1000MW汽轮机转子的动平衡研究

２０１１年第ｌ１期（总第１６７期）　应用能源技术　３７　ＩＯ００ＭＷ汽轮机转子的动平衡研究　吴雪岩　（哈尔滨汽轮机厂有限责任公司黑龙江哈尔滨１５００４０）　摘要：１　０００　ＭＷ汽轮机组是我公司近年来的重要标志性产品之一。由于该汽轮机属公　司首台产品，而且低压转子质量大、跨距长、平衡要求精度高，所以高速动平衡试验成为一个重　点也是难点。文中就１　０００　ＭＷ汽轮机低压转子平衡数据进行分析，并研究结果及计算方法供　同行借鉴、参考。　关键词：１　０００　ＭＷ低压转子；高速动平衡；数据分析　中图分类号：ＴＫ２４３．２　文献标志码：Ｂ　文章编号：１００９—３２３０（２０１１）１１—００３７—０３　１　０００ＭＷ　Ｓｔｅａｍ　Ｔｕｒｂｉｎｅ　Ｒｏｍｒ　Ｄｙｎａｍｉｃ　Ｂａｌａｎｃｅ　Ｒｅｓｅａｒｃｈ　ＷＵ　Ｘｕｅ—ｙａｎ　（Ｈａｒｂｉｎ　ｓｔｅａｍ　ｔｕｒｂｉｎｅ　ｆａｃｔｏｒｙ　ｌｉｍｉｔｅｄ　ｌｉａｂｉｌｉｔｙ　ｃｏｍｐａｎｙ，Ｈａｒｂｉｎ　１５０（Ｏ６，Ｃｈｉｎａ）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：１　０００　ＭＷ　Ｓｔｅａｍ　Ｔｕｒｂｉｎｅ　Ｃｏｍｐａｎｙ　ｉｎ　ｒｅｃｅｎｔ　ｙｅａｒｓ　ｉｓ　ｔｈｅ　ｉｍｐｏｒｔａｎｔ　ｓｙｍｂｏｌ　ｏｆ　ｏｎｅ　ｏｆ　ｈｅ　ｔｐｒｏｄｕｃｔｓ．Ｂｅｃａｕｓｅ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｃｏｍｐａｎｙｇ　ｉｆｒｓｔ　ｐｒｏｄｕｃｔｓ　ｏｆ　ｓｔｅａｍ　ｔｕｒｂｉｎｅ，ａｎｄ　ｈｅ　ｌｔｏｗ　ｐｒｅｓｓｕｒｅ　ｒｏｔｏｒ　ｑｕａｌｉｔｙ、　ｓｐａｎ　ｌｅｎｇｔｈ、ｂａｌａｎｃｉｎｇ　ｔｈｅ　ｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓ　ｏｆ　ｈｉ　ｇｈ　ｐｒｅｃｉｓｉｏｎ，ＳＯ　ｔｈｅ　ｈｉｓｈ—ｓｐｅｅｄ　ｄｙｎａｍｉｃ　ｂａｌａｎｃｅ　ｔｅｓｔ　ｔｏ　ｂｅｃｏｍｅ　ａ　ｋｅｙ　ａｎｄ　ｄｉｆｉｃｕｌｔ　ｐｒｏｂｌｅｍ．Ｉｎ　ｔｈｉｓ　ｐａｐｅｒ．１　０００　ＭＷ　ｓｔｅａｍ　ｔｕｒｂｉｎｅ　ｌｏｗ　ｐｒｅｓｓｕｒｅ　ｒｏｔｏｒ　ｂａｌａｎｃｅ　ｄａｔａ　ａｎａｌｙｓｉｓ，ａｎｄ　ｔｈｅ　ｓｔｕｄｙ　ｒｅｓｕｌｓｔ　ａｎｄ　ｔｈｅ　ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ　ｍｅｔｈｏｄ　Ｃａｌｌ　ｂｅ　ｕｓｅｄ　ｆｏｒ　ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ、　ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ　ｒｅｓｏｕｒｃｅｓ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：Ｍｉｌｌｉｏｎ　ｋｉｌｏｗａｔｔ　ｌｏｗ　ｐｒｅｓｓｕｒｅ　ｒｏｔｏｒ；Ｈｉｇｈ　ｓｐｅｅｄ　ｄｙｎａｍｉｃ　ｂａｌａｎｃｅ；Ｄａｔａ　ａｎａｌｙｓｉｓ　０　引言　高速旋转机械的转子不平衡受许多因素影　响，也就是说引起振动的原因很多，特别是大型的　汽轮机转子高速动平衡是一个复杂的过程，必须　查出真正的振动原因才可能找到解决方法。本文　平衡试验台上进行，运用高速试验台自带的速度　传感器测量瓦振，本特利公司生产的２０８振动测　量系统测试轴振。升速至５００　ｒｐｍ时根据频谱数　据可看出，振动主要来自ｌ倍频，根据许多试验研　究证明，激振力主要来自两支承轴承之间，原始不　是以单根转子为例，通过数据分析找到引起振动　原因，并根据计算消除振动，以求在最短的时间　内，用最少的起机次数完成高速动平衡，节约人力　物力，降低成本。但受篇幅所限，本文对每次起机　过程仅作简单介绍。　平衡量过大。对柔性转子而言，强迫振动的挠曲　线与转子的一阶振型接近时，不平衡质量的存在　和增加对提高系统的稳定性无益。转子的一阶动　平衡做的较好的，残余的不平衡质量分布对二阶　或二阶以上的振动作用才比较明显。对轴承系统　１　消除刚性不平衡量　该试验为低压转子的单转子试验，在高速动　收稿日期：２０１ｌ—ｏ９—１５　修订日期：２０１１—１Ｏ一２１　的稳定性提高起有益作用。所以首先在主跨内加　重，做好一阶动平衡。该转子电、调端加重面共加　重５７７　ｇ，电端残余不平衡量为１００　ｇ，调端残余不　平衡量为２２０　ｇ。　作者简介：吴雪岩，男，２００４年毕业于黑龙江科技学院电子　信息工程专业。２００５年４月至今在哈尔滨汽轮　机厂有限责任公司生产处动平衡中心工作。　３８　应用能源技术　２０１１年第１１期（总第１６７期）　电端（１）ｎａｉｌ　转速ｒｐｍ　通频０．５ｘ　ｌｘ　２ｘ　３ｘ　通频０．５ｘ　调端（１ｉ）ｎａｉｌ　ｌｘ　２ｘ　３ｘ　由振型数据可以看到，０～３　０００　ｒｐｍ振动主　要来自１倍频，低频分量很小，可以排除支承刚度　不够、油膜振荡等因素，２、３倍频分量也不大，不　存在转子弯曲和联结部分对中性不好等因素，确　为实现这一目的，转子上需加较正量ｗ。此　时有：　Ｂ—Ａ　０一Ａ、　Ｂ—Ａ　—＿　—＝＿议：—＿　０ｃ　Ｐ　Ｗ　Ｐ　定激振力主要来自转子。本文计算方法采用影响　系数法，所谓影响系数法，就是把矢量法从单平　面、单测点扩展到多平面、多测点。即用矢量Ａ　表示转子在某转速下转子上某测点上的原始振　动，矢量　为转子加重Ｐ后在同一转速、同一测　点上的振动。显然矢量ＡＢ为转子上加试重Ｐ的　（即　称为影响系数）　则有：　：　＝．［　］一　｝　（１）　如果把矢量法从单平面、单测点扩展到多平　面、多测点，则式（１）为：　作用。如果能把矢量ＡＢ的方向如图（２）方向旋　转０，再将其标量放大到与　标量相等，则矢量　就等于零，即转子上该点的振动被消除了。　｛　｝一一［　］　｝　（２）　式中：｛　｝＝＝（　，　，……，　）　（　＝１，　……，Ⅳ）——校正重量向量列阵　｛Ａｉ｝＝＝（Ａ　，Ａ２，……，Ａｉ）　（　＝ｌ，……，　Ⅳ１　Ａ　一［　］～——影响系数逆矩阵　图２矢量平衡三角形　解式（２）线性方程组即可得出平衡该转子所　需校正量。　２０１１年第１１期（总第１６７期）　应用能源技术　３９　（１）当Ｍ＝Ｎ时，方程有唯一解：　同类转子影响系数）组成一个近似的影响系数　｛　｝＝＿［Ｏｔ　］　｝　，假设实际的影响系数为　：。　（２）当Ｍ＞Ｎ时，此时方程（２）不能满足，需　对于某次起机有：｛Ａ｝＋［ＯＬＯｔ　］｛ＩＶ｝＝｛　｝　用最小二乘法来处理，假设各测点所出现的残余　（５）　振动为置，于是方程（２）变成：　我们最终的目的是使：　｛Ａ，｝＋［Ｏ／　］｛　｝＝｛置｝　（３）　当有Ｋ次起机，　个测点，Ⅳ个校正面时，得到一　（目标函数）∑（［Ｉ　Ｉ　　］　一［　］　）　一ｒａｉｎ　个线性复系数方程组：　（６）　１　Ⅳ　（数学模型）：　式中［　］＝亩∑　１Ⅳ　１　＝　ｌ＋　＋……　Ⅳ　——　Ｏｔ２Ｎ　为防止大数吃掉小数，计算结果严重失真等　＋　×　●　：　现象，　选择非常重要（即某一给定值口＜ｏ／　＜某　一——　效果也不会收敛，　仪ＭＮ　Ｘ　给定值６），若偏离实际太多，会出现反复循环的结果。　（４）　根据上述方法计算，最终加重值为：电端　式中：｛　｝——响应矩阵列阵（即残余矩阵列阵）　２９０　ｇ，调端５７０　ｇ，中间加重面４３０　ｇ，电端联轴器　从方程（４）中可求出［　］。　１０６　ｇ，调端联轴器１０４　ｇ。　如果用Ｏｌ　（表示本台影响系数）和ＯＬ　（表示　平衡精度高于合同要求标准，结果为：　表１　最终（合格）振动数据　至此，平衡结束。　临界转速附近振动响应不大，在工作转速下可产　３　结论　生较大响应，主跨转子的两个轴承振动效应应该　此类型转子在支承刚度很好，联结中心度良　是同相。　好及不存在轴弯曲的情况下，振动激振力基本来　２．在转子主跨内中间加重面加重，在一阶临　自转子本身。此时在作好一阶动平衡的基础上，　界转速附近效果良好，但在工作转速或二阶临界　可进行高速动平衡，但加重面的选取尤为关键，另　转速附近振动响应不大。　外振动相位也是选取加重面的一个重要依据。以　３．在主跨内两末级叶轮加重面加重（电、调　下为根据该转子振动情况加重面选择与相位之间　端），当轴承自振频率高于转子工作频率时，加一　关系总结：　阶平衡重量，在转子一阶临界转速和工作转速下，　１．在外伸端加重（电、调端联轴器），在一阶　支承转子的两个轴承振动效应是同相。