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　　姚大坤\曲大莊2（1.哈爾濱大電機研究所，黑龍江哈爾濱150040；2哈爾濱動力設備股份有限公司，黑龍江哈爾濱150040）摘*：介紹了哈電制造的600MW汽輪發(fā)電機定子模態(tài)及振動性能試驗研究。給出了定子的橢固固有杪剩ㄗ猶心、機座、軸承座的振動幅值及定子機座的隔振系，可供600MW汽輪發(fā)電機運行及大型汽輪發(fā)電機組的設計和制造。

　　前言隨著我國電力事業(yè)的蓬勃發(fā)展，火電機組的單機容童在不斷增大，火電建設正逐步過渡到以國產600MW機組為主的新局面W.本文介紹哈電制造的HEC 600MW汽輪發(fā)電機定子模態(tài)及振動試驗情況，供600MW汽輪發(fā)電機運行及大型汽輪發(fā)電機組的設計和制造。

　　汽輪發(fā)電機在運行過程中，定子將受到轉子磁拉力作用，產生兩倍系統(tǒng)頻率的強迫振動，對于系統(tǒng)頻率為50HZ的發(fā)電機，這一激振力頻率為100Hz，并且沿圓周方向橢圓分布。倘若定子橢圓模態(tài)固有頻率等于或接近1Hz，機座就可能發(fā)生共振，從而產生很大的振動，影響機組的正常運行，甚至發(fā)生事故。

　　我們通過試驗獲得了HEC600MW汽輪發(fā)電機定子的試驗模態(tài)參數(shù)，從而考察了定子的動態(tài)特性，并對有限元計算方法進行修正。

　　機組的設計是否合理，最終要通過現(xiàn)場運行來評定�，F(xiàn)場振動測童和分析是考核其機械性能的最終標準。我們通過型式試驗，模擬了現(xiàn)場實際運行的各種受力工況，并進行試驗和分析，以預測電廠運行的振動情況。因為廠內試驗振動估算是偏保守的，所以型式試驗足以代表電廠運行狀況。

　　HEC600MW汽輪發(fā)電機定子鐵心與機座之間采用立式彈簧板來隔振，其隔振效果直接關系到機座的壽命和正常運行。立式彈簧板結構不同于常規(guī)的臥式彈性定位筋，通過實測確定彈簧板的隔振系數(shù)，確保機組的安全運行，同時，為將來更大容量機組的隔振結構的設計和計算提供。

　　1機組主要參數(shù)最大連續(xù)出力654MW額定功率因數(shù)0.9 2研究內容2.1橫態(tài)試驗定子模態(tài)試驗在總裝試驗平臺上進行，與機組在電廠運行狀態(tài)完全一致，試驗的模態(tài)參數(shù)反映了機組實際運行的動態(tài)特性。

　　2.2鐵心、機座、軸承座振動測量機座、軸承座的振動是國標要求的，也是電廠運行監(jiān)測參數(shù)。我們嚴格按照國家標準及工廠標準進行機座的振動試驗和分析。

　　2.3彈簧板隔振系數(shù)測置由型式試驗定子鐵心和機座的振動試驗確定彈簧板隔振系數(shù)。

　　3試驗方法和原理3.1定子橫態(tài)試驗本次試驗采用錘擊試驗方法，用力錘對定子機座進行繳振，同時測量激振力和加速度響應，用磁帶機記錄力信號和響應信號，再送人結構動態(tài)分析儀對力眷信號和響應信號進行傅立葉變換，從而獲得各點頻響函數(shù)，對頻響函數(shù)進行曲線擬和后得到系統(tǒng)的模態(tài)參數(shù)。

　　系統(tǒng)運動微分方程僅討論粘性阻尼時，位移X（/）對外力F（/）的傳遞函數(shù)關系為W丨丨傳遞函數(shù)力表示在y點作用一個單位外力，在i點引起的響應。由的表達式可見，不論在機械的哪一點測量，得到的傳遞函數(shù)的分母相同。因為它與激振點無關，只與頻率和阻尼比有關。分子則與模態(tài)剛度、質量、激振點和響應點的模態(tài)值大小有關。所以，用一個傳遞函數(shù)就可以求出固有頻率、阻尼比；為了求振動模態(tài)，則要求出傳遞函數(shù)矩陣中的一行或者一列。

　　由式（4）可見，為了得到心點之間的傳遞函數(shù)，僅在y點加激振力（單點激振），測量；點的響應，則可求出wy.由振動模態(tài)的定義可知，它不是絕對量（指有單位），而是僅表示各點間的相對關系，且為無因次量。

　　因此，通常按a）基準點處（傳遞函數(shù)矩陣中的某一對角分量）為I.進行正則化，其值本身是個相對量。如果現(xiàn)在利用a）以基準點為1的正則化，當基準點為/時，對Z測量傳遞函數(shù)則可得到I…|. 1，則能求得再將'代人其他的傳遞函數(shù)，依次求得振動模態(tài)為丨態(tài)相乘便能計算出傳遞函數(shù)矩陣的全部分量，即可掌握機械對象的動態(tài)特性。

　　在測量某一行時，將響應點固定在/點上，而將激振點從1移動到m；反之，在測量某一列時，固定激振點，而依次移動響應點，同樣地也可求出振動模態(tài)。

　　3.2振動測置⑶用加速度、速度或位移傳感器拾取所測部位的振動信號，經過前置放大器進人磁帶機或數(shù)字矢量濾波器，并用動態(tài)信號分析儀進行頻譜分析。

　　一般在穩(wěn)態(tài)情況下振動的加速度信號可寫為率；次為第i次諧波幅值；a，第；次諧波相位角。

　　對式（5）做兩次積分，得到與位移相對應的信號，即機組運行中，機座主要受50Hz工頻干擾力和100Hz倍頻干擾力作用，其他諧波振動幅值非常小，完全可以忽略。所以，主要研究頻率為50出和100Hz的振動，通過頻譜分析獲得50Hz和100Hz加速度振動幅值，由式（6）得到相應頻率下的位移幅值�；蛘邔⑺�采集的加速度信號直接進行數(shù)值積分得到振動位移；積分也可以用帶有兩次積分的電荷放大器來完成。

　　3.3彈簧板隔振系數(shù)彈簧板是連接鐵心與機座的彈性元件，其作用是減振，削弱鐵心對機座的振動。因為鐵心主要受100Hz電磁力振動，所以彈簧板主要隔離鐵心的100Hz振動，其隔振效果由隔振系數(shù)K來確定。

　　鐵心100Hz振幅由式（4）模態(tài)試驗采用錘擊試驗單點激振法，在定子機座軸向中部沿圓周均勻布置24個點測量響應，激振點選在該圓周的頂部。

　　振動試驗測點布置分別如、所示。

　　5試驗結果分析模態(tài)擬合得到定子的橢圓振型固有頻率為123Hz.滿足橢圓振型固有頻率避開電磁力頻率*10%的要求。

　　由表1機座振動幅值及頻率可見，在空載和穩(wěn)態(tài)短路工況時，機座11號測點通頻振幅最大值21.5jun，2號測點100Hz振幅最大值7jun，均滿足設計要求。其他測點振幅較小。

　　由表2軸承座振動幅值可見，勵端軸承座的振動略大于汽端，其水平直方向振幅分別為8叫和21jun，均低于國家標準30jun，也低于哈電公司創(chuàng)優(yōu)標準25jjun；軸向振動幅值最大17jun，遠低于國家標準38由表3鐵心、機座徑向振動可知，在額定空載工況，鐵心2個測點100Hz振幅的平均值為18.5jim，機座4個測點100Hz振幅平均值為2.2jtm，由此可得彈性定位筋隔振系數(shù)為8.4. 6小結HEC600MW汽輪發(fā)電機定子機座橢圓形模態(tài)固有頻率123Hz，避開100Hz電磁力頻率足夠遠，說明該機組的動力設計是合理的，機組運行時，機座不會產生較大的振動。

　　HEC600MW汽輪發(fā)電機定子振動幅值完全符合國家標準，可保證機組的長期安全運行。

　　本文介紹的汽輪發(fā)電機定子模態(tài)及振動性能試驗方法，適用于新機型式試驗和現(xiàn)場試驗對發(fā)電機振動性能的考核與評價。

　　表1定空栽和錙定路工況機廑振幅峰值及鐸率工況空載穩(wěn)態(tài)短路l./N鐸率通鐸通頻表2額定轉速工況，機座、軸承座振動甍值及頻率pm汽端軸承座勵端軸承座機座水平重直軸向水平重直軸向表3額定空載工況，鐵心、機座徑向振動100Hz峰-峰值鄭兆昌。機械振動。北京：機械工業(yè)出版社，1982.機座鐵心