中小型水轮发电机组动平衡试验方法改进探讨

毕福强

【摘要】低转速机水轮发电机组动平衡表现并不明显，但機组转速高与250r/min的机组，一般都需要进行动平衡试验，随着科学技术的不断发展，目前新装的水轮发电机组一般电站都会安装在线测振测摆监测系统，对现场进行动平衡试验提供试验数据，但有些中小型电站，为了节约投资，一般不会安装机组在线测振测摆监测系统，本文就未安装在线测振测摆系统的水轮发电机组进行动平衡试验的方法进行分析、改进和介绍。

【关键词】水轮发电机组；转子；动平衡试验；百分表；配重

一、概述

水轮发电机组动平衡试验就是经过一定的试验方法，找出转动部分的质量不平衡方位和质量，然后在它的对称位置增加配重块，以消除或减小转动部分在制造和组装过程中造成的质量不平衡，从而消除或减小机组的振动。在没有安装测振测摆系统的电站一般采用三点试配重法来计算和判断动平衡加配重的方位，这种方法虽然可行，但要在转子上配重三次和开停机三次，比效麻烦。本文介绍采用划线方法进行水轮发电机组动平衡试验的方法。

二、水轮发电机转子动平衡试验方法和分析

水轮发电机动不衡的原因分析：水轮机的转轮一般在出厂前都会进行静平衡试验，但发电机转子大多采用在工地组装的方式进行，但转子组装部件较多，造成重量不平衡的累积，在水轮发电机组开机后，发电机转子因存在质量的不平衡，随着机组转速的升高，这个不平衡的质量将会产生离心力，造成转动部分的摆动，经过导轴瓦将这个离心力传导给机架，造成机组振动，振动频率和机组转速相同。

1 动平衡三次试重法及现场试验的难度

动平衡三次试重法就是在转子上相同的半径上互成120度的角度上，依次加相同重量的试重块，逐次启动机组到额定转速，测量带导轴承的机架的振幅值，加上机组没加配重的振动幅值，共计4次数据，根据这4次测得的振动值用作图法或计算法求出需要加配重的方位和大小。

因中小型机组转子直径一般偏小，内部空间有限，同时要在转子分出相同的120度角度难度较大，如果因为三次布置的配重块角度和半径有偏差，会使后期的计算结果不准确，造成配重后，动平衡试验结果不理想。

2 划线法动平衡试验方法介绍

划线法动平衡试验配重块固定方位的判断：先不进行配重，启动机组，机组逐级升速，在机组升速过程中如果发现机组的摆度值较大，同时带有导轴承的机架出现振动，此时机组振动如果不会危及到机组安全运行，可将机组升到额定转速（如果机组振动、振度都很大，就不需将机组升到额定转速），测得机组机架的振动值，同时用铅笔笔尖缓慢靠近上导轴承的轴领、水轮机发电机的联轴法兰，以笔尖刚好接触到为准，因机组的摆度存在，会在上导轴领处和联轴法兰处留下一段铅笔划线，机组摆度越大，划的线会越短，线划好后，即可停机；停机后，观察上导轴领处和水发联轴法兰上的划线位置，一般情况下这两处划线会在同一方位，测量划线长度，找出线段中心点，此处即为转动部分质量不平衡超重点，此点对称方向即为需要配重的位置。

划线法动平衡试验配重重量的确定：找出配重方位后，接下来确定配重重量，配重块重量的确定分为两步：第一步先在转子上需配重的位置加上一定重量的配重块，配重块重量根据经验计算公式m=（0.5～2.5）MG/RN2 来进行计算选取（式中m为为试重块质量，M为转子质量，G为重力加速度，R为试重块固定半径，N为转速）；启动机组，将机组开到额定转速（如果机组振动摆度较大，转速不能升上去，可进行多次加配重，逐步将机组转速升到额定），测量机组振动值；第二步根据所加重量、转速、振动值的变化，计算最终需要加的配重重量。计算公式的推导：由物理学中离心力计算公式f=mrω2 （f为离心力，m为产生离心力的质量，r为产生离心力的物体所处的半径或者可以理解为试重块安装的半径，ω为角速度），由公式可知，机组转速一定时，配重块在转子上的固定半径一样，不平衡离心力只与不平衡质量成正比，同时振幅的大小与不平衡力成正比，如果固定配重块的半径不同则应考虑试重块固定半径，因此计算公式为f1：f2= u1：（u1-u2），由公式变为（m1r1ω2）：（m2r2ω2）=u1：（u1-u2），因此机组转速在额定转速时，最终转子需配重的总重量为：m1=u1m2r2/（u1-u2）r1，（式中m1为转子配重总重量，m2为试重块重量，r1为转子最终加配重块的半径，u1为未加试重块时机架振幅，u2为加了试重块后的上机架振幅，r2为试重块固定半径。

3 划线法动平衡试验实例

此方法在四川某电站使用，取得成功，该电站安有两台5MW立轴悬吊式水轮发电机组，机组转速600r/min，其中一台机组投运后，因机组振动较大，机组运行一段时间后，因振动将导轴瓦振松，导轴瓦间隔变大，机组摆度也随即变大，后经多次检修，都未解决振动问题。随后经过分析造成机组振动的主要原因为转子动平衡引起，决定对该机组进行动平衡试验。

先开机到额定转速，用百分表测量其上导、法兰和水导处摆度，上机架水平、垂直振动值，并在上导轴领和法兰处用铅笔进行了划线。停机后，对划在上导轴领和法兰处的线进行了对比较分析，方位角一致。利用上面的试加重公式，计算出试加重重量，根据转子结构，将该试重块焊接在转子磁轭上压板上，开机验证，机组上机架振动减小，但摆度没有变化，再次在各部位划线，并记录上机架振动和各部摆度，停机后，对这次划线和上次划线方位对比后，没有变化。然后用上面的转子最终加配重计算公式，计算总的需配重重量，减去第一次试配的重量，为保险起见，第二次配重重量，比计算出的重量要少一些，方便机组开机升压后调整电磁振动，配重焊在转子上后再次开机，上机架振动用百分表已经测量不出，同时机组摆度也减小了，对机组轴瓦间隙进行调整后，开机发电后，机组振动正常，摆度也在要求范围内。机组动平衡试验取得圆满成功。

三、结语

用此方法进行动平衡试验，试验设备要求不高，只要准备几块百分表就行，同时用时短，一般有一到2天即可完成，效果明显，对没有安装机组在线测振测摆系统的机组可以采用，如果转子的直径和高度比比较小，应考虑在转子的上部和下部同时配重。