大型高速动平衡机组的设计要点及（DCS）控制

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Design of Large High-speed Dynamic BalancingMachine and Its Distributed Control SystemsBU Xiao-xiang(Nanjing Turbine&Electric Machinery(group)Co.，Ltd.Nanjing 210037，China)Abstract：This paper introduces the design and structure of high-speed dynamic balancing machine.The relations between diferentmodules and the application of distributed control systems(DCS)in the machine are also demonstrated.It is indicates that the safeoperation of the high-speed rotating rigid body could is ensured after the dynamic balancing test only when the imbalance componentiS eliminated。

Abstract：dynamic balancing machine；design point；DCS control高速动平衡机组是检测汽轮机/发动机核心部件--转子动态平衡的重要设备。它的高效率和高品质的工作是确保汽轮 发电机整机高品质的关键。为此，公司研制了 100 t大型动平衡机组设备，可为大型汽轮机/发电机组的研发和生产提供关键检测设备。

1 高速动平衡机组结构与工作原理1-1 基本要求汽轮机/发电机核心部件--转子是-高速旋转的刚体，由于其内部材料的不均匀性和制造加工的原因，可能造成在某些相位产生不同矢量的不平衡量。这个不平衡量会使高速旋转刚体的转动惯量发生变化 ，当这个不平衡量超过-定数值后，就会产生振动和噪声，严重时会造成飞车或更大事故。因此转子刚体在正常投运前要进行运行状态不同速度段的动态平衡检测，找出不平衡量的相位和数值 ，以除去不平衡量或加配重来减小转子刚体的动态不平衡，达到产品规定的允许值要求。

对真空实际上是不存在的。该平衡机组要求在绝对压力133.3 Pa状态下运行。

表 1 基本设计参数1.2实篓要 . 3设备构成 高速旋转的转子必须在密封的相对真空的空间内运蔷 萼 薯 李 3.1高速动平衡机 热能，消除了鼓风效应，减小了驱动阻力，也就消除了大量 同 尬 l I天J rI的热能对舱体内强电和弱电器材的侵害，第二则是从安全 高速动平衡机是真空舱内支承转子进行动平衡试验的角度考虑。完全没有气体的空间状态称为绝对真空，绝 和超速试验的关键设备，主要由摆架和动平衡测量系统作者简介：h小祥(1955-)，男，江苏丹徒人，工程师，本科，主要研究方向为设备制造工艺。

Machine Building Automation， 2013，42(4)：7981 ·79·· 机械制造 · 小祥 ·大型高速动平衡机组的设计要点及(DCS)控制(包括电测箱和计算机辅助测量分析系统)组成。摆架的轴承座座孔内配置滑动轴承，并设有润滑油路和顶轴油路，通过两侧的弹性支承杆装置支承在机座上，弹性支承杆装置每侧另有两根变截面弹性支承杆，各成 45。方向。

- 方面使动平衡机径向支承刚度各向同性，另-方面当试验转子放在轴承座上时，轴承座可以 自动找正，使两轴承中心线与转子轴线-致。当附加刚度部件油缸通人高压油时，可使高速动平衡机的支承刚度提高 50%-70%，起到旁移临界转速和安全保护作用。

轴承座振动信号靠机械放大机构和传感器输出，用于平衡机测量和振动报警。电测箱的主要功能是在显示器上以数字和矢量方式显示不平衡量和相位；可存储 100种转子参数，有 Rotor-specific calibration软件支持，它是专为非线性振动系统开发的，能使高速挠性转子平衡操作同线性系统-样方便。在转子刚体升速过程中测量读数可显示可存储，存储的振动速度可转化为位移值，存储的测量数据可显示并打印成奈奎斯特图。

计算机辅助测量分析系统的所有通道均采用瓦特表原理滤波，跟踪式带通滤波器，可进行 1倍频和 2倍频成分测量 ，可接入位移(电涡流)、速度(磁电)、加速度传感器 ，数据可由RS-232C接口输出打印，通道数可扩展。

3.2 驱动系统平衡机的驱动系统主要由交流异步电动机、中间轴装置、万向联轴器、变刚度油站等组成驱动系统，其结构如图图 1所示。

简体图 1 驱动系统示意图交流异步电动机具有在 0-3 000 r/min转速范围内恒转矩(额定转矩 10 500 Nm)和在 3 000～3 600 r/min转速范围内恒功率(额定功率 3 300 kW)的工作特性。

主要技术规格如下额定功率额定电压额定转速最大转速3 300 kW6 000 V3oo0 r/min3 600 r/min中间轴装置将交流异步电动机的功率传递给真空舱内的试验转子 ，并起到对试验转子盘车，承受试验转子轴向推力 ，调节补偿试验转子轴向安装距离偏差。盘车装置采用两个对称布置的直流电动机驱动，能连续盘车和在真空舱内点动操作 ；可承受：最大额定传递转矩 12 000 Nm最大转速 3 600 r/min载荷性质 交变载荷最大轴向推力 35 kN盘车速度 5 r/min· 80·轴向最大位移量 40 mm万向联轴器用于中间轴装置与试验转子之间的连接，达到方便安装、传递扭矩和防止驱动系统振动传递给试验转子的目的。万向联轴器与中间轴装置主轴连接的连接机构上配备了过载装置，可根据被试转子的大小不同和所需扭矩不同，配装相应额定扭矩的万向联轴器(表 2)，这样即能保护驱动电动机不超载，又能保证被试转子在额定扭矩范围内运行。

表 2 过载装置参数项目名称 M1 M2 M3公称扭矩/Nm瞬间允许超载/%最大转速/(r/min)允许最大轴向载荷/N长度/mm12Ooo 6000 3 0002O 2O 2O3 600 3 600 3 60o根据试验转子的要求确定<1 00H0 <1 Ooo <1 0003.3 真空舱钢结构系统真空舱是被试转子高速运转 的场所 ，主要 由筒体 (壁厚 20 mm、内径D6 500 mm、净长 16 m)、大门、后墙板钢结构和2 m厚钢筋混凝土组成。大门采用地面移动装置移动，移动速度 0-3 m/min(无级调速)。真空舱的设计要点是密封性和牢固性，真空舱简体结构大门设有特制的静密封圈和大门压紧装置，再加上真空舱在工作状态时的负压，密封性可得到保证。

3.4 辅机系统辅机系统主要由抽真空机组和润滑系统构成，主抽真空机组要确保在短时间内使真空舱达到规定的真空度，以降低被试转子驱动功率。采用两级罗茨真空泵和-级滑阀真空泵以及中间冷却器、油气分离器等组成，抽气速率 2 500/s，当漏气量不超过 1 250 mmHgL/s时，约能在 26 min内将真空舱内抽到 133 Pa绝对压力。润滑系统包括大气油站和真空油站，分别给交流异步电动机和摆架提供冷却和润滑，顶轴油则是在驱动电动机启动时给被试转子提供-个径向推力，减小摩擦力，以利于驱动电动机启动。

3.5 测量控制系统本套设备测量控制系统主要由驱动操作控制系统和辅机测量监控系统组成；驱动操作控制系统用于对交流异步电动机的监控，具有扭矩给定和预癣旋转方向预癣转速给定和预癣停机制动等功能。

驱动系统的交流异步电动机只有同时满足下列条件时才能正常启动：1)3 300 kW变频电源运行正常；2)工艺辅机系统运行正常(系指润滑油进油压力、顶轴油进油压力、冷却水进水压力、润滑油油温、真空舱内绝对压力达到设定值等)；3)应急备用电源处于备用状态(柴油发电机处于备发状态，断电 10 S内即能启动)；4)紧急停机按钮处于非停机状态。

htp：fZZHD.chinajourna1.net.cn E-mail：ZZHD###chainajouma1.net.ca《机械制造与自动化》· 机械制造 · 小祥 ·大型高速动平衡机纽的设计要点及(DCS)控制驱动操作控制系统设置下列信号报警 和联锁停机 机组的正常运行的目的。

(指停驱动系统的交流异步电动机)：1)变频电源、交流异步电动机电流高、冷却水回水温度高、交流异步电动机定子温度高等信号报警并延时停机；2)摆架轴承轴瓦温度高、被试转子转速和摆架振动值超过给定值 、润滑油进油压力低、真空泵泵体温度高、真空舱内温度高(要求<95℃)等信号报警并延时停机。

辅机测量监控系统是对工艺辅助设备的监控，采用集散式(DCS)方式与驱动操作控制系统组成-个全面的监控平台。由-个 DCS机柜和若干个操作站组成，各操作站分别对润滑油系统、抽真空系统 、冷却水系统、摆架和试验转子本体、柴油发电机组相关参数测量监测；采用FOX-BOROI (小型 DCS)控制器作为各子系统在控制室的控制核心单元，上位计算机作为管理核心，在组态平台上实现对系统的组态、参数设定、实时动态监控、故障信号报警等各子系统与现场总线相联络，组成开放式总线系统，实现辅机测量监控系统中各子系统与驱动操作控制系统之间的数据高速通讯，达到辅机测量监控系统乃至整套动平衡4 结语该机组用于生产后，可对不同种类 (汽轮机/发电机)转子(高压、中压、低压)以及不同规格的转子进行动平衡试验，为 300 MW 以上汽轮发电机组的研发提供了设备保障。