动、水力振动和电磁振动3种原因，其中包括机械振动引起的转动部分质量不平衡、轴调节不好、导轴承间隙不当。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，不平衡转子在支承上造成的动载荷，引起整个旋转机械的振动，产生噪音; 加速轴承磨损，造成转子部分高频疲劳破坏和支承部分的某些部件强迫振动损坏，降低旋转机械的寿命; 甚至使整个机器控制失灵，发生严重事故。

大中型水轮发电机组的转子直径和重量很大，在机组运行中很容易出现由于转子的高质量的不均匀分布不平衡力。目前，解决转子质量不平衡问题最有效的方法是对转子进行动平衡试验，通过配重消除转子质量不平衡造成的不平衡力。

本文介绍了水轮机转子动平衡试验的基本方法，通过有限元分析，比较了转子动平衡试验时配重块在转子上、下端面的区别，指出了不同转速、不同尺寸的转子适合的配重方案。然后在宝瓶电站2号机组的动平衡试验，结合动态振动信号和键号准确地找到不平衡转子相法和试验，最终大大减小了机组的振动和摆动，为机组的长期稳定运行打下了良好的基础。

2水轮发电机组转子动平衡试验方法

三元平衡法是一种通过作图找出不平衡点位置和质量的简单实用的动平衡试验方法。在发电机转子表面（或其他部位）均匀取三点，每点相差120°，作好标志，如1、2、3三点。根据转子振动测试方法，用振动测量仪读出记录原始状态下的振动值S0；后停机，任意取一定质量G平衡块，把平衡块置于转子表面上1点，开机达到额定转速后读出记录振动值S1；用同样的方法，依次把平衡块放在2、3点后，读出记录振动值S2和S3，然后进行作图。

以O点为圆心，S0为半径作圆，根据转子上划分的三点相应的在该圆上均分1、2、3三点，以1点为圆心，S1为半径作圆，以2点为圆心，S2为半径作圆，以3点为圆心，S3为半径作圆（S1、S2、S3的长度可进行适当的倍数放大，以便使三圆有共同区域）。找出三圆共同区域面积的中心M，连接OM，延长到S0圆上N点，测出OM长S′和θ角，那么N点就是需要加载的位置，加载量用下列公式计算：

Gx＝S0/S′×G

用天平称取出Gx重量的平衡块，置于N点，观察振动仪数值的情况，然后对Gx进行几次（一般只需经过2～3次）微量增减，直至振动仪数值为最小值，即为最后的加载量Gx。

3动平衡试验实例

宝瓶电站共有3台水轮发电机组，安装投运初期，发现振动较大，然后通过动平衡测试的方法给转子增加配重，解决了振动较大的问题。

3.1单元基本参数

1）发电机基本参数：SF-J50-18/5100（小机SF-J23-12/3840）额定功率：50MW（23MW）额定电压：10.5kV 额定电流：3234.5A （1487.8A）额定功率因数：0.85（滞后）额定频率：50Hz额定转速：333.3r/min（500 r/min）飞逸转速：576 r/min（945 r/min）

2）水轮机基本参数：HLY157??-LJ-245（小机HLY193-LJ-158）最大水头：153.99m最小水头：129.47m额定水头：139.6m额定出力：51.28MW（23.71MW）额定流量：39.234m3/s（18.187 m3/s）额定转速：333.3r/min（500 r/min）飞逸转速：576 r/min（945

r/min）接力器行程：180mm（155mm）接力器压紧行程：5mm

3.2测量设备及测点布置

1）振动测量点

振动测量点有3个，即：上导、上机架、下机架。测量用的传感器是一种能准确反映低频振动信号的速度传感器，通过积分将速度信号转化为振动位移。

2）单摆测量点

摆动测试4点，即：X、Y、-X、-Y ，测量用传感器采用的是一体化电涡流位移传感器。

3）键相点

涡流位移传感器安装在上架水平振动传感器的同一位置，上架上的水平振动传感器作为主分析传感器。

3.3转子不平衡检测

转子不平衡检测一般先进行变速试验，再进行励磁试验。变速试验的目的是测量机组质量不平衡的影响；变量励磁试验是测量机组磁力拉力的影响。在这个测试中，变速测试是以50%额定速度启动的，每10%个作为测量点，直到100%额定速度。变励磁试验从50%额定励磁电压开始，每10%点作为测量点，直到100%额定励磁电压。对框架的水平振动和摆动频率4.57hz，这仅仅是1倍频。主频在变速试验站在横向振动频率、振幅与转速的升高显著增加相应的频率，表明机组的振动信号来满足转子不平衡的故障特征。

3.4试验重量试验

相位的准确与否对转子动平衡测试是成功或失败的关键，通过点和上机架的水平振动的关键测点的时域波形，框架的水平振动信号高

前进键相信号约70度，说明转子不平衡质量的相位超前关键点是70度左右，在大众的相反方向的不平衡，在关键点测试110逆时针，重块。

2号机组转子3重量试验。首先，9.2kg试块的加入，那么单位启动到额定转速，对机组振动摆值的测定。结果发现，上摆度、上框架水平振动和下架水平振动幅度均有不同程度的降低。试块添加到13.8kg，然后机组的启动到额定转速。上挥杆、上架水平振动和下架水平振动幅度继续减小。试重块被添加到18.4kg，就扔了，水平振动和横向振动振幅的上框架下继续下降，指导X摆103.67。M下降到46.83米，下降54.82%；引导y摆动106.72米下降到49.09米，下降54%的上部框架；水平振动从41米下降到15.64米，减少61.85%；帧振动的水平从23.49米下降到6.18米，下降73.69%。3试验后，机组振动值均大大降低，最终将配重重量18.4kg，动平衡测试完成。 4结论和建议

1）不平衡是确定水轮机的相位旋转平衡测试质量的关键，振动信号和键相信号可以快速确定水轮发电机转子的不平衡阶段的质量点，超过3次启动传统的试重法简便、准确、有效的判断。

2）转子的有限元动力特性计算表明，平衡块和不平衡质量点在同一平面上有较好的平衡效果。由于受到转子结构的限制，配重块一般加在转子上、下端面上;低转速机组配重块一般加在单面，对高转速机组，当转子磁轭高度大于转轮直径的1/3时，则应在上、下两个端面上配重。对宝瓶电站进行了动平衡试验，准确判断出了发电机转子不平衡质量点的相位，通过3次试重，极大地改善了机组的振动情况。参考文献:

[1]姚大坤.影响系数法.黑龙江水电机组的功率平衡，2001（5）：81-85.

[2]周仁牧.转子动平衡.北京：化学工业出版社，1992.

[3]他衍宗王筝李芳泽贝尔一转子动力学[M].北京：清华大学出版社，1987.