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北极星电力网技术频道 作者:3 2007/12/24 10:54:05
摘要：介绍了哈电制造的600MW汽轮发电机定子模态及振动性能试验研究。给出了定子的椭圆固有频率，定子铁心、机座、轴承座的振动幅值及定子机座的隔振系数，可供600MW汽轮发电机运行及大型汽轮发电机组的设计和制造参考。要害词：汽轮发电机椭圆固有频率振动0 前言 随着我国电力事业的蓬勃发展，火电机组的单机容量在不断增大，火电建设正逐步过渡到以国产600MW机组为主的新局面［1］。本文介绍哈电制造的HEC600MW汽轮发电机定子模态及振动试验情况，供600MW汽轮发电机运行及大型汽轮发电机组的设计和制造参考。 汽轮发电机在运行过程中，定子将受到转子磁拉力作用，产生两倍系统频率的强迫振动，对于系统频率为50Hz的发电机，这一激振力频率为100Hz，并且沿圆周方向椭圆分布。倘若定子椭圆模态固有频率等于或接近100Hz，机座就可能发生共振，从而产生很大的振动，计算方法进行修正。 机组的设计是否合理，最终要通过现场运行来评定。现场振动测量和内容2.1 模态试验 定子模态试验在总装试验平台上进行，与机组在电厂运行状态完全一致，试验的模态参数反映了机组实际运行的动态特性。2.2 铁心、机座、轴承座振动测量 机座、轴承座的振动是国标要求的，也是电厂运行监测参数。我们严格按照国家标准及工厂标准进行机座的振动试验和分析。2.3 弹簧板隔振系数测量 由型式试验定子铁心和机座的振动试验确定弹簧板隔振系数。3 试验方法和原理3.1 定子模态试验［2］ 本次试验采用锤击试验方法，用力锤对定子机座进行缴振，同时测量激振力和加速度响应，用磁带机记录力信号和响应信号，再送入结构动态分析仪对力信号和响应信号进行傅立叶变换，从而获得各点频响函数，对频响函数进行曲线拟和后得到系统的模态参数。 系统运动微分方程 (1) 仅讨论粘性阻尼时，位移X(f)对外力F(f)的传递函数关系为 (2) 写成矩阵形式 (3) (4) 传递函数Hij表示在j点作用一个单位外力，在i点引起的响应。由Hij的表达式可见，不论在机械的哪一点测量，得到的传递函数的分母相同。因为它与激振点无关，只与频率和阻尼比有关。分子则与模态刚度、质量、激振点和响应点的模态值大小有关。所以，用一个传递函数就可以求出固有频率、阻尼比；为了求振动模态，则要求出传递函数矩阵中的一行或者一列。 由式(4)可见，为了得到i,j点之间的传递函数，仅在j点加激振力(单点激振)，测量i点的响应，则可求出Hij。 由振动模态的定义可知，它不是绝对量(指有单位)，而是仅表示各点间的相对关系，且为无因次量。因此，通常按 a)基准点处(传递函数矩阵中的某一对角分量)为1。 b)模态质量为1。 c)振动模态向量长度为。 进行正则化，其值本身是个相对量。假如现在利用a)以基准点为1的正则化，当基准点为l时，对l测量传递函数则可得到｛Hl1Hl2…Hll…Hlm｝。 由式(4) 对于基准点l有φlr=1,则能求得mr。再将mr代入其他的传递函数，依次求得振动模态为｛φ1φ2…1…φm｝r，振动模态求出之后，按照式(3)，各振动模态相乘便能计算出传递函数矩阵的全部分量，即可把握机械对象的动态特性。 在测量某一行时，将响应点固定在l点上，而将激振点从1移动到m；反之，在测量某一列时，固定激振点，而依次移动响应点，同样地也可求出振动模态。3.2 振动测量［3］ 用加速度、速度或位移传感器拾取所测部位的振动信号，经过前置放大器进入磁带机或数字矢量滤波器，并用动态信号分析仪进行频谱分析。 一般在稳态情况下振动的加速度信号可写为 (5)式中，a(t)为结构振动加速度；ωi为第i次谐波角频率；Ai为第i次谐波幅值；αi第i次谐波相位角。 对式(5)做两次积分，得到与位移相对应的信号，即 (6) 式中βi=αi 180° 机组运行中，机座主要受50Hz工频干扰力和100Hz倍频干扰力作用，其他谐波振动幅值非常小，完全可以忽略。所以，主要研究频率为50Hz和100Hz的振动，通过频谱分析获得50Hz和100Hz加速度振动幅值，由式(6)得到相应频率下的位移幅值。或者将所采集的加速度信号直接进行数值积分得到振动位移；积分也可以用带有两次积分的电荷放大器来完成。3.3 弹簧板隔振系数 弹簧板是连接铁心与机座的弹性元件，其作用是减振，削弱铁心对机座的振动。因为铁心主要受100Hz电磁力振动，所以弹簧板主要隔离铁心的100Hz振动，其隔振效果由隔振系数K来确定。 4 测点布置 模态试验采用锤击试验单点激振法，在定子机座轴向中部沿圆周均匀布置24个点测量响应，激振点选在该圆周的顶部。 振动试验测点布置分别如图1、图2所示。图1 机座振动测点布置(测点13为机座轴向测点)图2 铁心和机座振动测点布置5 试验结果方法，适用于新机型式试验和现场试验对发电机振动性能的考核与评价。表1 额定空载和额定短路工况机座振幅峰-峰值及频率 μm工 况空载1.0UN稳态短路1.0IN频 率通 频50Hz100Hz通 频50Hz100Hz111.458.943.478.567.812.90217.2212.937.0213.3212.133.1239.205.832.736.845.882.3848.054.954.367.513.794.09513.6712.493.3213.329.455.34619.4417.374.3616.7414.064.1675.544.651.844.684.090.8689.018.502.369.157.961.6399.978.203.8410.048.113.941017.3716.044.0618.5315.784.541121.5320.321.9920.7319.284.831212.3611.410.8612.6011.860.811315.0314.962.3817.7917.003.72142.600.441.632.381.560.52152.151.710.845.884.611.71167.967.221.7112.8011.830.89表2 额定转速工况，机座、轴承座振动幅值及频率μ汽端轴承座励端轴承座机 座水 平重 直轴 向水 平重 直轴 向171819207153821176.510.18.28.2表3 额定空载工况，铁心、机座径向振动100Hz峰-峰值 μ机 座铁 心1718192021224.41.12.11.219.018.07 参考文献 ［1］ 汪根.21世纪我国大型发电机制造技术展望.透平发电机学术交流会论文集.2001. ［2］ 大久保信行.机械模态分析.上海：上海交通大学出版社，1985. ［3］ 郑兆昌.机械振动.北京：机械工业出版社，1982.
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