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2009600MW超临界机组高中压转子弯曲的动平衡修复


第 38 卷   4 期 第 热 力                   THERMAL 2009 年 12 月

Vol 透 平                  . 38 No . 4 TURB IN E Dec. 2009

600MW 超临界机组高中压转子弯曲的动平衡修复
肖高绘 ,葛   ,蒋浦宁 ,李道云 庆
( 上海电气电站设备有限公司上海汽轮机厂设计研究所 ,上海 200240)

摘   : 某 600MW 超临界机组高中压转子由于弯曲变形无法正常运行 , 根据汽轮发电机组转子不平衡产生 要 的机理 ,分析计算了该转子由于弯曲变形而导致的理论不平衡量 ,并采用动平衡加载平衡块进行修复 。通过 采用此方法不但成功解决了此转子的弯曲问题 ,而且为以后处理类似问题积累了宝贵的经验 。 关键词 :600MW ; 高中压转子 ; 弯曲变形 ; 不平衡量 ; 动平衡试验 中图分类号 : T K263. 6 + 1      文献标识码 :A      文章编号 :1672 - 5549 ( 2009) 04 - 0259 - 04

because of deflection , t he paper analyzes and calculates t he unbalance caused by t he roto r deflection t heoretically and gives t he measure to repair t he deflectio n by adding t he balance weight . It is demonst rated t hat t he measure can not only solve t he rotor deflection p ro blem , but also p rovide valuable experiences fo r dealing wit h t he same issue in f ut ure. Key words :   600MW ; H P2IP roto r ; deflectio n ; amount of unbalance ; dynamic balance test

0  概述

某电厂 600M W 超临界汽轮机组为上海汽轮 机厂制造 ,在运行过程中由于未完全满足运行限 制条件 ,造成高中压转子严重弯曲 ,最大弯曲值达 到 0. 22mm ,使机组无法正常运行 。事故发生后 电厂及时向上海汽轮机厂产品服务部门报告相关 情况 ,并将转子运回制造厂进行处理 。 经厂内服务 、 、 设计 工艺部门及电厂相关技术 人员共同讨论并综合考虑工期 、 设备限制等客观 条件 ,最终形成两种处理方案 : 一是直接将转子校 直 ,但工艺过程复杂 ,而且由于 600M W 高中压转 子相对原有同类处理经验的转子具有更高的抗弯 模量 ,需要很粗壮的弯轴设备及较大的直轴载荷 , 容易使转子受损 ,风险较大 ; 其次就是对转子进行
收稿日期 :2009 - 02 - 27

作者简介 : 肖高绘 (1982 - ) ,助理工程师 ,2005 年毕业于重庆大学 ,目前在上海汽轮机厂从事强度及轴系计算方面的工作 。

Abstract :  Fo r t he issue t hat t he H P2IP rotor for a 600MW supercritical unit is unable to operate normally

Solving Deflection of HP2IP Rotor f or a 600MW Supercritical Unit by Dynamic Balance Test
(De sign & Re search Institute of Shanghai Electric Power Generation Equipment Co . Ltd. Shanghai Turbine Plant , Shanghai 200240 , China)

X I A O Gao2h ui , G E Qi n g , J I A N G Pu2ni n g , L I D ao2y un

去应力处理后直接进行不平衡量处理及动平衡调 试 。此方法工艺简单 、 安全性高 、 经济合理 , 但只 适用于较小不平衡量的转子修复 。通过对转子弯 曲现状进行初步的弯曲不平衡量计算及幅频特性 分析 ,我们决定采用第二种方案进行修复 。本文 就此次事故的处理过程及方法进行归纳与总结 , 以便在以后同类事故的处理上推广应用 。

1  转子不平衡

转子不平衡是由于转子质量分布不均 , 转子 旋转产生离心力所引起的 。不平衡 U 是一个具 有大小和方向的矢量 , 其大小为不平衡质量 u 和 不平衡质量的中心与轴线距离 r 的数量积 , 而其 方向则用不平衡相角或不平衡相位表示 。产生转 子不平衡的原因有很多 , 但主要有以下两种 :一是

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600MW 超临界机组高中压转子弯曲的动平衡修复

由材质密度不均及质量分布不均所造成 , 如图 1 ( a ) 所示 。此时不平衡 U 可表示为 : U = u ×R 式中 :U 为不平衡 ( g ? ) ; u 为不平衡质量 ( g ) ; mm R 为矢径 ( mm) 。 二是由于转子装配偏心及转轴弯曲等使整个 转子质心相对于旋转中心发生偏离引起的质量偏 心所造成 ,如图 1 ( b) 所示 。此时不平衡 U 可表示 为: U = e ×m

式中 :U 为不平衡 ( g ? ) ; m 为转子质量 ( kg) ; e mm μ 为质心偏移 ( m) 。 从以上分析可知 , 不平衡可表示为不平衡质 量 u 与矢径 R 的乘积 , 或表示为转子质量 m 与 e 的乘积 , 与转子的转速无关 。只有在转子旋转产 生了不平衡离心力时 , 如图 1 ( c ) 所示 , 不平衡才 与转子的转速有关 。由不平衡 U 产生的不平衡 惯性离心力 F 可表示为 : 2 ω F=U × 式中 ω为角速度 ( rad/ s) 。

(a) 分布质量不均       (b) 质量偏心      (c) 不平衡离心力

图1  转子不平衡矢量图

2  高中压转子变形计算分析
2. 1   转子初始弯曲量测量及初步计算分析

上海汽轮机厂接到该转子后立即对其实际弯 曲变形进行了测量 , 转子实测点及实测数据如图 2 、 3 ,及表 1 所示 : 图

图3  方位图

图 2   600MW 高中压转子弯曲值测点位置示意图 该 表1  高中压转子初始弯曲量实测数据 (mm)
检测项目 1
2 3 4 5 6 7 8 9 10

实测值 0. 23 0. 13 0. 01 0. 015 0. 06 0. 12 0. 20 0. 22 0. 22 0. 21 方位
5 5 12 5 13 1 14 1 15 1 16 1 1 1 1 B

检测项目 11 方位

17 瓢偏 A

实测值 0. 18 0. 21 0. 08 0. 05 0. 0250. 0050. 005
1 1 1 1 8 5 1

0. 17 0. 055 1 5

   为了准确 、 合理地解决由于转子结构复杂而 造成的测点离散度大的问题 , 我们根据转子实际

质量分布情况 , 通过实测变形量并采用线性插值 的方式近似计算出转子各处偏心量 , 如图 4 所示 (图中空心柱形线为根据转子质量分布情况而得到 的转子示意图 ,实心柱形线为放大 2000 倍后的转 子偏心量) ,通过转子偏心与质量分布之间的关系 得出转子弯曲产生的最大不平衡量约为 2. 388 kg ? ,如按照平衡孔节圆直径为 1152mm 计算 , m 可知需加的不平衡重量最大不会超过 4. 146kg 。 针对这一计算结果 , 我们认为采用车削及高速动 平衡试验的方法去不平衡量是可行的 。 由于转子在弯曲过程中可能因动静碰磨等因 素产生一定的内应力 ,而且随时效作用 ,应力释放 会造成转子进一步变形 。为确保该转子在动平衡 调试后其内应力状态不再改变 , 在进行转子车削 及高速动平衡调试前首先对该转子进行了热处理 去内应力的操作 。

第 4 期                      热 力 透 平

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图4  转子原始偏心量示意图

2. 2   转子去应力后不平衡量计算

通过对热处理去应力后高中压转子变形实 测值 ( 如图 5 所示 ) 进行分析 , 发现不论是偏心 , 还是偏心的相位值都与初始状态发生了较为明 显的变化 , 这说明转子确实存在一定内应力 , 必 须通过热处理释放应力来消除将来转子可能继

续出现的变形 。但由于在转子的每个截面上求 解几何偏心非常复杂 ,所以将整个转子按 4 个面 ( 如图 3 所示 :1 - 5 、 - 6 、 - 7 、 - 8 ) 分别求出 2 3 4 其不平衡 , 并根据不平衡所具有的力学特性 , 求 出此转子由于实际弯曲而产生的总不平衡量及 其所在的相对位置 。

图5  热处理后转子各面变形示意图

   从示意图可看到 :1 - 5 面和 2 - 6 面变形较 小 ,主要变形集中在 3 - 7 面和 4 - 8 面方向上 。 根据转子的质量分布及 4 个面的变形情况 , 可得各个面的不平衡量分别为 : U 1 - 5 = 0. 1005kg ? m U 2 - 6 = 0. 2349kg ? m

U U

3- 7 4- 8

= 0. 8493kg ? m = 1. 034kg ? m

经矢量叠加得转子由弯曲变形产生的总不平衡 约为 1. 8072kg ? ,如按平衡孔节圆直径 1152mm m 计算 ,则需加重 3. 15kg , 与测试点 1 之间夹角约 ( 为 105°沿测试点 1 顺时针方向) 的不平衡质量 。

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600MW 超临界机组高中压转子弯曲的动平衡修复

由于高中压转子在进行高速动平衡调试时不 应加载过大的不平衡块 ,3. 15kg 的施加重量虽能 勉强符合操作规范的要求 ,但考虑到转子出厂时已 经在一些位置上加载过平衡块 ,难免会给高速动平 衡调试带来很大的困难 。而且考虑到转子现场轴 系串联后与厂内单转子调试时边界条件有一定变 化 ,有可能还需再次进行动平衡调试 ,因此决定在 转子上再找 3 个平衡面以给厂内及现场动平衡调 试预留足够的平衡孔 ,并且在厂内动平衡前对转子 进行部分切削 ,以去除部分偏心引起的不平衡 。 从图 4 和图 2 可看到 : 在测点 6 、 、 、 、 9 10 11 12 及 14 附近进行车削去不平衡效果较好 ,理论车削 量为对应测点的偏心值 , 经模拟计算得车削后不 平衡量约为 : U 1 - 5 = 0. 1kg ? m U 2 - 6 = 0. 1617kg ? m U 3 - 7 = 0. 4032kg ? m U 4 - 8 = 0. 511kg ? m 经矢量叠加得转子去应力及车削后由于弯曲 变形产生的总不平衡约为 0. 891kg ? ,如按照平 m 衡孔节圆直径为 1152mm 计算 , 可知需加重约为 ( 1. 547kg 与测试点 1 之间夹角约为 99. 5°沿测试 点 1 顺时针方向) 的不平衡质量 。从以上计算结 果可知 ,经车削后由转子弯曲变形产生的不平衡 量明显减小 。

相对转子平衡面上 0 ” “ 孔位置的角度为 158. 25 + 304 - 360 = 102. 25°与计算结果 99. 5° , 非常接近 , 且整个动平衡调试过程所施加的平衡块重量为调 阀端 794g 、 机 端 741g 共 1. 535kg , 与 计 算 值 电 1. 547kg也很接近 。而且从现场反馈回来的消息 表明此转子经处理重新投运后运行状况良好 。 计算结果与实际动平衡调试的结果之间存在 一定差别 ,经分析认为可能是以下几方面的原因 造成的 : ( 1) 转子弯曲量的测量误差 ; ( 2) 转子模化产生的模拟偏差 ; ( 3) 在对转子进行偏心量插值处理时产生的 计算误差 ; ( 4) 实际转子除了由于弯曲变形产生的不平 衡量外 ,同时还存在着因转子加工 、 材质等因素引 起的不平衡量 ; ( 5) 计算考虑的车削量与实际车削量之间的 误差 。

4  结论
本次修复经验表明 , 通过对转子弯曲情况计 算得出的不平衡量 , 与实际动平衡试验测出结果 非常接近 ,其误差完全可以被实际工程应用所接 受 。因此我们认为 : 此次 600M W 超临界机组高 中压转子弯曲采用动平衡方法修复取得圆满成 功 ,且理论计算与实践验证结果一致性较好 ,说明 用此方法修复大型转子弯曲事故是可行的 , 值得 在将来同类事故修复上推广应用 。
参考文献 :
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3  高速动平衡调试
2008 年 11 月 21 日晚 ,转子完成平衡孔及车

削加工后在我厂动平衡试验室成功地完成了高速 动平衡调试 ,调试时动平衡机 0” “ 位相对转子上平 衡面 0” “ 孔位置的角度为 158. 25°且转子变形实 , 测值的 1” “ 点位置与转子平衡面 0” “ 孔位置基本一 致 。试验得转子一阶不平衡响应相位角为 304° ,
( 上接第 276 页)

版社 ,2007 年 4 月 .
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