大型汽轮机发电机转子高速动平衡\超速试验室

【摘要】汽轮发电机是当今发电企业采用最多的设备之一，其振动、安全运行主要取决于机组的设计、制造、安装以及运行维护等方面。转子不平衡作为引发大型汽轮机发电机工作效率的主要原因，因此实现高速动平衡、超速实验室试验已成为保持转子平衡精度的主要环节。本文就我国大型汽轮机发电机转子高速动平衡、超速实验室做了简单的分析，旨在为同行工作提供参考。

【关键词】汽轮发电机；发电企业；高速动平衡；超速实验室；转子

目前，国内外发电设备生产厂家都非常重视转子高速动平衡和超速试验，并将其列为常规工艺检查的重要内容，是降低机组振动水平、保证机组运行安全、改善机组运行性能以及优化机组条件的主要手段。作为汽轮机质量的主要保证体系，在进行高速平衡、超速试验的时候还需要确保承上启下、瞻前顾后的要求，为后续工作的开展提供技术和理论指导。

1.动平衡技术性能测试

随着我国国民经济的飞速发展，对电力结构的调整和环保要求的提高，大力发展大容量、高参数超临界/超临界火电机组是我国电力行业发展的重要方向。为提高效率，汽轮机低压转子的长径比越来越大，转子朝着越来越“柔”的方向发展，柔性转子振动过大将直接影响到机组的安全稳定运行，因此这类大型汽轮机低压转子在出厂时都必须经过严格的高速动平衡。柔性转子平衡不同于刚性转子平衡，它不仅要平衡某一转速下转子传给轴承的不平衡力(轴承动反力)，而且还要平衡该转速下转子的挠曲变形，才能保证转子在一定转速范围内平稳的运转。柔性转子平衡方法主要有模态平衡法和影响系数法。

（1）在动平衡技术性能测试之中，测试标准完全按照国际标准开展，是以ISO2953-1984平衡机描述及评价标准为主的，该标准明确规定校验转子为刚性转子，测得平衡机最小可达剩余不平衡值为0.5um，不平衡量在每一次减少干扰之后干扰率不得超过原来的80%。

（2）按国际标准ISO5343-1963评价，在柔性转子的平衡度测量中，其中明确的规定校验的转子为柔性转子的时候，高速平衡实验结果基本上能够满足预计运行标准，达到业界满意程度要求。

2.驱动用汽轮机的调速精确度测试

一般来说，驱动用汽轮机的调速范围主要为0~3000~36000r/min，在这个环节测试的时候通常都是在汽轮机驱动系统运行一分钟之后进行调速。近年来，随着国民经济的飞速发展和电力结构调整需求的提高，大力发展大容量、高参数、超临界的发电机组已成为我国电力行业发展的主要方向。在这种时代背景下，为了有效提高汽轮机发展进度，汽轮机的调速精确度控制要求更为严格，其驱动用汽轮机的控制策略从原来的刚性要求逐渐向着柔性迈进，这种工作方式必然会影响到汽轮机运行稳定性和调速精确度，因此就需要采用更加严格、科学的精确度测试技术进行研究和分析，从而满足当今的发展要求。在这个时候，驱动用汽轮机的调速精确度测试需要和传统的结合起来，其基本原理大致相同，最大区别在于调速范围发生了重大变化，只要我们及时的调整汽轮机驱动系统的检测结构，便可以得到有效的精确度测试结果。

3.防护筒体真空舱抽真空性能测试

在本次工作中所选用的防护筒体真空舱为敞篷式结构，真空舱容积为1400立方，根据实际测量数据分析，其在三十分钟内所达到的臭气真空度完全符合设计标准要求。根据这些数据分析表明，该汽轮机高速动平衡、超速试验室已经达到国外先进的实验技术水平。

大型汽轮发电机转子的高速动平衡、超速试验室作为我国未来电力行业发展的主要方向，是核电事业、火电事业发展中的关键性设施，也是主要基础设施，其主要功能在于提高电厂工作效率、保证供电稳定性和安全性。就我国过去多年的工作实践进行分析，高速动平衡、超速试验室的出现有效的保证了我国电力工业发展进度，为我国电力工业的更进一步发展创造了基础条件。

4.高速动平衡、超速试验室的技术参数分析

轮机转子必须要在真空(133Pa)条件下进行高速动平衡试验和超速试验，且超速试验转速为额定转速的1.2倍。当转子超速试验完成后，其转速需要从超速转速降到零转速，如果不采取制动措施，减速过程将持续一两个小时甚至更长时间，从而严重影响进行一次转子平衡试验的时间。因此，必须要在动平衡试验中采取合适的制动措施，以达到减少试验时间的目的。目前，在建和运行中的转子高速动平衡试验站都采取了相应的制动措施。其中，制动时间作为一个重要的试验参数，直接影响转子动平衡所需时间，因此有必要对制动时间进行计算。目前常用的变频器制动方式有:能耗制动、回馈制动、直流制动、共用直流母线回馈制动。回馈制动方式是采用有源逆变技术，将再生电能逆变为与电网同频率同相位的交流电回送电网，从而实现制动。实现能量回馈制动就要求电压同频同相控制、回馈电流控制等条件。回馈制动优点是能四象限运行，且电能回馈提高了系统的效率。在其应用的过程中，其具体的技术参数如下。

4.1实验转子重量范围

（20~200）×103kg

4.2最大实验转子直径

6.1米。极限为6.4m。

4.3最高平衡试验转速

50Hz全速机组:3000r/min

60Hz全速机组:3600r/min

50Hz半速机组:1500r/min

60Hz半速机组:1800r/min

4.4超速试验转速

根据上述试验转速加20%。

4.5电测箱指示灵敏度

根据试验转子的性质(刚性或柔性)，设定仪表的拨键，具体情况如下表:

柔性转子作高速动平衡时仪表的振动速度示值(单幅值).0.2mm/s/.div。

读数精度1div.

汽轮机厂大型汽轮机发电机转子高速动平衡、超速试验室的主要组成有:

(1)DG一200型高速动平衡机。

(2)驱动用蒸汽轮机:N=800kw。

(3)防护筒体真空舱。

(4)载重为30t的自驱动运输平车。

(5)大气润滑油系统装置。

(6)真空润滑油系统装置。

(7)真空泵统装置。

(8)具有动平衡电测仪表、数字巡测、控制模拟屏等的集中控制测量室g义。

(9)紧急备用电源(120kw柴油发电机组)。

5.应用优势

汽轮机转子在设计上都是相对于轴线旋转对称的，然而由于制造工艺等方面的问题，例如转子材质的不均匀性，转子加工过程中产生的偏心，叶片质量矩分配及叶片装配的误差，转子装配完毕后总是存在一定的不平衡量。在旋转过程中不平衡量产生的离心力是使转子发生基频强迫振动的激励源，这些不平衡量是随机的，无法用计算得到。挠性转子从理论上有两种平衡方法:即振型平衡法和影响系数平衡法。根据多年对不同类型转子影响系数的总结，并综合采用振型平衡法和影响系数平衡法，对同类型转子能够快速地进行高速动平衡。

高速动平衡、超速试验室是一项比较复杂的现代化技术工程。它不仅决定于柔性转子的低速动平衡和高速动平衡的理论与技术，而且，由于汽轮机等转子带有叶片，在高速动平衡和超速试验时会产生很大的鼓风损失，因此，高速动平衡和超速试验需要在真空舱内进行。于是又涉及到抽真空技术间题，密封问题，真空舱内在真空条件下的轴承润指间题，几以及真空条件下的照明问题等。

6.结束语

总之，该试验室涉及振动理论、真空、土建施工、密封、润滑、动力安装等多门学科和技术领域。它的建成是工厂、设计研究院和大学大力协作的结晶。汽轮机厂的大型汽轮机发龟机转子高速动平衡、超速试验室的建设成功，标志着我国在转予的动平衡技未和劫平衡的设计方面达到了国外七十年代末八十年代初的水平。[科]

【参考文献】

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