導(dǎo)語(yǔ)：汽輪發(fā)電機(jī)定子研究論文一文來源于網(wǎng)友上傳，不代表本站觀點(diǎn)，若需要原創(chuàng)文章可咨詢客服老師，歡迎參考。

摘要：介紹了哈電制造的600MW汽輪發(fā)電機(jī)定子模態(tài)及振動(dòng)性能試驗(yàn)研究。給出了定子的橢圓固有頻率，定子鐵心、機(jī)座、軸承座的振動(dòng)幅值及定子機(jī)座的隔振系數(shù)，可供600MW汽輪發(fā)電機(jī)運(yùn)行及大型汽輪發(fā)電機(jī)組的設(shè)計(jì)和制造參考。

關(guān)鍵詞：汽輪發(fā)電機(jī)橢圓固有頻率振動(dòng)

0前言

隨著我國(guó)電力事業(yè)的蓬勃發(fā)展，火電機(jī)組的單機(jī)容量在不斷增大，火電建設(shè)正逐步過渡到以國(guó)產(chǎn)600MW機(jī)組為主的新局面［1］。本文介紹哈電制造的HEC600MW汽輪發(fā)電機(jī)定子模態(tài)及振動(dòng)試驗(yàn)情況，供600MW汽輪發(fā)電機(jī)運(yùn)行及大型汽輪發(fā)電機(jī)組的設(shè)計(jì)和制造參考。

汽輪發(fā)電機(jī)在運(yùn)行過程中，定子將受到轉(zhuǎn)子磁拉力作用，產(chǎn)生兩倍系統(tǒng)頻率的強(qiáng)迫振動(dòng)，對(duì)于系統(tǒng)頻率為50Hz的發(fā)電機(jī)，這一激振力頻率為100Hz，并且沿圓周方向橢圓分布。倘若定子橢圓模態(tài)固有頻率等于或接近100Hz，機(jī)座就可能發(fā)生共振，從而產(chǎn)生很大的振動(dòng)，影響機(jī)組的正常運(yùn)行，甚至發(fā)生事故。我們通過試驗(yàn)獲得了HEC600MW汽輪發(fā)電機(jī)定子的試驗(yàn)?zāi)B(tài)參數(shù)，從而考察了定子的動(dòng)態(tài)特性，并對(duì)有限元計(jì)算方法進(jìn)行修正。

機(jī)組的設(shè)計(jì)是否合理，最終要通過現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行來評(píng)定?，F(xiàn)場(chǎng)振動(dòng)測(cè)量和分析是考核其機(jī)械性能的最終標(biāo)準(zhǔn)。我們通過型式試驗(yàn)，模擬了現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際運(yùn)行的各種受力工況，并進(jìn)行試驗(yàn)和分析，以預(yù)測(cè)電廠運(yùn)行的振動(dòng)情況。因?yàn)閺S內(nèi)試驗(yàn)振動(dòng)估算是偏保守的，所以型式試驗(yàn)足以代表電廠運(yùn)行狀況。

HEC600MW汽輪發(fā)電機(jī)定子鐵心與機(jī)座之間采用立式彈簧板來隔振，其隔振效果直接關(guān)系到機(jī)座的壽命和正常運(yùn)行。立式彈簧板結(jié)構(gòu)不同于常規(guī)的臥式彈性定位筋，通過實(shí)測(cè)確定彈簧板的隔振系數(shù)，確保機(jī)組的安全運(yùn)行，同時(shí)，為將來更大容量機(jī)組的隔振結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)和計(jì)算提供參考。

1機(jī)組主要參數(shù)

型號(hào)QFSN-600-2YH

額定容量66667MVA

額定功率600MW

最大連續(xù)出力654MW

額定功率因數(shù)0.9

額定電壓20kV

額定電流19245A

額定轉(zhuǎn)速3000r/min

2研究?jī)?nèi)容

2.1模態(tài)試驗(yàn)

定子模態(tài)試驗(yàn)在總裝試驗(yàn)平臺(tái)上進(jìn)行，與機(jī)組在電廠運(yùn)行狀態(tài)完全一致，試驗(yàn)的模態(tài)參數(shù)反映了機(jī)組實(shí)際運(yùn)行的動(dòng)態(tài)特性。

2.2鐵心、機(jī)座、軸承座振動(dòng)測(cè)量

機(jī)座、軸承座的振動(dòng)是國(guó)標(biāo)要求的，也是電廠運(yùn)行監(jiān)測(cè)參數(shù)。我們嚴(yán)格按照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)及工廠標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行機(jī)座的振動(dòng)試驗(yàn)和分析。

2.3彈簧板隔振系數(shù)測(cè)量

由型式試驗(yàn)定子鐵心和機(jī)座的振動(dòng)試驗(yàn)確定彈簧板隔振系數(shù)。

3試驗(yàn)方法和原理

3.1定子模態(tài)試驗(yàn)［2］

本次試驗(yàn)采用錘擊試驗(yàn)方法，用力錘對(duì)定子機(jī)座進(jìn)行繳振，同時(shí)測(cè)量激振力和加速度響應(yīng)，用磁帶機(jī)記錄力信號(hào)和響應(yīng)信號(hào)，再送入結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)分析儀對(duì)力信號(hào)和響應(yīng)信號(hào)進(jìn)行傅立葉變換，從而獲得各點(diǎn)頻響函數(shù)，對(duì)頻響函數(shù)進(jìn)行曲線擬和后得到系統(tǒng)的模態(tài)參數(shù)。

系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)微分方程

(1)



僅討論粘性阻尼時(shí)，位移X(f)對(duì)外力F(f)的傳遞函數(shù)關(guān)系為

(2)

寫成矩陣形式

(3)

(4)



傳遞函數(shù)Hij表示在j點(diǎn)作用一個(gè)單位外力，在i點(diǎn)引起的響應(yīng)。由Hij的表達(dá)式可見，不論在機(jī)械的哪一點(diǎn)測(cè)量，得到的傳遞函數(shù)的分母相同。因?yàn)樗c激振點(diǎn)無關(guān)，只與頻率和阻尼比有關(guān)。分子則與模態(tài)剛度、質(zhì)量、激振點(diǎn)和響應(yīng)點(diǎn)的模態(tài)值大小有關(guān)。所以，用一個(gè)傳遞函數(shù)就可以求出固有頻率、阻尼比；為了求振動(dòng)模態(tài)，則要求出傳遞函數(shù)矩陣中的一行或者一列。

由式(4)可見，為了得到i,j點(diǎn)之間的傳遞函數(shù)，僅在j點(diǎn)加激振力(單點(diǎn)激振)，測(cè)量i點(diǎn)的響應(yīng)，則可求出Hij。

由振動(dòng)模態(tài)的定義可知，它不是絕對(duì)量(指有單位)，而是僅表示各點(diǎn)間的相對(duì)關(guān)系，且為無因次量。因此，通常按

a)基準(zhǔn)點(diǎn)處(傳遞函數(shù)矩陣中的某一對(duì)角分量)為1。

b)模態(tài)質(zhì)量為1。

c)振動(dòng)模態(tài)向量長(zhǎng)度為。

進(jìn)行正則化，其值本身是個(gè)相對(duì)量。如果現(xiàn)在利用a)以基準(zhǔn)點(diǎn)為1的正則化，當(dāng)基準(zhǔn)點(diǎn)為l時(shí)，對(duì)l測(cè)量傳遞函數(shù)則可得到｛Hl1Hl2…Hll…Hlm｝。

由式(4)

對(duì)于基準(zhǔn)點(diǎn)l有φl(shuí)r=1,則能求得mr。再將mr代入其他的傳遞函數(shù)，依次求得振動(dòng)模態(tài)為｛φ1φ2…1…φm｝r，振動(dòng)模態(tài)求出之后，按照式(3)，各振動(dòng)模態(tài)相乘便能計(jì)算出傳遞函數(shù)矩陣的全部分量，即可掌握機(jī)械對(duì)象的動(dòng)

態(tài)特性。

在測(cè)量某一行時(shí)，將響應(yīng)點(diǎn)固定在l點(diǎn)上，而將激振點(diǎn)從1移動(dòng)到m；反之，在測(cè)量某一列時(shí)，固定激振點(diǎn)，而依次移動(dòng)響應(yīng)點(diǎn)，同樣地也可求出振動(dòng)模態(tài)。

3.2振動(dòng)測(cè)量［3］

用加速度、速度或位移傳感器拾取所測(cè)部位的振動(dòng)信號(hào)，經(jīng)過前置放大器進(jìn)入磁帶機(jī)或數(shù)字矢量濾波器，并用動(dòng)態(tài)信號(hào)分析儀進(jìn)行頻譜分析。

一般在穩(wěn)態(tài)情況下振動(dòng)的加速度信號(hào)可寫為

(5)

式中，a(t)為結(jié)構(gòu)振動(dòng)加速度；ωi為第i次諧波角頻率；Ai為第i次諧波幅值；αi第i次諧波相位角。

對(duì)式(5)做兩次積分，得到與位移相對(duì)應(yīng)的信號(hào)，即

(6)

式中βi=αi+180°

機(jī)組運(yùn)行中，機(jī)座主要受50Hz工頻干擾力和100Hz倍頻干擾力作用，其他諧波振動(dòng)幅值非常小，完全可以忽略。所以，主要研究頻率為50Hz和100Hz的振動(dòng)，通過頻譜分析獲得50Hz和100Hz加速度振動(dòng)幅值，由式(6)得到相應(yīng)頻率下的位移幅值。或者將所采集的加速度信號(hào)直接進(jìn)行數(shù)值積分得到振動(dòng)位移；積分也可以用帶有兩次積分的電荷放大器來完成。

3.3彈簧板隔振系數(shù)

彈簧板是連接鐵心與機(jī)座的彈性元件，其作用是減振，削弱鐵心對(duì)機(jī)座的振動(dòng)。因?yàn)殍F心主要受100Hz電磁力振動(dòng)，所以彈簧板主要隔離鐵心的100Hz振動(dòng)，其隔振效果由隔振系數(shù)K來確定。

4測(cè)點(diǎn)布置

模態(tài)試驗(yàn)采用錘擊試驗(yàn)單點(diǎn)激振法，在定子機(jī)座軸向中部沿圓周均勻布置24個(gè)點(diǎn)測(cè)量響應(yīng)，激振點(diǎn)選在該圓周的頂部。

振動(dòng)試驗(yàn)測(cè)點(diǎn)布置分別如圖1、圖2所示。

圖1機(jī)座振動(dòng)測(cè)點(diǎn)布置

(測(cè)點(diǎn)13為機(jī)座軸向測(cè)點(diǎn))

圖2鐵心和機(jī)座振動(dòng)測(cè)點(diǎn)布置

5試驗(yàn)結(jié)果分析

模態(tài)擬合得到定子的橢圓振型固有頻率為123Hz。滿足橢圓振型固有頻率避開電磁力頻率±10%的要求。

振幅測(cè)試結(jié)果見表1～表3。

由表1機(jī)座振動(dòng)幅值及頻率可見，在空載和穩(wěn)態(tài)短路工況時(shí)，機(jī)座11號(hào)測(cè)點(diǎn)通頻振幅最大值21.5μm，2號(hào)測(cè)點(diǎn)100Hz振幅最大值7μm，均滿足設(shè)計(jì)要求。其他測(cè)點(diǎn)振幅較小。

由表2軸承座振動(dòng)幅值可見，勵(lì)端軸承座的振動(dòng)略大于汽端，其水平和垂直方向振幅分別為8μm和21μm，均低于國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)30μm，也低于哈電公司創(chuàng)優(yōu)標(biāo)準(zhǔn)25μm；軸向振動(dòng)幅值最大17μm，遠(yuǎn)低于國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)38μm。

由表3鐵心、機(jī)座徑向振動(dòng)可知，在額定空載工況，鐵心2個(gè)測(cè)點(diǎn)100Hz振幅的平均值為18.5μm，機(jī)座4個(gè)測(cè)點(diǎn)100Hz振幅平均值為2.2μm，由此可得彈性定位筋隔振系數(shù)K為8.4。

6小結(jié)

(1)HEC600MW汽輪發(fā)電機(jī)定子機(jī)座橢圓形模態(tài)固有頻率123Hz，避開100Hz電磁力頻率足夠遠(yuǎn)，說明該機(jī)組的動(dòng)力設(shè)計(jì)是合理的，機(jī)組運(yùn)行時(shí)，機(jī)座不會(huì)產(chǎn)生較大的振動(dòng)。

(2)HEC600MW汽輪發(fā)電機(jī)定子振動(dòng)幅值完全符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，可保證機(jī)組的長(zhǎng)期安全運(yùn)行。

(3)本文介紹的汽輪發(fā)電機(jī)定子模態(tài)及振動(dòng)性能試驗(yàn)方法，適用于新機(jī)型式試驗(yàn)和現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)對(duì)發(fā)電機(jī)振動(dòng)性能的考核與評(píng)價(jià)。

7參考文獻(xiàn)

［1］汪根.21世紀(jì)我國(guó)大型發(fā)電機(jī)制造技術(shù)展望.透平發(fā)電機(jī)學(xué)術(shù)交流會(huì)論文集.2001.

［2］大久保信行.機(jī)械模態(tài)分析.上海：上海交通大學(xué)出版社，1985.

［3］鄭兆昌.機(jī)械振動(dòng).北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1982.