谐分量法在机组动平衡中的应用

李煜涵， 曹封勇， 吴胜波， 赵继云

（贵州华电毕节热电有限公司，贵州毕节 551713）

0 引言

不平衡是引起机组振动的主要故障之一，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。

1 不平衡振动机理

通过两端刚性支承的Jeffcott为研究对象来了解不平衡引起振动的机理[2],如图1所示。

转子静态挠曲线为A1-c-A2。如果圆盘质心c和转轴中心o’不重合，如图2所示，质心c的加速度在坐标轴上的投影为：

式中xc—质心c的X坐标，mm；

yc—质心c的Y坐标，mm；

e—圆盘的偏心距，mm；

Ω—转子旋转角速度，rad/s。

轴心运动微分方程：

式中 ωn—轴系临界角速度，rad/s；

x，y—轴中心坐标。

该方程解即为不平衡响应：

式中 z—轴中心不平衡响应，mm。

2 谐分量法原理

如图3所示，一阶振型下，转子两端振动同相；二阶振型下，转子两端振动反相。将平衡转速下的振动按图4分解为同相和反相分量。

谐分量法的出发点是，若在转子两端施行对称加重，即可消除一阶型式的振动。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。

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入电脑，显示振动数据及各图形。

形声字是现代汉字的主体，其中形符的表义功能，有助于留学生理解汉字的含义；声符的示音功能，利于留学生了解读音。对外汉语教师运用形声字的这些优势进行教学，不仅可以减轻学生们的负担，而且能够增强他们的信心，激发他们学习汉字的热情。

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取决于轴承座静刚度、部件间的连接刚度和支撑系统是否存在共振三个方面。一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入手。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一定的质量不平衡，决定对发电机进行动平衡。

该燃机第一次启动升速到3000rpm时，#1瓦振为28μm∠344°，#2瓦振为46μm∠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320g∠120°，#2瓦处加重320g∠300°。

启动定速后，#2瓦振降低10μm，但仍较大，且#1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10μm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。

3.2 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QF-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83/80μm∠241°，4Y为84/82μm∠99°，振动稳定。停机过程中当转速达2955r/min时 ，3Y为60/59μm ∠251°，4Y为 58/51μm∠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25μm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。

表1 某燃气轮机动平衡过程数据

当降速到280r/min时，发现3Y处轴颈晃度46μm∠324°，如图7所示，4Y处晃度23μm∠210°，为使发电机转子动平衡时能一次加准，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一半[1]，计算动平衡的原始振动3Y应为75μm∠211°，4Y为75μm∠91°，谐分量分解后同相分量为37μm∠150/150°，反相分量为65μm∠240/60°。

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、#4瓦端分别加重200g∠300°、200g∠120°。启动带10MW负荷时3Y振动42/29μm∠156°，4Y为42/39μm∠245°，当带44MW负荷时3Y、4Y振动40μm左右，其他瓦中轴振最大的4X为55μm，振动达厂家要求，该发电机动平衡通过谐分量法一次加准即将振动降到较小幅值。

3.2.2 例2

南京某厂#1号汽轮发电机组型号与3.2.1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，该振动性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端加300g∠95°，#4端加300g∠275°，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小和加重方向，在#3瓦侧加200g∠0°，#4瓦侧加200g∠180°。定速后该发电机两端轴振在45μm左右，振动达优良水平，至此动平衡工作结束。

表2 某厂＃1发电机动平衡过程数据

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性。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一个比较深入的认识。

：

[1]陆颂元.汽轮发电机组振动[M].北京：中国电力出版社，2000.

[2]范雷雷.转子系统不平衡相应传递规律研究[D].南京：东南大学，2005.