HEC 600 MW 汽輪發電機定子模態及振動試驗研究

2017-04-11 11:02:26 大云網　點擊量：評論 (0)

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汽輪發電機定子模態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汽輪發電機定子模態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汽輪發電機定子模態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汽輪發電機運行及大型汽輪發電機組的設計和制造。

　　前言隨著我國電力事業的蓬勃發展，火電機組的單機容童在不斷增大，火電建設正逐步過渡到以國產600MW機組為主的新局面W.本文介紹哈電制造的HEC 600MW汽輪發電機定子模態及振動試驗情況，供600MW汽輪發電機運行及大型汽輪發電機組的設計和制造。

　　汽輪發電機在運行過程中，定子將受到轉子磁拉力作用，產生兩倍系統頻率的強迫振動，對于系統頻率為50HZ的發電機，這一激振力頻率為100Hz，并且沿圓周方向橢圓分布。倘若定子橢圓模態固有頻率等于或接近1Hz，機座就可能發生共振，從而產生很大的振動，影響機組的正常運行，甚至發生事故。

　　我們通過試驗獲得了HEC600MW汽輪發電機定子的試驗模態參數，從而考察了定子的動態特性，并對有限元計算方法進行修正。

　　機組的設計是否合理，最終要通過現場運行來評定。現場振動測童和分析是考核其機械性能的最終標準。我們通過型式試驗，模擬了現場實際運行的各種受力工況，并進行試驗和分析，以預測電廠運行的振動情況。因為廠內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，其隔振效果直接關系到機座的壽命和正常運行。立式彈簧板結構不同于常規的臥式彈性定位筋，通過實測確定彈簧板的隔振系數，確保機組的安全運行，同時，為將來更大容量機組的隔振結構的設計和計算提供。

　　1機組主要參數最大連續出力654MW額定功率因數0.9 2研究內容2.1橫態試驗定子模態試驗在總裝試驗平臺上進行，與機組在電廠運行狀態完全一致，試驗的模態參數反映了機組實際運行的動態特性。

　　2.2鐵心、機座、軸承座振動測量機座、軸承座的振動是國標要求的，也是電廠運行監測參數。我們嚴格按照國家標準及工廠標準進行機座的振動試驗和分析。

　　2.3彈簧板隔振系數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。

　　3試驗方法和原理3.1定子橫態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，用磁帶機記錄力信號和響應信號，再送人結構動態分析儀對力眷信號和響應信號進行傅立葉變換，從而獲得各點頻響函數，對頻響函數進行曲線擬和后得到系統的模態參數。

　　系統運動微分方程僅討論粘性阻尼時，位移X（/）對外力F（/）的傳遞函數關系為W丨丨傳遞函數力表示在y點作用一個單位外力，在i點引起的響應。由的表達式可見，不論在機械的哪一點測量，得到的傳遞函數的分母相同。因為它與激振點無關，只與頻率和阻尼比有關。分子則與模態剛度、質量、激振點和響應點的模態值大小有關。所以，用一個傳遞函數就可以求出固有頻率、阻尼比；為了求振動模態，則要求出傳遞函數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，僅在y點加激振力（單點激振），測量；點的響應，則可求出wy.由振動模態的定義可知，它不是絕對量（指有單位），而是僅表示各點間的相對關系，且為無因次量。

　　因此，通常按a）基準點處（傳遞函數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。如果現在利用a）以基準點為1的正則化，當基準點為/時，對Z測量傳遞函數則可得到I…|. 1，則能求得再將'代人其他的傳遞函數，依次求得振動模態為丨態相乘便能計算出傳遞函數矩陣的全部分量，即可掌握機械對象的動態特性。

　　在測量某一行時，將響應點固定在/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，而依次移動響應點，同樣地也可求出振動模態。

　　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，經過前置放大器進人磁帶機或數字矢量濾波器，并用動態信號分析儀進行頻譜分析。

　　一般在穩態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K來確定。

　　鐵心100Hz振幅由式（4）模態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，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試驗結果分析模態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，在空載和穩態短路工況時，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，均低于國家標準30jun，也低于哈電公司創優標準25jjun；軸向振動幅值最大17jun，遠低于國家標準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為8.4. 6小結HEC600MW汽輪發電機定子機座橢圓形模態固有頻率123Hz，避開100Hz電磁力頻率足夠遠，說明該機組的動力設計是合理的，機組運行時，機座不會產生較大的振動。

　　HEC600MW汽輪發電機定子振動幅值完全符合國家標準，可保證機組的長期安全運行。

　　本文介紹的汽輪發電機定子模態及振動性能試驗方法，適用于新機型式試驗和現場試驗對發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態短路l./N鐸率通鐸通頻表2額定轉速工況，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：機械工業出版社，1982.機座鐵心