电力系统装备
Electric Power System Equipment运行与维护
Operation And Maintenance2020年第12期
2020 No.12
汽轮发电机转子现场动平衡分析与处理
陈锦程
（厦门东亚机械工业股份有限公司，福建厦门 361100）
［摘 要］理论分析了质量不平衡引起的振动机理，提出一种近似处理方法，并在实例中运用，取得良好的效果。与传统的矢量平衡法相比，该方法通过一次停机增加平衡块就可以有效改善动平衡，减少了启停机增加平衡块的次数。［关键词］汽轮机；动平衡；质量不平衡；振动［中图分类号］TK268 ［文献标志码］A ［文章编号］1001–523X（2020）12–0123–02
Analysis and Disposal on Steam Turbine Unit Dynamic Balance
Chen Jin-cheng
［Abstract］Analyze the vibration caused by unbalanced mass. Create an approximate calculation method and achieve good results at practical application. This method can improve dynamic balance once. This method is better than vector equilibrium method.［Keywords］steam turbine; dynamic balance; mass imbalance; vibratio 高速旋转机械的转子不平衡受许多因素影响，也就是说引起振动的原因很多，特别是大型汽轮机转子高速动平衡是一个复杂的过程。目前电厂的主要振动故障分为强迫振动和自激振动两类，其中强迫振动占90%以上，而现场发生的振动故障中，约80%是由轴系直接或间接质量不平衡造成的[1]。
本文分析了质量不平衡引起的振动机理及振动特征，提出一种近似处理的计算方法。对某电厂1号机组600 MW超临界汽轮发电机组的状况进行全面测试与分析后，判断停机过临界振动大的主要原因是高中压转子存在较大的一阶质量不平衡；使用近似处理的计算方法实施的方案。在现场不揭缸的情况下，通过一次停机在高中压转子调端及电端末级叶轮的平衡孔内加装平衡块，有效降低过临界及工作转速下的振动。调整后该机组高中压转子起停机过临界转速时及3000 r/min运行时的转子振动均控制在60 μm以内，状态良好。1 质量不平衡引起振动的理论及其近似处理
1.1 挠性转子振动理论基础
只是比例系数为复数。
又：
（7）
将（7）代入（4）、（6）得：
（8）
为便于理解，当时，旋转矢量的实部落在实数坐标x轴上，而虚部平行于虚数坐标y轴[2]，如图1所示。
Oα
y，Im
ε
Ω
汽轮机发电机组转子为挠性转子，质量不平衡会引起很大的基频振动，转速一定时其振幅和相位通常是稳定的，过临界转速时由于共振，会使振幅显著增大；转速超过临界转速后，振幅很快回落。
挠性转子运动微分方程：
（1）
（2）
其中M为转子质量，k为阻尼系数，c为支撑刚度，ε为不平衡偏心距，Ω为转速。阻尼系数k无法计算得到，只能依靠实验求得[2]。
，令
整理（1）、（2）式得：
（3）
其中，为转子固有频率。令
（4）
代入（3）式整理得：
所以：
其中，，
（5）（6）
x，Re
图1 虚部平行于虚数坐标y轴
与x轴的夹角α即轨迹半径其中：
1.2 近似处理方法
落后于偏心ε的滞后角， （9）
当η趋近1，即转子的转速接近转子固有频率时，tanα趋近无穷大，即α角为90°。
，对汽轮机转子M和ω均较大，|
|不接近0， 远小于| 趋近于0，当
|可忽略不计。（10）
所以：不平衡量：
2.1 机组概况
（11）
2 某电厂600 MW机组质量不平衡故障分析与处理
某电厂1号600 MW超临界汽轮发电机组，汽轮机是由日
2020.12 电力系统装备丨123
，由此可见，实际上与ε成正比，
2020年第12期
2020 No.12
运行与维护
Operation And Maintenance电力系统装备
Electric Power System Equipment本三菱重工株式会社高砂制作所设计制造的超临界、单轴三缸四排汽、高中压合缸的汽轮机。
2.2 振动特征
图5所示，振幅与调整前对比明显减小，其中1#轴瓦最大振幅为43 μm，2#轴瓦最大振幅为60 μm，均符合设计要求。
No1 BRG
30°
0°
330°
STARSTOP
UNIT：0.01mmROTATION
60°
300°
2017年停机大修后启机时，在暖机过程中通过临界转速时，高中压缸转子两端轴瓦，即1#轴瓦和2#轴瓦振动较大，幅相轨迹如图2、图3所示：1#轴瓦转速为1720 r/min时，振幅最大为 μm，2#轴瓦转速为1720 r/min时，振幅最大为90 μm。
通过幅相轨迹图可以看出，转子在一阶临界转速附近，振幅明显加大，通过临界转速后振幅很快减小，且1#轴瓦与2#轴瓦的振幅和相位变化基本相同，符合质量不平衡产生一阶振动的特征，判断为转子质量不平衡造成的振动。
No1 BRG
STAR0°
STOP
30°
330°
UNIT：0.01mmROTATION
60°
300°
90°270°
120°
240°
150°
210°
180°
图2 1#轴瓦幅相轨迹
No2 BRG
STAR0°
STOP
30°
330°
UNIT：0.01mmROTATION
60°
300°
90°270°
120°
240°
150°
210°
180°
图3 2#轴瓦幅相轨迹
2.3 故障处理
由图2、图3可以看出当转速为高中压转子1625 r/min时，1#轴瓦的振动相位为130°，2#轴瓦振动相位为135°，平均振动相位132.5°，所以不平衡质量的εM相位为42.5°，应加平衡块的位置为222.5°。
不平衡量，取η=1.1进行计算，
1#轴瓦不平衡量U1=350 g·mm。2#轴瓦不平衡量U2=532 g·mm。
高中压转子调端的平衡孔半径R1=0.335 m，高中压转子电端的平衡孔半径R2=0.455 m，
所以平均应加的平衡块质量：=1107 g所以在图5所示的4个位置各加 g的平衡块。3 结果与分析
按上述方案调整后1#轴瓦、2#轴瓦的幅相轨迹图如图4、
124丨电力系统装备 2020.12
90°270°
120°
240°
150°
210°
180°
图4 调整后1#轴瓦幅相轨迹
No2 BRG
STAR0°
STOP
30°
330°
UNIT：0.01mmROTATION
60°
300°
90°
270°
120°
240°
150°
210°
180°
图5 调整后2#轴瓦幅相轨迹
4 结语
本文分析了质量不平衡引起机组振动的机理原因及振动特征，提出了一种近似处理的计算方法。在某电厂1号机组振动过大的故障处理中，根据本文提出的近似处理方法的计算结果进行调整，有效改善了机组的振动特性，取得良好效果，证明该近似处理的计算方法是合理的。
传统的矢量平衡法需要先试加平衡块后进行启机试验，通过做矢量三角形计算，才能确定不平衡质量的方向和大小，需要通过两次加平衡块才能完成动平衡调整[3]。
本文提出的方法只需一次启停机，就可以确定不平衡质量的方向和大小，只需一次加平衡块就可以完成动平衡调整，减少机组在质量不平衡情况下多次启停发生事故的危险，减少动平衡调整的时间及启停机过程的能源消耗等。因此该方法具有重要的应用价值。
本文提出的方法需要事先知道转子的临界转速和转子质量，了该方法的应用范围。
参考文献
[1] 陈松平，张煜，刘烨，等.600 MW超临界机组转子不平衡故障分析与处理[J].汽轮机技术，2012（3）：207-210
[2] 周仁睦.转子动平衡——原理、方法和标准[M].北京：化学工业出版社，1992.
[3] 雒兴刚，李立波，李书新.600 MW超超临界低压转子的高速动平衡试验研究[J].中国高新技术企业，2008（14）：91-93.
