水轮发电机组现场动平衡试验工艺方案

摘要：振动是造成机械损伤的主要因素，水轮发电机组振动幅值是评价水轮发电机组设计、制造、安装质量的一项重要指标。以雷公口电厂1号水轮发电机组转子动平衡试验为例，采用幅值四圆图法准确找到不平衡点，通过矢量分解法对配重进行分解，有效解决了现场水轮发电机组转子配重块的偏角安装工艺问题，从而较精准地消除了机组由于转子质量不平衡引起振动过大的问题，可供类似工程参考。

关键词：幅值四圆图;转子动平衡试验;矢量分解

0 引言

建阳区雷公口电厂位于建阳区麻阳溪上游黄坑镇新历村附近，距建阳城区约53 km。坝址以上集雨面积达101 km2，是一座以供水为主，结合防洪、灌溉、发电等综合作用的混合式开发的水电站。水库总库容为5 231万m3，具有年调节性能。电站装机容量2×6.5 MW，发电机型号SF6500-10/2600，设计年发电量3 494万kWh。

2018年雷公口电厂对两台机组进行了增效扩容改造。其中，雷公口1号发电机组在现场安装过程中发现转子轴系盘车数据异常，经过对现场盘车数据检查分析，发现发电机主轴轴系弯曲，将发电机转子及大轴返厂处理。1号发电机主轴经制造厂修正处理及静平衡试验后重新运往电厂安装。现场安装完成，首次启动时，发现机组在额定转速时，测得上导轴承处的水平最大振动幅值为0.18 mm，不满足《水轮发电机组安装技术规范》（GB/T 8564—2003）的要求（<0.05 mm）。初步推断该现象由转子动平衡不好所致。

为此，邀请专业的团队使用专业的设备对1号机组进行现场动平衡试验配重。配重后，机组在额定转速下，上导轴承支架处的水平振动值（X轴为0.03 mm，Y轴为0.025 mm）符合技术规范（<0.05 mm）要求，但当机组进行过速试验时，上导轴承支架处的水平振动值随转速的上升而呈指数上升，不满足规程规范的要求。为了保证机组长期稳定运行，我们调整工艺方案，重新对转子进行现场动平衡试验配重，采用四圆幅值法、矢量分解法对配重块方向、重量及安装工艺进行了优化计算调整。1号机组转子经配重调整后，测得的各转速下的振动值得到明显改善，并能较好地满足规范技术要求。本文主要介绍1号机组现场动平衡试验过程及工艺解决方案，供类似工程参考。

1 用四圆幅值法测量数据

雷公口电站1号机容量6.5  MW，发电机型号SF6500-10/2600，转子磁极数10极，如图1所示，①～⑩为磁极，转子引出线在①磁极与⑩磁极之间，A、D两点为原配重点，配重块质量分别为2 860 g和4 390 g，配重块安装位置在磁极间风扇叶片处。试重块质量用MP表示，根据经验，试重块一般取发电机转子重量的万分之一二，转子重量为21 000 kg，原A点处第一次配重2 860 g作为试重块正合适，故此次以A点上原有配重块为加试重块。现将A点配重块取消，将A点配重块移至B点、C点，分别开机测得机组在额定转速下，上导轴承支架处的水平振幅R值，如表1所示（水平振幅值用RO、RA、RB、RC表示）。

2 确定配重块方位与重量

根据表1水平X轴振幅数值画出幅值四圆图，确定配重块方位与重量的方法如下：

（1）使用工具：电子秤、测震仪、直尺、圆规、角量器。（2）画位置圆：如图1所示，以坐标O点为圆心取大于水平X振幅R0值（43 mm）为半径画圆（本图取R=50 mm），按磁极个数进行十等分，其中①～⑩表示磁极，等分线表示扇叶方位，A、B、C、D为配重点，其中D点为第一次配重点，配重块质量4 390 g。（3）画基圆：在位置圆基础上，以坐标O点为圆心取水平X振幅R0值（43 mm）为半径画圆，与等分线A、B、C配重方向产生交点OA、OB、OC。（4）画幅值圆：分别以OA、OB、OC为圆心，对应表1的X水平振幅值为半径画圆，即以RA=30 mm、RB=73 mm、RC=80 mm为半径画圆。三圆相交形成小三角区，如图2所示，三角区圆心O1所在方位即为配重方位。（5）平衡块质量的计算和平衡位置的确定：如图1所示，图上O1点基本与⑤、⑥号磁极扇叶方位线及基圆交点重合，即有OO1=R0=43 mm。根据平衡块质量计算公式M=MPR0/OO1，得M=MP=2 860 g。平衡块方向与原D点配重块方向一致。

3 过速试验与矢量分解

將试重块的质量MP（2 860 g）加在D点上，开机测得在额定转速下上导轴承支架处的水平振动值：X轴为0.01 mm，Y轴为0.018 mm。数值较理想，符合规范要求，升速测过速振动值如表2所示/线前数值。

鉴于在转子D点上的配重块重达7 250 g，体积过大可能影响风阻、风噪，不利于机组的长期稳定运行，因此根据矢量分解的原理，将M配重块分解到转子A、E两点上，如图3所示。OA1=OE1=27 mm，A、E两点上分解的配重为：M（OA1/OO1）=2 860×（27/43）≈1 796 g（实配1 800 g）。分解配重后在额定转速下测得的上导轴承支架处的水平振动值：X轴为0.008 mm，Y轴为0.016 mm。数值较理想，符合规范要求，升速测过速振动值如表2所示/线后数值。

4 校核配重块方位与重量

根据表1水平Y轴振幅数值画出幅值四圆图，校核配重块方位与重量：

（1）按上述方法，根据表1水平Y轴振幅数值画幅值四圆图，如图2所示，配重块位置线OO1偏离OD线8°，重量M=MPR0/OO1=2 860×35/33.5=2 988 g，通过矢量分解得MA=2 200 g，ME=1 470 g。根据图2计算结果，按A点2 200 g，E点1 470 g，D点4 390 g配重测过速值如表3/线前数值。

（2）根据图2、图3结果加权平均，按A点2 000 g，E点1 650 g，D点4 390 g配重，偏角约4°矢量分解配重，等效合成配重约3 000 g，测过速值如表3所示/线后数值。

5 1号机组负荷试验与甩负荷试验

1号机组负荷试验与甩负荷试验的上游水位为463.0 m，静水头为115 m，试验结果如表4、表5所示。机组于2020年1月4日按规范规定进行启动前的各项试验后，进行72 h试运行，各项数据均满足要求，于1月16日通过启动验收，正式投入运行。

6 结语

（1）现场动平衡试验利用转子现成工装位及四圆幅值法画图可以准确、快速地找到转子不平衡的配重方向，并通过测量及比例计算出配重块重量。从表2数据可知，配重块矢量分解布置不影响机组振幅，同时较好地解决了配重块偏角安装工艺问题。如表3/线后组数据水平X轴振幅随转速升高至120%时达最大值，随后下降，这点与2号机组一致，数值理想。因此现场工程技术人员可以用X轴水平振幅值及Y轴水平振幅值分别画图计算分解配重，然后再加权平均。本方案工艺方法简单，可操作性强，可供工程技术人员遇到类似工程问题时参考。

（2）一般情况下，现场测得X轴水平振幅值与Y轴水平振幅值基本一致，但从表2与表3可知Y轴过速水平振幅值无明显改善，分析主要原因是上导瓦间隙分配时主轴不在盘车原始位造成的，这点事后同安装人员了解到的实际情况相符。从1号机组负荷试验与甩负荷试验数据可知，机组负荷试验振幅数值平稳，无明显振动区;甩负荷试验机组振幅数值符合规范要求。因此本案例1号机组不要求重调瓦间隙。

[参考文献]

[1] 陈晓明，牟建军.中小型水轮发电机组动平衡试验探讨[J].中国农村水利水电，2007（11）：118-119.

[2] 刘保生，姚大坤，胡建文.动平衡消除水轮发电机振动故障[J].大申机技术，2005（3）：5-8.

收稿日期：2020-03-18

作者简介：张端潭（1969—），男，福建建阳人，总工程师，从事水电站机电设备安装、检修、技改工作。