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　　汽輪發(fā)電機(jī)組軸系扭轉(zhuǎn)振動(dòng)測(cè)試陳勇（南京林業(yè)大學(xué)機(jī)械電子工程學(xué)院，江蘇南京210037）技術(shù)要點(diǎn)。試驗(yàn)結(jié)果表明，穩(wěn)態(tài)不對(duì)稱短路變頻激振法不僅能夠測(cè)得軸系低階固有頻率，而且能夠測(cè)得一些高階頻率。

　　為防止汽輪發(fā)電機(jī)組的扭振破壞，從設(shè)計(jì)制造階段開始就應(yīng)進(jìn)行盡可能準(zhǔn)確的分析計(jì)算，掌握和控制其扭振特性。但由于汽輪發(fā)電機(jī)組結(jié)構(gòu)、扭振模式和機(jī)理的復(fù)雜性，使得任何理論分析和計(jì)算都或多或少存在誤差，這就要靠模擬和實(shí)機(jī)試驗(yàn)來修正軸系扭振試驗(yàn)主要測(cè)試軸系的固有頻率及振型。測(cè)試是通過一定的測(cè)量方法在軸系運(yùn)轉(zhuǎn)過程中，消除平均角速度影響的基礎(chǔ)上，測(cè)取由交變角速度引起的交變弧長(zhǎng)（或扭角）及其扭振交變角速度（或頻率）所測(cè)得的動(dòng)態(tài)過程可以是測(cè)點(diǎn)處扭振的角位移變化規(guī)律，也可以是該點(diǎn)的扭應(yīng)變（應(yīng)力）變化的規(guī)律。

　　測(cè)試方法1.1激振現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)時(shí)，為根據(jù)響應(yīng)測(cè)出固有頻率，必須人為激起軸系做扭轉(zhuǎn)振動(dòng)。國(guó)內(nèi)外的理論分析與試驗(yàn)研究表明，主要可采用5種機(jī)械或電氣激振方法：盤車起合激振；并網(wǎng)激振；起合串補(bǔ)電容激振；穩(wěn)態(tài)不對(duì)稱短路變頻激振；勵(lì)磁變頻激振。

　　穩(wěn)態(tài)不對(duì)稱短路變頻激振就是在汽輪機(jī)升、降速過程中施加遠(yuǎn)小于額定值的勵(lì)磁電流，再使發(fā)電機(jī)直接或通過一外接阻抗進(jìn)行不對(duì)稱短接或負(fù)載運(yùn)行，從而產(chǎn)生一負(fù)序電流分量，此分量電流將產(chǎn)生一反向旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，它和正向旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)相互作用，產(chǎn)生一個(gè)兩倍基頻的交變扭矩，從而激起軸系扭振。這是一種穩(wěn)態(tài)激振。

　　采用穩(wěn)態(tài)不對(duì)稱短路變頻激振進(jìn)行測(cè)試時(shí)只涉及機(jī)組本身，與電網(wǎng)無關(guān)，因此可以避免在機(jī)、網(wǎng)聯(lián)*：2001―合運(yùn)行時(shí)給測(cè)試帶來的影響。測(cè)試時(shí)需注意：（1）升降速過程中速度變化不宜太快。至少在可能的固有頻率（計(jì)算值）相對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)速附近，轉(zhuǎn)速變化要慢，以便產(chǎn)生有效的共振現(xiàn)象，以利于測(cè)量與分析；（2）從測(cè)試角度看，希望穩(wěn)態(tài)不對(duì)稱短路產(chǎn)生的負(fù)序電流大些，較大的負(fù)序電流產(chǎn)生較大的電磁轉(zhuǎn)矩，容易激起軸系扭振。但出于對(duì)發(fā)電機(jī)的安全考慮，負(fù)序電流的大小又必須限定在一定的范圍內(nèi)。對(duì)于200MW機(jī)組，通常負(fù)序電流的標(biāo)幺值小于7% ~10%；（3）從電氣故障反推可以知道，能使定子中出現(xiàn)負(fù)序磁場(chǎng)的方法有多種。就線路接線方式而言，可以單相接地（或加電阻，或電感負(fù)載）兩相短路（或力口電阻，或電感負(fù)載）。短路點(diǎn)可以選在升壓變壓器（主變）的高壓側(cè)，還可以在廠高變的低壓側(cè)；（4）提供勵(lì)磁電流的方式有3種，即機(jī)組自身勵(lì)磁系統(tǒng)、備勵(lì)和外接勵(lì)磁電源。

　　1.2扭振信號(hào)測(cè)量扭振信號(hào)測(cè)量方法有接觸測(cè)量和非接觸測(cè)量。接觸測(cè)量的優(yōu)點(diǎn)是能直接測(cè)得軸的應(yīng)力，缺點(diǎn)是信噪比低，測(cè)量精度低，使用壽命有限。國(guó)內(nèi)在現(xiàn)場(chǎng)扭振測(cè)量中一般不采用這種方法。非接觸測(cè)量則采用的不均勻脈沖信號(hào)，通過二次儀表的解調(diào)處理后達(dá)到測(cè)量扭振的目的。在扭振試驗(yàn)中該方法多被采用，它的優(yōu)點(diǎn)是簡(jiǎn)單可靠，可以用于長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)，但該方法測(cè)得的是角位移，需經(jīng)過換算才得到扭應(yīng)力。

　　1.測(cè)點(diǎn)布置測(cè)點(diǎn)布置是實(shí)機(jī)測(cè)試中的重要環(huán)節(jié)，測(cè)點(diǎn)位置選擇妥當(dāng)與否，直接關(guān)系到測(cè)試結(jié)果的準(zhǔn)確性。由振動(dòng)分析可知，在機(jī)組軸系扭振系統(tǒng)中，各軸段的扭振振幅各不相同，結(jié)點(diǎn)附近的扭振角位移幅值很小，而扭應(yīng)變（應(yīng)力）很大。采用非接觸測(cè)齒輪測(cè)量時(shí)，往往希望齒輪一探頭拾振裝置置于角位移幅值較大處；而用應(yīng)變儀直接測(cè)取軸段扭應(yīng)變時(shí)，則應(yīng)將應(yīng)變片貼在較大扭應(yīng)變軸段上。因此，在實(shí)機(jī)測(cè)試前最好對(duì)該機(jī)組軸系進(jìn)行扭振特性計(jì)算，結(jié)合其振型來選擇測(cè)點(diǎn)，使扭振測(cè)量得到較好的效果。但實(shí)機(jī)測(cè)試點(diǎn)布置受到機(jī)組軸系結(jié)構(gòu)等因素的限制，上述要求無法全部滿足。因此在測(cè)點(diǎn)布置時(shí)應(yīng)根據(jù)機(jī)組軸系的實(shí)際情況，結(jié)合軸系扭振特性的理論分析計(jì)算綜合考慮多方面問題1.4扭振測(cè)試系統(tǒng)測(cè)試系統(tǒng)主要由傳感器或應(yīng)變儀、扭振分析儀、記錄儀和示波器等組成。采用非接觸測(cè)齒法測(cè)量扭振角位移時(shí)，選用磁電式、渦流式或光電式傳感器，扭應(yīng)變（應(yīng)力）測(cè)試中選用電阻式應(yīng)變片。扭振分析儀將傳感器或應(yīng)變片輸出的微弱扭振信號(hào)進(jìn)行整形、放大、濾波等處理后，顯示和輸出扭振角位移或扭應(yīng)變的幅值。試驗(yàn)中常用磁帶記錄儀記錄扭振信號(hào)。

　　實(shí)機(jī)測(cè)試D發(fā)電廠1機(jī)是1984年東方汽輪機(jī)廠生產(chǎn)的N200低壓轉(zhuǎn)子、發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子和勵(lì)磁機(jī)轉(zhuǎn)子。軸系簡(jiǎn)圖參見。

　　試驗(yàn)采用穩(wěn)態(tài)不對(duì)稱短路變頻激振。實(shí)施時(shí)，發(fā)電機(jī)與電網(wǎng)解列，在主變高壓側(cè)人為造成B、C兩相短路。然后改變轉(zhuǎn)速以獲得不同頻率的激勵(lì)，同時(shí)測(cè)量記錄軸系扭振響應(yīng)，從而確定其扭振固有頻率和振型。

　　軸向位置測(cè)點(diǎn)特征傳感器類型測(cè)速齒輪齒輪磁阻式傳感器盤車齒輪齒輪磁阻式傳感器接長(zhǎng)軸4瓦側(cè)反光帶光電傳感器5.6瓦間軸段反光帶光電傳感器主勵(lì)磁機(jī)前對(duì)輪反光帶光電傳感器主勵(lì)磁機(jī)后軸頸齒輪磁阻式傳感器試驗(yàn)時(shí)使用兩通道扭振記錄分析儀，頻率范圍是0.2~2500Hz；磁帶記錄儀為21通道，頻率范圍是0~5kHz，試驗(yàn)時(shí)帶速為19.0cm/s.軸系上采用6個(gè)測(cè)點(diǎn)布置見表1，測(cè)試與計(jì)算結(jié)果見表2.由試驗(yàn)結(jié)果可以看出，試驗(yàn)不僅成功地測(cè)出低階固有頻率，而且測(cè)得了一些高階固有頻率。其中，第4階固有頻率50.70Hz位于要求避開的頻率范圍之內(nèi)；在97 ~104Hz之內(nèi)不存在固有頻率，軸系的扭振頻率在2倍頻區(qū)間是合格的。

　　在對(duì)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子施加2倍頻激振條件下，不僅表2測(cè)試與計(jì)算結(jié)果容易激起低階模態(tài)，16.階次測(cè)試值計(jì)算值119.17激振方法相比，能激起較多的高階模態(tài)。

　　但出于機(jī)組安全考慮，負(fù)序電流只能控制在較小值，更高階的模態(tài)不易被激起。進(jìn)一步分析可知，軸系各階扭振共振響應(yīng)并非在任意形式的激勵(lì)下都可以全部被激起來，和橫向振動(dòng)一樣。南京：東南大學(xué)出版社，1994：劉英哲。汽輪發(fā)電機(jī)組扭轉(zhuǎn)振動(dòng)。南京：東南大學(xué)出版社，1997.陸頌元。汽輪發(fā)電機(jī)組振動(dòng)。南京：東南大學(xué)出版社，1998.哈爾濱汽輪機(jī)廠。20萬千瓦汽輪機(jī)的結(jié)構(gòu)。北京：水利電力出版社，1992陳勇。汽輪發(fā)電機(jī)組軸系不平衡振動(dòng)響應(yīng)。南京林業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2000簡(jiǎn)訊（責(zé)任編輯李燕文）林木遺傳和基因工程重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室列入江蘇省重點(diǎn)建設(shè)計(jì)劃根據(jù)江蘇省高校重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室項(xiàng)目建設(shè)的要求，江蘇省教育廳于2001年10月26日對(duì)我校林木遺傳和基因工程重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行了專家論證。

　　經(jīng)專家論證和實(shí)地考察，認(rèn)為該實(shí)驗(yàn)室建設(shè)目標(biāo)和研究方向明確，立足本學(xué)科前沿，實(shí)驗(yàn)室布局合理，研究力量雄厚，并具有先進(jìn)的研究手段和良好的工作基礎(chǔ)。建議列入江蘇省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室建設(shè)計(jì)劃。

　　近日江蘇省教育廳正式批準(zhǔn)我校“林木遺傳和基因工程重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室”在“十五”期間列入省級(jí)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室建設(shè)計(jì)劃。

　　（科技處）