hec 600mw 汽轮发电机定子模态及振动试验研究(1)

HECHEC 600MW600MW 汽轮发电机定子模态及振动汽轮发电机定子模态及振动 试验研究试验研究(1)(1) 摘要：介绍了哈电制造的 600MW 汽轮发电机定子模 态及振动性能试验研究。给出了定子的椭圆固有频率，定 子铁心、机座、轴承座的振动幅值及定子机座的隔振系数， 可供 600MW 汽轮发电机运行及大型汽轮发电机组的设计 和制造参考。 关键词：汽轮发电机椭圆固有频率振动 0 前言 随着我国电力事业的蓬勃发展，火电机组的单机容量 在不断增大，火电建设正逐步过渡到以国产 600MW机组 为主的新局面1 。本文介绍哈电制造的 HEC600MW 汽轮 发电机定子模态及振动试验情况，供 600MW 汽轮发电机 运行及大型汽轮发电机组的设计和制造参考。 汽轮发电机在运行过程中，定子将受到转子磁拉力作 用，产生两倍系统频率的强迫振动，对于系统频率为 50Hz 的发电机，这一激振力频率为 100Hz，并且沿圆周方向椭 圆分布。倘若定子椭圆模态固有频率等于或接近 100Hz， 机座就可能发生共振，从而产生很大的振动，影响机组的 正常运行，甚至发生事故。我们通过试验获得了 HEC600MW 汽轮发电机定子的试验模态参数，从而考察了 定子的动态特性，并对有限元计算方法进行修正。 机组的设计是否合理，最终要通过现场运行来评定。 现场振动测量和分析是考核其机械性能的最终标准。我们 通过型式试验，模拟了现场实际运行的各种受力工况，并 进行试验和分析，以预测电厂运行的振动情况。因为厂内 试验振动估算是偏保守的，所以型式试验足以代表电厂运 行状况。 HEC600MW 汽轮发电机定子铁心与机座之间采用立式 弹簧板来隔振，其隔振效果直接关系到机座的寿命和正常 运行。立式弹簧板结构不同于常规的卧式弹性定位筋，通 过实测确定弹簧板的隔振系数，确保机组的安全运行，同 时，为将来更大容量机组的隔振结构的设计和计算提供参 考。 1 机组主要参数 型号 QFSN-600-2YH 额定容量 66667MVA 额定功率 600MW 最大连续出力 654MW 额定功率因数 额定电压 20kV 额定电流 19245A 额定转速 3000r/min 2 研究内容 模态试验 定子模态试验在总装试验平台上进行，与机组在电厂 运行状态完全一致，试验的模态参数反映了机组实际运行 的动态特性。 铁心、机座、轴承座振动测量 机座、轴承座的振动是国标要求的，也是电厂运行监 测参数。我们严格按照国家标准及工厂标准进行机座的振 动试验和分析。 弹簧板隔振系数测量 由型式试验定子铁心和机座的振动试验确定弹簧板隔 振系数。 3 试验方法和原理 定子模态试验2 本次试验采用锤击试验方法，用力锤对定子机座进行 缴振，同时测量激振力和加速度响应，用磁带机记录力信 号和响应信号，再送入结构动态分析仪对力信号和响应信 号进行傅立叶变换，从而获得各点频响函数，对频响函数 进行曲线拟和后得到系统的模态参数。 系统运动微分方程 仅讨论粘性阻尼时，位移 X 对外力 F 的传递函数关系 为 写成矩阵形式 传递函数 Hij 表示在 j 点作用一个单位外力，在 i 点 引起的响应。由 Hij 的表达式可见，不论在机械的哪一点 测量，得到的传递函数的分母相同。因为它与激振点无关， 只与频率和阻尼比有关。分子则与模态刚度、质量、激振 点和响应点的模态值大小有关。所以，用一个传递函数就 可以求出固有频率、阻尼比；为了求振动模态，则要求出 传递函数矩阵中的一行或者一列。 由式可见，为了得到 i,j 点之间的传递函数，仅在 j 点加激振力，测量 i 点的响应，则可求出 Hij。 由振动模态的定义可知，它不是绝对量，而是仅表示 各点间的相对关系，且为无因次量。因此，通常按 a)基准点处为 1。 b)模态质量为 1。 c)振动模态向量长度为。 进行正则化，其值本身是个相对量。如果现在利用 a) 以基准点为 1 的正则化，当基准点为 l 时，对 l 测量传递 函数则可得到Hl1Hl2HllHlm 。 由式 对于基准点 l 有 lr=1,则能求得 mr。再将 mr 代入其 他的传递函数，依次求得振动模态为121m r，振动模态求出之后，按照式，各振动模态相乘便能计算 出传递函数矩阵的全部分量，即可掌握机械对象的动 态特性。 在测量某一行时，将响应点固定在 l 点上，而将激振 点从 1 移动到 m；反之，在测量某一列时，固定激振点，而 依次移动响应点，同样地也可求出振动模态。 振动测量3 用加速度、速度或位移传感器拾取所测部位的振动信 号，经过前置放大器进入磁带机或数字矢量滤波器，并用 动态信号分析仪进行频谱分析。 一般在稳态情况下振动的加速度信号可写为 式中，a 为结构振动加速度；i 为第 i 次谐波角频率；Ai 为第 i 次谐波幅值；i 第 i 次谐波相位角。 对式做两次积分，得到与位移相对应的信号，即 式中 i=i180 机组运行中，机座主要受 50Hz 工频干扰力和 100Hz 倍频干扰力作用，其他谐波振动幅值非常小，完全 可以忽略。所以，主要研究频率为 50Hz 和 100Hz 的振 动，通过频谱分析获得 50Hz 和 100Hz 加速度振动幅值， 由