谐分量法在机组动平衡中的应用

本资料包含pdf文件1个，下载需要1积分

不平衡是引起机组振动的主要故障之-，现场动平衡是消除其振动的主要手段[1]，主要方法包括影响系数法和模态平衡法，谐分量法在模态平衡法中以简单实用著称。影响系数法在刚性转子动平衡中相对在柔性转子中应用更为准确，当利用影响系数法进行柔性转子动平衡时，遇到了很多问题，此方法本身并没有给平衡技术增加新的内容，在某些柔性转子的现场动平衡中谐分量法相对更为经济有效。

图1 两端剐性支承的Jefcot 图2 Jefco转子模型中圆盘转子模型示意图 在坐标上的投影上的投影为：1 不平衡振动机理 f ： - Q2c。 Q通过两端刚性支承的Jefcot为研究对象来了解不 lLY-eQ sing-It平衡引起振动的机理[21，如图l所示。 式中 。-质心c的x坐标，mm；转子静态挠曲线为A -c-A：。如果圆盘质心c和转 -质心c的Y坐标，mm；轴中心o不重合，如图2所示，质心c的加速度在坐标轴 e-圆盘的偏心距，mm；作者简介： 李煜涵(1970-)，男，贵州毕节人，硕士研究生，高级工程师，从事电厂生产管理工作。

轴心运动微分方程：fjc(I)： e Q 2cosQt (1) ye Q sinnt式中 oJ -轴系临界角速度，rad/s；，Y-轴中心坐标。

该方程解即为不平衡响应：- ! ：-1-(1)/w )式中 z-轴中心不平衡响应，mm。

(2)(3)2 谐分量法原理如图3所示，-阶振型下，转子两端振动同相；二阶振型下，转子两端振动反相～平衡转速下的振动按图4分解为同相和反相分量。

a) b) A图3 Jefcot转子振型 图4 平衡转速下振动的分解a)-阶振型 b)二阶振型谐分量法的出发点是，若在转子两端施行对称加重，即可消除-阶型式的振动。若施加反对称配重，则可消除二阶振动。

实际应用谐分量法进行动平衡时，在平衡转速下将原始振动分解为同相分量和反相分量；在选定的两平衡面上同时试加重；测量加重后的振动并将其分解为同相和反相分量；计算对称和反对称加重的影响系数；最后利用该影响系数计算应加重。

3 工程案例3.1 某燃气轮机动平衡某电厂的燃气轮机由西门子公司制造，轴系由透平、压气机、发电机转子及4个径向支撑轴承组成，轴系如图5所示。

. . ，， l～ ～～.、 / r- -- - I透平 I 压气机 发电机#4 - - 、、#3 2 。。- - #1。 、 、 l图5 燃机轴系图现场在发电机两端#1、#2瓦水平、垂直方向安装速度传感器，将速度传感器接入ZXP-F8振动数据采集仪，再通过网线将采集仪接人电脑，显示振动数据及各图形。

分析所采集的振动数据，发电机两端瓦振水平方向相对垂直方向较大，且绝大部分为工频分量 ，振动稳定，按照故障的性质来分该类型振动属于稳定的普通强迫振动。寻找引起发电机两端瓦振较大的故障原因时，首先应从转子激振力和发电机两端支撑动刚度两大方面着手。轴承座支撑动刚度的大小撒于轴承座静刚度、部件问的连接刚度和支撑系统是否存在共振三个方面。-般情况下由于实际中改变轴承座本身静刚度或部件自振频率工作量较大，所以不论是由轴承座静刚度不足，还是由支撑系统存在共振引起的振动，首先应从降低激振力人手。这里如果再能排除连接刚度的故障，即可排除支撑故障引起的振动。现场手持便捷式速度传感器测量发电机两端轴承座连接部件间的差别振动，结果差别振动很小，都在合格范围内，因此可判断该机振动是由激振力较大引起的。又由于振动绝大部分为工频分量且稳定，则可判断该发电机转子存在-定的质量不平衡，决定对发电机进行动平衡。

该燃机第-次启动升速到3000rpm时，#l瓦振为281xm 344。，#2瓦振为461xm 137。，将两端瓦振按谐分量进行分解 ，反相分量占绝大部分，同相分量很小，于是决定在发电机两端进行反对称加重 ，#1瓦处加重320gL 120。，#2瓦处加重320gL 300。。

启动定速后 ，#2瓦振降低lOp，m，但仍较大，且#l瓦振较加重前有所增大，故对配重进行了调整，拆除上次加重 ，在#1瓦处加重200g 135。，#2瓦处加重200g/315。。此次启动后两瓦振较原始振动振幅未变化，相位有所变化，效果不理想 ，于是取下之前加重，综合前两次加重数据，最后决定在#1瓦加重370g 77。，#2瓦加重370g 257。，此次加重后#1、#2瓦振皆为lOlm左右，达到厂家要求，至此燃机动平衡工作结束。历次加重及#1、#2瓦振动见表1。

32 某发电机动平衡3.2.1 例 1某厂#2号汽轮机由长江动力集团武汉汽轮发电机厂生产 ，型号为CC60-8.83/4.3/1.5，发电机型号为0F-60-2，该机轴系由汽轮机转子、发电机转子以及4个径向轴承组成，轴系如图6所示。

该机带55MW负荷时，3Y振动为83/80txm 241。，4Y为84/821.zm/99。，振动稳定。停机过程中当转速达26 IN总。第.1/2 0期13第 卷表1 某燃气轮机动平衡过程数据项 目 #IX #2X28 344原始振动 同相分量反相分量32 259试加重 同相分量反相分量28 302第-次调整 同相分量反相分量第二次调整 9注：表中幅值单位 m，相位单位。

2955r/min时 ，3Y 为60/591xm 251。。4Y为 58/51txm 127。，且振动 以稳定的基频分量为主。各瓦振很小，可以排除因支撑系统动刚度不足引起的机组振动；空转 时稳定 的基频振动在排除支撑刚度不足故障后认为是由发 电机转子的本身不平衡引起的，另外考虑到该机带负荷相对空转时振动增大251xm左右，因此在动平衡过程中应同时考虑空转和带负荷时的振动情况。

图6 轴系图当降速lJ280r/rain时，发现3Y处轴颈晃度46 m324。，如图7所示，4Y处晃度231xm 210。，为使发电机转子动平衡时能-次加准，轴振应扣除原始晃度并同时兼顾带负荷时的振动，即将空转下振动扣除原始晃度后 ，再加上带负荷时相对空转时的振动热变量的-半l，计算动平衡的原始振动3Y应为75zm 21 1。，4Y为751m 91。，谐分量分解后同相分量为371xmL 150/150。，反相分量为65m/240/60。。

转速/rpm图7 3Y降速波德曲线根据该机转子结构、振动特性，首次在发电机两端反对称加重 ，在#3、#4K端分别加重200gL300，200g120。。启动带IOMW负荷时3Y振动42/29txm L 156。，4Y为42/391xmL245。，当带44MW负荷时3Y、4Y振动4O m左右，其他瓦中轴振最大的4x为55 m，振动达厂家要求，该发电机动平衡通过谐分量法-次加准即将振动降到较小幅值。

3.2.2 例 2南京某厂样1号汽轮发电机组型号与3.21中的机组相同。该发电机原始振动较大，绝大部分为基频分量，且振动很稳定，该振动l生质为稳定的普通强迫振动。由于瓦振很小，轴承座连接部件间的差别振动都在合理范围内，排除轴承座支撑动刚度不足的故障，则该机振动大是由于转子激振力较大导致的。由于占振动绝大部件的工频分量很稳定，判断发电机存在不平衡，决定对其进行动平衡。

由于发电机两端反相振动分量占主要部分，故首先应平衡掉反相分量，在发电机两端实施反对称加重，#3 300gL95。，#4 300gL275。，平衡过程见表2。

试加重后 的效果较为明显，幅值和相位都有变化，因此利用此次加重数据计算得到的影 响系数应较为准确，由于试加重后4Y方 向振动还是比较大，且发电机两端轴振表2 某厂 拌1发电机动平衡过程数据项 目 #3Y #4Y原始振动第-次加重第二次加重8U 53 130 183同相分量 5O 145/145反相分量 96 21/20122 293 105 150同相分量 44 158/158反相分量 62 323/14343 146 46 150注：幅值单位 m，相位单位。

仍以反相分量为主，于是保留上次加重，然后按照上述影响系数计算所需配重大型加重方向，在#3瓦侧加200gL0。，#4瓦 I200g 180。。定速后该发电机两端轴振在45 m左右，振动达优良水平，至此动平衡工作结束。

4 结语经过上述三个工程案例，验证了谐分量法在解决不平衡引起的振动中的有效陛。因此，谐分量法在现场动平衡中有较好的应用价值。但是，由于谐分量法是建立在柔性转子动力特性分析的基础上，如果要使用得当，则需要对转子动力特性有-个比较深入的认识。