hec 600mw 汽轮发电机定子模态及振动试验研究

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1、HEC600MW汽轮发电机定子模态及振动试验研究摘要：介绍了哈电制造的600MVA　　额定功率　　　　　600Min2　研究内容2.1　模态试验　定子模态试验在总装试验平台上进行，与机组在电厂运行状态完全一致，试验的模态参数反映了机组实际运行的动态特性。2.2　铁心、机座、轴承座振动测量　机座、轴承座的振动是国标要求的，也是电厂运行监测参数。我们严格按照国家标准及工厂标准进行机座的振动试验和分析。2.3　弹簧板隔振系数测量　由型式试验定子铁心和机座的振动试验确定弹簧板隔振系数。3　试验方法和原理3.1　定子模态试验［2］　　本次试验采用锤击试验方法，用力锤对定子机

2、座进行缴振，同时测量激振力和加速度响应，用磁带机记录力信号和响应信号，再送入结构动态分析仪对力信号和响应信号进行傅立叶变换，从而获得各点频响函数，对频响函数进行曲线拟和后得到系统的模态参数。　　系统运动微分方程　　　　　　(1)　　　　仅讨论粘性阻尼时，位移X(f)对外力F(f)的传递函数关系为　　　　(2)　　写成矩阵形式　　　　　　(3)　　　　(4)　　　　传递函数Hij表示在j点作用一个单位外力，在i点引起的响应。由Hij的表达式可见，不论在机械的哪一点测量，得到的传递函数的分母相同。因为它与激振点无关，只与频率和阻尼比有关。分子则与模态刚度、质量、激

3、振点和响应点的模态值大小有关。所以，用一个传递函数就可以求出固有频率、阻尼比；为了求振动模态，则要求出传递函数矩阵中的一行或者一列。　由式(4)可见，为了得到i,j点之间的传递函数，仅在j点加激振力(单点激振)，测量i点的响应，则可求出Hij。　由振动模态的定义可知，它不是绝对量(指有单位)，而是仅表示各点间的相对关系，且为无因次量。因此，通常按　　　　a)基准点处(传递函数矩阵中的某一对角分量)为1。　b)模态质量为1。　　c)振动模态向量长度为。　　进行正则化，其值本身是个相对量。如果现在利用a)以基准点为1的正则化，当基准点为l时，对l测量传递函数则可得到｛Hl1

4、Hl2…Hll…Hlm｝。　由式(4)　　　　　　　　　　　　　对于基准点l有φlr=1,则能求得mr。再将mr代入其他的传递函数，依次求得振动模态为｛φ1φ2…1…φm｝r，振动模态求出之后，按照式(3)，各振动模态相乘便能计算出传递函数矩阵的全部分量，即可掌握机械对象的动态特性。　在测量某一行时，将响应点固定在l点上，而将激振点从1移动到m；反之，在测量某一列时，固定激振点，而依次移动响应点，同样地也可求出振动模态。3.2　振动测量［3］　　用加速度、速度或位移传感器拾取所测部位的振动信号，经过前置放大器进入磁带机或数字矢量滤波器，并用动态信号分析仪进行频谱分

5、析。　一般在稳态情况下振动的加速度信号可写为　　　　(5)式中，a(t)为结构振动加速度；ωi为第i次谐波角频率；Ai为第i次谐波幅值；αi第i次谐波相位角。　　对式(5)做两次积分，得到与位移相对应的信号，即　　　(6)　　式中βi=αi+180°　机组运行中，机座主要受50Hz工频干扰力和100Hz倍频干扰力作用，其他谐波振动幅值非常小，完全可以忽略。所以，主要研究频率为50Hz和100Hz的振动，通过频谱分析获得50Hz和100Hz加速度振动幅值，由式(6)得到相应频率下的位移幅值。或者将所采集的加速度信号直接进行数值积分得到振动位移；积分也可

6、以用带有两次积分的电荷放大器来完成。3.3　弹簧板隔振系数　　弹簧板是连接铁心与机座的弹性元件，其作用是减振，削弱铁心对机座的振动。因为铁心主要受100Hz电磁力振动，所以弹簧板主要隔离铁心的100Hz振动，其隔振效果由隔振系数K来确定。　　4　测点布置　　模态试验采用锤击试验单点激振法，在定子机座轴向中部沿圆周均匀布置24个点测量响应，激振点选在该圆周的顶部。　振动试验测点布置分别如图1、图2所示。图1　机座振动测点布置(测点13为机座轴向测点)图2　铁心和机座振动测点布置5　试验结果分析　模态拟合得到定子的椭圆振型固有频率为123Hz。满足椭圆振型固有频率

7、避开电磁力频率±10%的要求。　振幅测试结果见表1～表3。　　由表1机座振动幅值及频率可见，在空载和稳态短路工况时，机座11号测点通频振幅最大值21.5μm，2号测点100Hz振幅最大值7μm，均满足设计要求。其他测点振幅较小。　　由表2轴承座振动幅值可见，励端轴承座的振动略大于汽端，其水平和垂直方向振幅分别为8μm和21μm，均低于国家标准30μm，也低于哈电公司创优标准25μm；轴向振动幅值最大17μm，远低于国家标准38μm。　　由表3铁心、机座径向振动可知，在额定空载工况，