火电厂风机动平衡技术应用及实例.doc

火电厂风机动平衡技术应用及实例摘要：介绍了火电厂风机动平衡的两种基础理论：振型平衡法和影响系数法，并介绍了由此衍生的谐分量影响系数法，列举实例介绍典型的风机动平衡过程，说明火电厂如何应用这些技术解决风机振动故障。关键词：动平衡理论；振动处理中图分类号：TK223.26 文献标志码：BThe Instantiality and Application of the Dynamic Balance Technology for Fans in Thermal Power PlantAbstract: The paper introduces two basic theories of dynamic balance, mode balancing method and influence coefficients method, for the fan in thermal power plant. And it also introduces the harmonic component-influence coefficient method derived from them. The typical process of dynamic balance is introduced and listed with instantiality. The paper also stated how to apply these technologies in solving vibration failures of fan in thermal power plant. Key words: theory of dynamic balance; vibration disposal0 引言目前我国火电厂发展趋向于大火电，即电厂机组数量多、容量大，各电厂由于风机振动故障导致降负荷现象时有发生1 ，由于需要等待外援技术力量解决，浪费大量时间，损失的电量达几百万千瓦时甚至上千万千瓦时。因此，火电厂特别是大火电有必要自行开展风机动平衡试验，既可以及时测量振动数据，处理风机振动故障，减少不必要的等待时间；又可以利用熟悉风机特性，积累加重经验，减少加重次数，一般加重12次，这样也就减少风机开启次数，减少了加重所需时间，最终大量减少了负荷损失。1 动平衡基础理论和方法旋转机械转子有刚性和挠性之分，简言之，即旋转机械转子转速小于转子第一临界转速的称为刚性转子，如电机转子；而转速高于第一临界转速的称为挠性转子，如汽轮发电机组转子。刚性转子和挠性转子体现在振动方面的区别在于转子的质量不平衡点同振动高点的角度差，这个角度差称为滞后角。理论上，刚性转子的振动高点同质量不平衡点相吻合，滞后角为0；挠性转子振动高点同质量不平衡点相差在90180。由于支撑刚度、阻尼等因素存在，实际情况相当复杂，如风机转子，一般为刚性转子，但其滞后角正常在30范围内。刚性转子对应的为一阶振型，一阶振型是半个正弦曲线；挠性转子根据其转速跨越了几阶固有频率而体现几阶振型，第二阶振型是一个正弦曲线，第三阶振型是一个半正弦曲线。风机转子的振动主要体现为一阶振型，部分转子存在二阶振型成分。动平衡基本理论方法有两种：振型平衡法和影响系数法。综合这两种基础方法，又衍生出了谐分量影响系数法2 。1.1 振型平衡法转子的振动曲线是由多个主振型组成，对于风机转子，振型主要为一阶和二阶，振型平衡法就是对这两阶振型逐一平衡。假设风机转子有两个轴向平面用来加重，这两平面的轴向坐标为s1、s2，需要平衡掉这个转子的前两阶振型，这两振型在轴向位置s1、s2的振幅分别为1（s1）、1（s2）；2（s1）、2（s2）。P1、P2为在两个加重平面上施加的加重量。将转子上存在的原始不平衡量按振型分解，其一阶成分为c1、二阶成分为c2，对应的模态质量为N1、N2。根据振动模态理论，可以得到： 由方程组（1）便可计算得出所需加重量P1、P2。为使添加的质量产生的振型曲线能够抵消原有振型曲线，加重位置的选择就显得十分重要，而现场动平衡，加重位置往往受到限制，很少采用该方法。1.2 影响系数法影响系数法仅从数学角度考虑，不涉及转子振动模态等力学内容。该方法通过试加加重量，该加重量将产生一个响应，调整加重量，使其响应抵消测点的原始振动量。该方法操作简单，普遍应用于现场动平衡。设风机两个测点在某转速下的原始振动为A10和A20。ij为在j平面上加重，在测点i处得到的影响系数，它表示在转子j处的单位不平衡量造成i处振动的变化量。每个平面施加的平衡质量分别为P1、P2。根据影响系数的定义，有： 这里，唯一的难点在于影响系数ij的获得，可以参照同类型风机的影响系数，也可以通过试加重得出。设在第一个平面上试加重P10，加重后两个测点的振动幅值变为A11和A21，那么，根据影响系数定义： 同样方法可以得出影响系数12和22。获得影响系数后，由方程组（2）便可解出需加重量P1、P2。1.3 谐分量影响系数法该方法由振型平衡法衍生，并结合了影响系数法。该方法将转子看做两端对称，加重平面选取转子跨内接近轴承位置，将两端支撑点的振动值进行同向分解和反向分解，同向分量的振动认为是由第一阶不平衡量引起的，反向分量的振动认为是由第二阶不平衡量引起的，利用影响系数法，对同向分量和反向分量分别进行平衡。该方法综合了两种基本方法的优点，实用性强、平衡精确，可以有效减少动平衡次数，广泛应用于两端支撑的对称转子。实践表明，该方法同样适用于中间支撑、两端对称的转子。2 动平衡过程现场风机动平衡是依据上述动平衡理论进行的，但实际动平衡过程是一个复杂的过程，需要严谨周密的考虑，包括测量数据的甄别，加重位置的确定，试加质量和角度等。考虑周全，可以实现一次加重成功。2.1 原始振动数据采集原始振动数据必须包括风机高振幅工况下的瓦振或轴振的振幅及相位，有时为了测量数据的全面及准确，还需要现场安装振动传感器和相位传感器。在采集振动数据时，要尽量多的采集数据，有条件情况下，同时采集瓦振和轴振数据；风机每个轴承一般安装两个传感器，两个传感器的振动数据需同时采集；要保证键相信号的正常；如可以测量升降速的振动数据、动静叶开启不同角度的振动数据，也要进行测量。在采集振动数据的同时，还需记录风机的转向，各传感器安装位置，传感器对应的数据采集通道等。总之，在可能的情况下，按照数据的重要性尽量多的采集振动数据。2.2 振动数据分析由于测量线路故障、传感器损坏等原因，测量的数据中往往会存在坏值，需要通过幅值对比、间隙电压值、相位计算等方法3进行剔除。在保证测量数据的准确性后，确认大振动是由工频振动引起的，且该工频振动是由不平衡质量引起的，判断该不平衡质量是否稳定，是否随着工况改变而变化。采用一组数据进行动平衡分析，这组数据可以是两个轴承的垂直方向轴振数据，可以是水平方向的轴振数据，也可以是瓦振数据，具体采用哪组数据，需要通过数据分析确定，一般选择振动幅值大的一组，其他组数据可用于验证加重量，并预测加重效果，数据采集得越多，加重成功的把握性越大。通过该组数据分析和加重经验，初步给出平衡方案，确定试加重质量的加重平面、加重质量和角度。2.3 加重过程试加重的方式一般有3种：单平面加重、双平面同向加重和双平面反向加重。成功的试加重，风机的振幅或相位会发生明显变化，如果变化量太小，则需要调整试加重平面、质量或角度。通过试加重，得出准确的影响系数。正式加重方式同试加重方式保持一致，利用准确的影响系数，计算出实际需要的加重量进行加重，计算时需要确认试加重量是否需要割除。加重完毕，启动风机，再次尽可能多的测量振动数据，确认风机振动已符合运行规程，收集整理数据备用。3 动平衡实例3.1 一次风机2B动平衡 本厂一次风机2B为轴流式动叶可调风机，两级叶轮分别安装在风机轴承箱两侧。大修后试转，外侧水平通频振幅40m，决定对其进行处理。振动数采仪从TSI柜引振动信号采集数据，该风机转向、振动探头及键相位置见图1，采集的振动数据见表1。 取23：00的振动数据作为动平衡前风机振动状况。分析振动数据，所有测点振动以工频为主，幅值相位稳定，初步判断振动为质量不平衡引起，决定对其进行动平衡处理。因两个水平测点振动幅值明显偏大，垂直测点振动幅值较小，选取水平振动幅值作为动平衡对象。以内侧水平测点位置为基准，将两水平测点工频数据进行矢量分解：同向分量：36.8m /356反向分量：4.3m /113同向分量明显偏大，反向分量基本没有，决定两端同时加重，各试加125g/180。试加重后开机，振动幅值见表2。 试加重后振动通频幅值最高值仅26m，符合运行要求，因开机需要，不再进行调整。3.2 引风机1A动平衡引风机1A为两端支撑的离心式风机，风机转向、键相和各轴振测点布置见图2， 振动传感器呈斜向上45布置，键相垂直向下布置。该风机为节能分高低速运行，机组调停结束后启动，振动一直处于较高状态，高速运行时风机内侧水平轴振测点振动幅值达150m，瓦振达246m，严重影响机组的安全运行，决定对该引风机进行处理。通过在线振动测量系统测量高速运行时风机轴振，振动数据见表3。 观察历史数据，振动幅值随转速上升而上升，定转速下幅值相位稳定，振动成分为工频，判断该风机振动是由不平衡质量引起。引风机1A非马达侧为独立基础，基础较小，刚度小；马达侧和驱动电机共用一个基础，基础刚度高。而马达侧水平振动幅值高于非马达侧，判断不平衡质量应靠近马达侧，决定单平面试加重，加重平面为靠近马达侧的轮毂处。9：30机组减负荷至300MW，隔离引风机1A进行动平衡试加重。根据以往经验，试加重640g/285，12：20加重完毕，启动引风机1A，测量高速运行时轴振数据，见表4。 试加重后，风机经1h高速稳定运行后，振幅最大值78m，符合运行需要，因电网负荷紧张，加重量不再调整，恢复安措，机组升负荷。动平衡前后，离线数采仪跟踪测量了瓦振，具体数据见表5。 由上述数据可知，动平衡后引风机1A轴振和瓦振都有明显下降，特别是非马达端振动也大幅下降，说明不平衡量位置接近马达端的判断正确，动平衡一次性加重成功。5 结论动平衡基础理论为振型平衡法和影响系数法，结合这两种方法衍生出的谐分量影响系数法，风