一種汽輪發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子質(zhì)量不平衡評(píng)估方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子質(zhì)量不平衡評(píng)估方法，尤其是一種汽輪發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子質(zhì) 量不平衡評(píng)估方法，屬于發(fā)電機(jī)技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 轉(zhuǎn)子質(zhì)量不平衡是汽輪發(fā)電機(jī)的常見現(xiàn)象，不平衡程度較輕時(shí)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子振動(dòng)幅 值不大，當(dāng)質(zhì)量不平衡達(dá)到一定程度之后，在機(jī)械離心力和不平衡磁拉力雙重因素作用下， 發(fā)電機(jī)的振動(dòng)可能超過(guò)安全閾值，給安全生產(chǎn)帶來(lái)隱患，近年已有多起質(zhì)量不平衡導(dǎo)致的 機(jī)組振動(dòng)問(wèn)題被報(bào)道。評(píng)估并控制發(fā)電機(jī)的質(zhì)量不平衡程度、使發(fā)電機(jī)振動(dòng)回歸到合理范 圍內(nèi)是十分必要的。
[0003]目前針對(duì)汽輪發(fā)電機(jī)組的轉(zhuǎn)子質(zhì)量不平衡問(wèn)題采取的主要措施是動(dòng)平衡方法，近 些年來(lái)轉(zhuǎn)子動(dòng)平衡理論已發(fā)展成熟。主要的轉(zhuǎn)子動(dòng)平衡方法有：二點(diǎn)法（180°二次試加重 法和90°二次試加重法）、三點(diǎn)法（三次試加重法）、試加質(zhì)量周移法、影響系數(shù)法和振型平 衡法等。所述平衡法認(rèn)為轉(zhuǎn)子振動(dòng)問(wèn)題是單純由質(zhì)量不平衡引起的，這些方法適用于汽輪 機(jī)轉(zhuǎn)子，但并不完全適用于發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子。對(duì)于發(fā)電機(jī)，質(zhì)量不平衡造成轉(zhuǎn)子中心偏離發(fā)電機(jī) 中心位置，發(fā)電機(jī)氣隙磁場(chǎng)變得不對(duì)稱，轉(zhuǎn)子受到不平衡磁拉力的作用，轉(zhuǎn)子的振動(dòng)反映了 離心力和磁拉力的共同作用。因此，簡(jiǎn)單認(rèn)為轉(zhuǎn)子振動(dòng)是純由質(zhì)量不平衡引起的是不科學(xué) 的。不平衡磁拉力受動(dòng)偏心程度、發(fā)電機(jī)運(yùn)行狀態(tài)等的影響，配重過(guò)程改變了動(dòng)偏心程度， 不平衡磁拉力也發(fā)生改變，盲目配重達(dá)不到良好的效果，甚至容易出現(xiàn)過(guò)平衡現(xiàn)象。因此， 研究發(fā)電機(jī)不同運(yùn)行狀態(tài)下的不平衡磁拉力的變化規(guī)律，可以幫助從轉(zhuǎn)子所受合力中分離 出不平衡磁拉力，得到轉(zhuǎn)子的實(shí)際質(zhì)量不平衡程度，為轉(zhuǎn)子的動(dòng)平衡提供數(shù)據(jù)支持，使汽輪 發(fā)電機(jī)在最短的時(shí)間內(nèi)恢復(fù)良好的振動(dòng)狀態(tài)，避免多次配重造成較高的停機(jī)成本，減小啟 停機(jī)危害。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種汽輪發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子質(zhì)量不平衡評(píng)估方法。
[0005] 本發(fā)明采用下述技術(shù)方案：
[0006] -種汽輪發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子質(zhì)量不平衡評(píng)估方法，利用所述汽輪發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子質(zhì)量不平衡 產(chǎn)生的離心力的大小和方向，對(duì)所述汽輪發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子質(zhì)量不平衡程度的進(jìn)行評(píng)估。
[0007] 所述汽輪發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子質(zhì)量不平衡產(chǎn)生的離心力的大小和方向的求解方法包括以 下步驟：
[0008] A、設(shè)定動(dòng)偏心程度e，在所述汽輪發(fā)電機(jī)的基準(zhǔn)工況下，其有功和無(wú)功分別為P 和Q，采集其動(dòng)偏心方向；在設(shè)定的動(dòng)偏心程度和已知的動(dòng)偏心方向下建立發(fā)電機(jī)二維數(shù) 值仿真模型，將定子三相電流和勵(lì)磁電流分別加載至定、轉(zhuǎn)子繞組，計(jì)算在所述工況下的不 平衡磁拉力Fe，得到所述不平衡磁拉力^與動(dòng)偏心程度e及轉(zhuǎn)子基頻振幅A的函數(shù)表達(dá) 式：
[0009]Fe=kee=KA(1)
[0010] 其中，k為所述基準(zhǔn)工況下動(dòng)偏心程度-不平衡磁拉力比例系數(shù)；K為所述基準(zhǔn)工 況下轉(zhuǎn)子基頻振幅-不平衡磁拉力比例系數(shù)；
[0011] B、隨機(jī)選取所述汽輪發(fā)電機(jī)在6個(gè)不同工況i、j、m、n、k、h，所述各工況下有功分 別為PpP_PPn、Pn、匕和Ph，無(wú)功分別為4、Q_i、Qn、Qn、Qh;設(shè)定各工況下動(dòng)偏心程度e^ em、en、￡1<和eh;采用與步驟A相同的方法計(jì)算所述各工況下不平衡磁拉力F&Fy、F*、L、匕、匕，得到所述各工況下不平衡磁拉力Fei、F^Fm、FOT、Fek、Feh與動(dòng)偏心程度e;、 ej、em、en、e11及轉(zhuǎn)子基頻振幅八1、厶」、厶|11、厶11、厶 15和八11的函數(shù)表達(dá)式：
[0012]
(2)
[0013] 其中，kel、ke]、kOT、ken、MPkeh分別為所述各工況下動(dòng)偏心程度-不平衡磁拉力 比例系數(shù)；
[0014]C、所述各工況每?jī)蓚€(gè)結(jié)為一組，計(jì)算所述各組工況中，兩個(gè)工況下所述汽輪發(fā)電 機(jī)轉(zhuǎn)子所受的合力之比；所述各組工況中汽輪發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子所受的合力的計(jì)算方法相同；所 述工況i和j結(jié)為第一組工況，所述工況i和j下汽輪發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子所受的合力Fs_和Fsunu 分別為：
[0017] 其中，F(xiàn)m。表示轉(zhuǎn)子不平衡質(zhì)量所產(chǎn)生的離心力，a表示不平衡質(zhì)量相對(duì)轉(zhuǎn)子N極 軸線夾角，1和0 .,分別表示不平衡磁拉力hJPFy與轉(zhuǎn)子N極軸線的夾角；
[0018] 所述各組工況中，所述汽輪發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子在兩個(gè)工況下所受的合力之比等于其基頻 振幅之比，分別為：
[0019]
(5)
[0020] 其中，Un、0 #口ej別表示不平衡磁拉力Feni、Fen、Fek和Feh與轉(zhuǎn)子N極軸 線的夾角；
[0021] D、聯(lián)立⑵式和（5)式，求解所述轉(zhuǎn)子不平衡質(zhì)量所產(chǎn)生的離心力FM。、不平衡質(zhì) 量相對(duì)轉(zhuǎn)子N極軸線夾角a和基準(zhǔn)工況下轉(zhuǎn)子基頻振幅-不平衡磁拉力比例系數(shù)K。
[0022] 所述汽輪發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子質(zhì)量不平衡產(chǎn)生的離心力的大小和方向?yàn)镹次求解結(jié)果的 平均值，N> 1，每次求解選擇的工況各不相同。
[0023] 采用上述技術(shù)方案所產(chǎn)生的有益效果在于：
[0024] 本發(fā)明可以較準(zhǔn)確地評(píng)估發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子的質(zhì)量不平衡狀態(tài)，為機(jī)組動(dòng)平衡提供支 持，避免多次配重帶來(lái)的經(jīng)濟(jì)成本和啟停機(jī)危害，使機(jī)組振動(dòng)盡快恢復(fù)到正常范圍。
【附圖說(shuō)明】
[0025]圖1是本發(fā)明中汽輪發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子質(zhì)量不平衡產(chǎn)生的離心力的大小和方向求解方 法的流程圖；
[0026] 圖2是轉(zhuǎn)子質(zhì)量不平衡示意圖；
[0027] 圖3是QFSN-200-2發(fā)電機(jī)不平衡磁拉力幅值隨動(dòng)偏心方向變化規(guī)律；
[0028] 圖4是QFSN-200-2發(fā)電機(jī)不平衡磁拉力方向隨動(dòng)偏心方向變化規(guī)律；
[0029] 圖5是不平衡磁拉力與動(dòng)偏心程度關(guān)系；
[0030] 圖6是QFSN-200-2發(fā)電機(jī)不平衡磁拉力幅值隨P、Q變化規(guī)律；
[0031] 圖7是QFSN-200-2發(fā)電機(jī)不平衡磁拉力方向隨P、Q變化規(guī)律；
[0032] 圖8是振動(dòng)信號(hào)相位檢測(cè)原理圖；
[0033] 圖9是不同運(yùn)行工況時(shí)不平衡磁拉力及合力向量圖；
[0034] 圖10是QFSN-350-2型發(fā)電機(jī)組軸系結(jié)構(gòu)；
[0035] 圖11是QFSN-350-2型發(fā)電機(jī)組功率與軸系振動(dòng)幅值；
[0036] 圖12是QFSN-350-2型發(fā)電機(jī)組功率與軸系振動(dòng)相位；
[0037] 圖13是k隨發(fā)電機(jī)運(yùn)行狀態(tài)變化規(guī)律；
[0038] 圖14是0隨發(fā)電機(jī)運(yùn)行狀態(tài)變化規(guī)律；
[0039] 圖中，I-發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子，2-振動(dòng)傳感器，3-電禍流傳感器，4-轉(zhuǎn)子鍵槽，5-最小氣隙 方向，6-鍵相信號(hào)。
【具體實(shí)施方式】
[0040] 下面結(jié)合附圖和【具體實(shí)施方式】對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說(shuō)明。
[0041] 一種汽輪發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子質(zhì)量不平衡評(píng)估方法，利用所述汽輪發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子質(zhì)量不平衡 產(chǎn)生的離心力的大小和方向，對(duì)所述汽輪發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子質(zhì)量不平衡程度的進(jìn)行評(píng)估。
[0042] 如圖1所示，所述汽輪發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子質(zhì)量不平衡產(chǎn)生的離心力的大小和方向的求解 方法包括以下步驟：
[0043]A、設(shè)定動(dòng)偏心程度e，在所述汽輪發(fā)電機(jī)的基準(zhǔn)工況下，其有功和無(wú)功分別為P 和Q，采集其動(dòng)偏心方向；在設(shè)定的動(dòng)偏心程度和已知的動(dòng)偏心方向下建立發(fā)電機(jī)二維數(shù) 值仿真模型，將定子三相電流和勵(lì)磁電流分別加載至定、轉(zhuǎn)子繞組，計(jì)算在所述工況下的不 平衡磁拉力Fe，得到所述不平衡磁拉力^與動(dòng)偏心程度e及轉(zhuǎn)子基頻振幅A的函數(shù)表達(dá) 式：
[0044]Fe=kee=KA(1)
[0045] 其中，k為所述基準(zhǔn)工況下動(dòng)偏心程度-不平衡磁拉力比例系數(shù)；K為所述基準(zhǔn)工 況下轉(zhuǎn)子基頻振幅-不平衡磁拉力比例系數(shù)；
[0046]B、隨機(jī)選取所述汽輪發(fā)電機(jī)在6個(gè)不同工況i、j、m、n、k、h，所述各工況下有功分 別為PpP_PPn、Pn、匕和Ph，無(wú)功分別為4、Q_i、Qn、Qn、Qh;設(shè)定各工況下動(dòng)偏心程度￡ ^ em、en、￡1<和eh;采用與步驟A相同的方法計(jì)算所述各工況下不平衡磁拉力F&Fy、F*、L、匕、匕，得到所述各工況下不平衡磁拉力Fei、F^Fm、FOT、Fek、Feh與動(dòng)偏心程度e;、 ej、em、en、e11及轉(zhuǎn)子基頻振幅八1、厶」、厶|11、厶11、厶 1