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圣言汔扮N拨EDONGFANGTURBINE69LVV张玉光于光辉东方汽轮机有限公司何东袁超四川德阳618000摘要文章首先对柔性转子现场轴系动平衡分析和计算方法进行了论述,认为振型分解是判断轴系不平衡位置的重要依据现有的计算方法也可以灵活选择,在此基础上形成了复杂轴系动平衡的处理思路,并以实际案例检验了该思路的可行陛和正确性。关键词汽轮机;振动;轴系动平衡RESEARCHONMETHODOFDIFFICULTSHAFTINGBALANCINGZHANGYUGUANG,YUGUANGHUI,HEDONG,YUANGCHAODON【GFANGTURBINECO,LTDDEYANGSICHUAN618000ABSTRACT;ANALYSISOFBALANCEINFLEXIBLESHAFTINGANDCALCULATIONMETHODSAREFIRSTLYDISCUSSEDINTHISPAPER,THENTHEBASISFORLOCATINGUNBALANCEINAXIALDIRECTIONANDSELECTINGBALANCINGMETHODSAREPROVIDEDASACONCLUSION,THEIDEAFORSOLVINGDIFFICULTSHAFTINGBALANCINGISPROPOSED,WHICHISTESTEDINPRACTICALCASESUCCESSFULLYKEYWORDSSTEAMTURBINE,VIBRATION,SHAFTINGBALANCING随着动平衡技术的发展目前单根转子在实验台上的平衡已能达到很高的精度但是汽轮发电机组的轴系因转子间的相互约束、轴承载荷的差异和不平衡位置的随机分布等因素使振型曲线变的相当复杂这就加大了不平衡位置的确定和计算方法的选择难度而且现场动平衡对时间和启动成本都有很高的要求因此研究轴系动平衡的思路在机组轴系日益变长的今天尤为重要1确定不平衡位置11振型分解是核心依据任何转子的动特性都符合转子动力学的研究规律因此对转子不平衡位置的分析应该充分参考转子在整个运行过程中的动力学行为对于转子动平衡来说转子动力学研究成果中最有价值的就是振型理论即高速旋转时转子呈一条空间曲线,该曲线由各阶振型叠加而成见图1,某一阶振型所占的比例主要与其对应的临界转速和工作转速的距离有关见图2。由于各阶振型的正交性第N阶振型模式的振动只能由N阶模式的不平衡分布激发。对于目前在役的汽轮发电机转作者简介张玉光1957一男,丁程师,涡轮机设计和制造专业,现从事汽轮机安装运行服务工作。7NL圣言芘恰蛾,VLDONGFANGTURBINE子,其T作转速基本不超过三阶临界因此前三阶振型的影响最大,这大大减少了分析的难度通过临界转速和工作转速下相邻支承的轴振工频数据分析就可以大致反推出转子的不平衡分布情况。这里的相邻支承并不一定指同一转子也可以是轴系中两个转子跨外联接的部分BC图1柔性转子前三阶振型曲线图2转子响应与转速的关系12其他需要参考的因素转子的动力学行为遵循基本的规律但轴系中转子间的相互约束难免会影响到各自的特性因此在做分析时必须予以考虑1振动也是能量传递的过程。在轴系中质量大的转子对质量小的转子影响较大相邻转子都出现工频振动偏大的情况应优先怀疑质量大的转子2转子外伸端不平衡会引起振型的畸变,通常会使转子存在较大幅度的对称分量容易与三阶不平衡分布混淆Z31。3相邻转子外伸端联接的部分可视为一个转子分析,其刚性很大,根据计算,其临界转速绝大多数情况下不会超过工作转速。谐分量法和影响系数法是两个主流的动平衡计算方法很多其他的方法也是在这两者的基础上发展起来的谐分量法建立在转子动力学理论的基础上对于解决单转子跨内不平衡有着很大的优势。影响系数法建立在纯粹数学理论的基础上,并不涉及力学本质,因此会出现病态方程,比较适用于单平面多测点的情况I4】以上两种方法是ISO标准中并列的两大方法根据笔者的研究其在实践中又有着灵活的运用谐分量法的目标是在理论上完全消除不平衡但实际上这不可能也没有必要如果将同相和反相分量单独计算再整体优化并保留一定的残余振动就可以用最少的平衡重量达到较好的效果。多平面同时加重的成功率并不高这种情况往往不能给后续计算带来任何信息但可以将所有加重作为整体考虑将多测点多平面平衡问题变为多测点单平面的问题处理这样可以利用影响系数法计算出较优的方案虽然理论上这样的方案不是最优的但是可以达到减少启动次数的情况下使振动都降低到合理范围的效果。当轴系中有连续三个以上的测点出现振动偏大的情况时,动平衡的难度就会比较大。如果不能准确地判断出不平衡的位置就会出现平衡了某个转子而相邻转子振动却增加的情况通过以上的分析振型分解应是第一步的工作。为了能更全面地掌握轴系的特性应在整个升速或降速过程中对任意相邻的测点进行振型分解即把任意相邻支承间的部分看作是一个转子然后再按照本文第2节中的原则选取相应的方法进行计算。以下是含有三支承结构的汽轮发电机组轴系动平衡分析处理过程机组轴系结构简图如图6所示首次升速过程03000RMIN相邻测点工频数据进行谐分量分解圣言芘论埙L71DONGFANGTURBINE00后在极坐标图中的变化规律如图3图5所示。图中定转速下残余振动并不大,不是主要成分。反相实曲线代表两测点同相分量,虚曲线代表反相分分量在升速过程中持续增大,说明存在二阶不平量,极坐标最大量程为125TXM。衡。31不平衡位置分析图3反映的是2和3轴承间的低压转子的振型变化情况该转子在升速过程中只通过一阶临界转速从图中可以看出同相分量在通过一阶临界转速后并未迅速收敛工作转速下仍然残余较大的同相分量因此这一分量来自外伸端的可能性较大结合额定转速下发电机转子振动较大的情况见表1,低发联轴器可能存在不平衡。反相分量在临界转速后持续增大说明该转子存在二阶不平衡图32X与3X同相和反相变化规律图4反映了3和4轴承间低压和发电机转子联接部分的振型变化情况该部分不平衡主要体现在同相分量上。从图中可以看出该部分的确存在一定的不平衡量。而反相分量虽然也很大但其幅值和相位都在持续变化因此联轴器径向不对中的可能较小这一分量可能来自两个转子的振动传递图5反映的是4和5轴承间发电机转子的振型变化情况。该转子的一阶临界转速非常明显且临界转速下的振动超过130TXM说明存在明显的一阶不平衡,但临界转速后该振型迅速收敛额图43X与4X同相和反相变化规律图54X与5X同相和反相变化规律图6某机组轴系结构简图3_2现场动平衡计算机组共启动四次。各测点在额定转速下的工7L言芘恰按一DONGFANGTURBINE频振动数据如表1所示。表2是将表1中相邻测点进行谐分量分解后的数据表中IP代表同相CP代表反相。每两次启动之间均增加或调整了平衡重量具体情况如表3所示表1历次额定转速下的工频振动数据1AM。表2历次额定转速下相邻测点谐分量数据UM。表3历次加重情况G。根据31节中的分析低压转子存在二阶形式的不平衡,低发联轴器可能存在不平衡,发电机转子存在一阶和二阶形式的不平衡。因低发联轴器没有设计加重位置所以此处的平衡只能通过两侧的转子来间接实现发电机转子较低压转子重约10T,因此,首先平衡发电机转子,以减少其相互影响给计算引入的误差。因为发电机转子一阶不平衡在额定转速下并未引起大的振动,因此首次平衡仅对发电机转子进行反相加重首次加重成功将发电机转子反相分量由751LM降低到27,M见表2,工频振动也大幅下降见表1。此时除3轴振为L43M外,其他测点均在合格范围。因此选择继续在低压转子两侧末级叶轮反相加重以解决可能存在的联轴器不平衡,同时采用了同相加重见表3。从第三次启动的数据看该转子的反相分量已经由75148变为41L282见表2,说明反相加重过大。如果仅考虑低压转子则仅减轻反相重量即可,但此次加重还引起1轴振由401LM增大到106M说明已经对高中压转子产生了较大的影响这也符合三支承结构的特点。对于这种结构的轴系仅获得转子单一振型的影响系数无法估计其对相邻转子的影响在这里灵活的运用了影响系数法即将此次加重的单侧数据低压反向末级叶轮加重代入计算利用最小二乘法得到一个优化方案,另一侧的加重则根据此方案按比例调整根据计算将两侧的重量同时减少了50角度不变见表3。此次调整最终使机组各个测点振动幅值均达到了优秀水平见表1。在上文实际的现场轴系动平衡中将所有相邻测点数据在整个升速范围内进行谐分量分解成功判断出轴系不平衡的情况并灵活运用谐分量法和影响系数法将轴系残余不平衡量降低到优秀水平,说明了该分析思路的可行性和正确性。参考文献【1】杨建刚旋转机械振动分析

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