HEC 600 MW 汽輪發(fā)電機定子模態(tài)及振動試驗研究
核心提示: 姚大坤 曲大莊2(1 哈爾濱大電機研究所,黑龍江哈爾濱150040;2哈爾濱動力設(shè)備股份有限公司,黑龍江哈爾濱150040)摘*:介紹了哈電制造的600MW汽輪發(fā)電機定子模態(tài)及振動性能試驗研究。給 姚大坤
核心提示: 姚大坤\曲大莊2(1.哈爾濱大電機研究所,黑龍江哈爾濱150040;2哈爾濱動力設(shè)備股份有限公司,黑龍江哈爾濱150040)摘*:介紹了哈電制造的600MW汽輪發(fā)電機定子模態(tài)及振動性能試驗研究。給
姚大坤\曲大莊2(1.哈爾濱大電機研究所,黑龍江哈爾濱150040;2哈爾濱動力設(shè)備股份有限公司,黑龍江哈爾濱150040)摘*:介紹了哈電制造的600MW汽輪發(fā)電機定子模態(tài)及振動性能試驗研究。給出了定子的橢固固有杪剩ㄗ猶心、機座、軸承座的振動幅值及定子機座的隔振系,可供600MW汽輪發(fā)電機運行及大型汽輪發(fā)電機組的設(shè)計和制造。
前言隨著我國電力事業(yè)的蓬勃發(fā)展,火電機組的單機容童在不斷增大,火電建設(shè)正逐步過渡到以國產(chǎn)600MW機組為主的新局面W.本文介紹哈電制造的HEC 600MW汽輪發(fā)電機定子模態(tài)及振動試驗情況,供600MW汽輪發(fā)電機運行及大型汽輪發(fā)電機組的設(shè)計和制造。
汽輪發(fā)電機在運行過程中,定子將受到轉(zhuǎn)子磁拉力作用,產(chǎn)生兩倍系統(tǒng)頻率的強迫振動,對于系統(tǒng)頻率為50HZ的發(fā)電機,這一激振力頻率為100Hz,并且沿圓周方向橢圓分布。倘若定子橢圓模態(tài)固有頻率等于或接近1Hz,機座就可能發(fā)生共振,從而產(chǎn)生很大的振動,影響機組的正常運行,甚至發(fā)生事故。
我們通過試驗獲得了HEC600MW汽輪發(fā)電機定子的試驗?zāi)B(tài)參數(shù),從而考察了定子的動態(tài)特性,并對有限元計算方法進行修正。
機組的設(shè)計是否合理,最終要通過現(xiàn)場運行來評定。現(xiàn)場振動測童和分析是考核其機械性能的最終標(biāo)準(zhǔn)。我們通過型式試驗,模擬了現(xiàn)場實際運行的各種受力工況,并進行試驗和分析,以預(yù)測電廠運行的振動情況。因為廠內(nèi)試驗振動估算是偏保守的,所以型式試驗足以代表電廠運行狀況。
HEC600MW汽輪發(fā)電機定子鐵心與機座之間采用立式彈簧板來隔振,其隔振效果直接關(guān)系到機座的壽命和正常運行。立式彈簧板結(jié)構(gòu)不同于常規(guī)的臥式彈性定位筋,通過實測確定彈簧板的隔振系數(shù),確保機組的安全運行,同時,為將來更大容量機組的隔振結(jié)構(gòu)的設(shè)計和計算提供。
1機組主要參數(shù)最大連續(xù)出力654MW額定功率因數(shù)0.9 2研究內(nèi)容2.1橫態(tài)試驗定子模態(tài)試驗在總裝試驗平臺上進行,與機組在電廠運行狀態(tài)完全一致,試驗的模態(tài)參數(shù)反映了機組實際運行的動態(tài)特性。
2.2鐵心、機座、軸承座振動測量機座、軸承座的振動是國標(biāo)要求的,也是電廠運行監(jiān)測參數(shù)。我們嚴(yán)格按照國家標(biāo)準(zhǔn)及工廠標(biāo)準(zhǔn)進行機座的振動試驗和分析。
2.3彈簧板隔振系數(shù)測置由型式試驗定子鐵心和機座的振動試驗確定彈簧板隔振系數(shù)。
3試驗方法和原理3.1定子橫態(tài)試驗本次試驗采用錘擊試驗方法,用力錘對定子機座進行繳振,同時測量激振力和加速度響應(yīng),用磁帶機記錄力信號和響應(yīng)信號,再送人結(jié)構(gòu)動態(tài)分析儀對力眷信號和響應(yīng)信號進行傅立葉變換,從而獲得各點頻響函數(shù),對頻響函數(shù)進行曲線擬和后得到系統(tǒng)的模態(tài)參數(shù)。
系統(tǒng)運動微分方程僅討論粘性阻尼時,位移X(/)對外力F(/)的傳遞函數(shù)關(guān)系為W丨丨傳遞函數(shù)力表示在y點作用一個單位外力,在i點引起的響應(yīng)。由的表達式可見,不論在機械的哪一點測量,得到的傳遞函數(shù)的分母相同。因為它與激振點無關(guān),只與頻率和阻尼比有關(guān)。分子則與模態(tài)剛度、質(zhì)量、激振點和響應(yīng)點的模態(tài)值大小有關(guān)。所以,用一個傳遞函數(shù)就可以求出固有頻率、阻尼比;為了求振動模態(tài),則要求出傳遞函數(shù)矩陣中的一行或者一列。
由式(4)可見,為了得到心點之間的傳遞函數(shù),僅在y點加激振力(單點激振),測量;點的響應(yīng),則可求出wy.由振動模態(tài)的定義可知,它不是絕對量(指有單位),而是僅表示各點間的相對關(guān)系,且為無因次量。
因此,通常按a)基準(zhǔn)點處(傳遞函數(shù)矩陣中的某一對角分量)為I.進行正則化,其值本身是個相對量。如果現(xiàn)在利用a)以基準(zhǔn)點為1的正則化,當(dāng)基準(zhǔn)點為/時,對Z測量傳遞函數(shù)則可得到I…|. 1,則能求得再將'代人其他的傳遞函數(shù),依次求得振動模態(tài)為丨態(tài)相乘便能計算出傳遞函數(shù)矩陣的全部分量,即可掌握機械對象的動態(tài)特性。
在測量某一行時,將響應(yīng)點固定在/點上,而將激振點從1移動到m;反之,在測量某一列時,固定激振點,而依次移動響應(yīng)點,同樣地也可求出振動模態(tài)。
3.2振動測置⑶用加速度、速度或位移傳感器拾取所測部位的振動信號,經(jīng)過前置放大器進人磁帶機或數(shù)字矢量濾波器,并用動態(tài)信號分析儀進行頻譜分析。
一般在穩(wěn)態(tài)情況下振動的加速度信號可寫為率;次為第i次諧波幅值;a,第;次諧波相位角。
對式(5)做兩次積分,得到與位移相對應(yīng)的信號,即機組運行中,機座主要受50Hz工頻干擾力和100Hz倍頻干擾力作用,其他諧波振動幅值非常小,完全可以忽略。所以,主要研究頻率為50出和100Hz的振動,通過頻譜分析獲得50Hz和100Hz加速度振動幅值,由式(6)得到相應(yīng)頻率下的位移幅值。或者將所采集的加速度信號直接進行數(shù)值積分得到振動位移;積分也可以用帶有兩次積分的電荷放大器來完成。
3.3彈簧板隔振系數(shù)彈簧板是連接鐵心與機座的彈性元件,其作用是減振,削弱鐵心對機座的振動。因為鐵心主要受100Hz電磁力振動,所以彈簧板主要隔離鐵心的100Hz振動,其隔振效果由隔振系數(shù)K來確定。
鐵心100Hz振幅由式(4)模態(tài)試驗采用錘擊試驗單點激振法,在定子機座軸向中部沿圓周均勻布置24個點測量響應(yīng),激振點選在該圓周的頂部。
振動試驗測點布置分別如、所示。
5試驗結(jié)果分析模態(tài)擬合得到定子的橢圓振型固有頻率為123Hz.滿足橢圓振型固有頻率避開電磁力頻率*10%的要求。
由表1機座振動幅值及頻率可見,在空載和穩(wěn)態(tài)短路工況時,機座11號測點通頻振幅最大值21.5jun,2號測點100Hz振幅最大值7jun,均滿足設(shè)計要求。其他測點振幅較小。
由表2軸承座振動幅值可見,勵端軸承座的振動略大于汽端,其水平直方向振幅分別為8叫和21jun,均低于國家標(biāo)準(zhǔn)30jun,也低于哈電公司創(chuàng)優(yōu)標(biāo)準(zhǔn)25jjun;軸向振動幅值最大17jun,遠低于國家標(biāo)準(zhǔn)38由表3鐵心、機座徑向振動可知,在額定空載工況,鐵心2個測點100Hz振幅的平均值為18.5jim,機座4個測點100Hz振幅平均值為2.2jtm,由此可得彈性定位筋隔振系數(shù)為8.4. 6小結(jié)HEC600MW汽輪發(fā)電機定子機座橢圓形模態(tài)固有頻率123Hz,避開100Hz電磁力頻率足夠遠,說明該機組的動力設(shè)計是合理的,機組運行時,機座不會產(chǎn)生較大的振動。
HEC600MW汽輪發(fā)電機定子振動幅值完全符合國家標(biāo)準(zhǔn),可保證機組的長期安全運行。
本文介紹的汽輪發(fā)電機定子模態(tài)及振動性能試驗方法,適用于新機型式試驗和現(xiàn)場試驗對發(fā)電機振動性能的考核與評價。
表1定空栽和錙定路工況機廑振幅峰值及鐸率工況空載穩(wěn)態(tài)短路l./N鐸率通鐸通頻表2額定轉(zhuǎn)速工況,機座、軸承座振動甍值及頻率pm汽端軸承座勵端軸承座機座水平重直軸向水平重直軸向表3額定空載工況,鐵心、機座徑向振動100Hz峰-峰值鄭兆昌。機械振動。北京:機械工業(yè)出版社,1982.機座鐵心

責(zé)任編輯:電小二
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