張蓓　張潔

【摘 要】隨著發(fā)電機(jī)單機(jī)容量的日益增大，作為衡量發(fā)電機(jī)性能和運(yùn)行的可靠性的一項(xiàng)重要指標(biāo)，發(fā)電機(jī)定子繞組端部振動(dòng)問(wèn)題愈加重要，已經(jīng)受到發(fā)電機(jī)生產(chǎn)廠(chǎng)家及相關(guān)單位的重視。本文在現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)測(cè)量的基礎(chǔ)上，結(jié)合力和振動(dòng)的相關(guān)理論，利用發(fā)電機(jī)定子繞組端部特性測(cè)試系統(tǒng)對(duì)齊魯電機(jī)制造有限公司引進(jìn)法國(guó)ALSTOM公司技術(shù)生產(chǎn)的220Mw空冷汽輪發(fā)電機(jī)定子繞組端部的模態(tài)進(jìn)行測(cè)試和分析。

【關(guān)鍵詞】汽輪機(jī) 發(fā)電機(jī) 模態(tài)

隨著科學(xué)制造水平的進(jìn)步與提高，對(duì)電網(wǎng)運(yùn)行穩(wěn)定性的需求也不斷提高。大型發(fā)電機(jī)的安全運(yùn)行對(duì)整個(gè)電網(wǎng)的安全、穩(wěn)定運(yùn)行將起到越來(lái)越重要的作用。發(fā)電機(jī)單機(jī)容量逐漸增加，使汽輪發(fā)電機(jī)定子端部繞組需要承受的交流變電磁力逐漸的增大，也帶來(lái)了汽輪發(fā)電機(jī)定子端部繞端部振動(dòng)導(dǎo)致各類(lèi)問(wèn)題。因此，我們不僅要追求大容量電機(jī)在大型汽輪制造應(yīng)用，同時(shí)也要給予其電機(jī)定子繞組端部振動(dòng)問(wèn)題高度重視，以保證電網(wǎng)運(yùn)行的穩(wěn)定與安全。

1發(fā)電機(jī)通常采用的定子繞組端部結(jié)構(gòu)

大型汽輪發(fā)電機(jī)定子繞組端部振動(dòng)是設(shè)計(jì)、制造和運(yùn)行中的關(guān)鍵問(wèn)題。機(jī)組在穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí)，定子繞組端部除了要承受繞組中的作用力和定子鐵心承受的交變載荷，同時(shí)還要承受巨大的瞬態(tài)電磁力。而且隨著發(fā)電機(jī)的容量的不斷增加，受到的磁力隨之增大。抑制汽輪發(fā)電機(jī)定子繞組端部振動(dòng)的方法就是加強(qiáng)繞組端部的固定。目前，隨著發(fā)電機(jī)冷卻方式以及制造廠(chǎng)家的不同，大型汽輪發(fā)電機(jī)定子繞組端部固定方法也有所不同，根據(jù)不同容量機(jī)組其固定方式基本可分為綁扎式、壓板式和灌注式。

1.1綁扎式固定結(jié)構(gòu)

汽輪發(fā)電機(jī)端部大多采用綁扎式固定結(jié)構(gòu)，在綁扎式結(jié)構(gòu)中，一般使用環(huán)氧玻璃布層壓板和浸膠后，將上下層線(xiàn)棒通過(guò)綁環(huán)、墊塊、適形材料等固定在支架上進(jìn)行綁扎，以保證在發(fā)電機(jī)繞組端部不發(fā)生軸向位移。綁扎式結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)是工藝簡(jiǎn)單、可操作性強(qiáng)、散熱性好，足以承受200MW及以下汽輪發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的電磁力。但綁扎式固定方式的缺點(diǎn)是強(qiáng)度不高。

1.2壓板式固定結(jié)構(gòu)

壓板式固定結(jié)構(gòu)的壓板支架的線(xiàn)棒通過(guò)滌玻繩互相扎緊，斜邊間隙塞緊固定和綁扎后，用壓板進(jìn)行固定，以保證在發(fā)電機(jī)繞組端部部斜邊間隙不變，不發(fā)生軸向位移。壓板式固定結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)是增加了端部壓板，從而加強(qiáng)了對(duì)徑向力作用的承受強(qiáng)度。與綁扎式結(jié)構(gòu)相比，壓板式固定結(jié)構(gòu)兼顧了綁扎式固定結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)，在工藝上稍有些復(fù)雜，但仍屬一種比較簡(jiǎn)單易行的方法。雖然壓板式固定結(jié)構(gòu)提高了承受徑向力作用的強(qiáng)度，但與灌注式固定結(jié)構(gòu)相比，電磁力承受強(qiáng)度依然偏低。

1.3灌注式固定結(jié)構(gòu)

隨著汽輪發(fā)電機(jī)電壓等級(jí)的不斷升高，對(duì)繞組端部的固定強(qiáng)度要求也越來(lái)越大。因此產(chǎn)生了灌注式固定結(jié)構(gòu)。灌注式固定結(jié)構(gòu)在注膠前須將用環(huán)氧玻璃布層壓板和浸過(guò)膠的適形氈塞緊，并對(duì)內(nèi)、外壓圈進(jìn)行把合固定。這種固定結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)是注膠固化后成為一個(gè)整體，可以承受得住瞬間產(chǎn)生的極強(qiáng)的電磁力作用。灌注式固定結(jié)構(gòu)最大的不足之處是散熱性不夠，而且固化后成為一個(gè)整體不便于維修。

2大型汽輪發(fā)電機(jī)模態(tài)試驗(yàn)分析

2.1模態(tài)分析的概念

對(duì)發(fā)電機(jī)繞組端部整體結(jié)構(gòu)進(jìn)行振動(dòng)特性的模態(tài)分析是近年來(lái)保證發(fā)電機(jī)組安全運(yùn)行的有效方法之一。模態(tài)是機(jī)械結(jié)構(gòu)的固有振動(dòng)特性，包括固有頻率、阻尼比和模態(tài)振型。模態(tài)分析就是以振動(dòng)理論為基礎(chǔ)，建立在已知激勵(lì)條件下的響應(yīng)預(yù)測(cè)模型，獲得機(jī)械結(jié)構(gòu)的模態(tài)參數(shù)并進(jìn)行分析，進(jìn)而預(yù)測(cè)實(shí)際工作狀態(tài)下的動(dòng)力學(xué)特性。一般模態(tài)分析分為有限元分析法、基于輸入輸出模態(tài)試驗(yàn)的試驗(yàn)?zāi)B(tài)分析法和基于僅測(cè)量輸出的運(yùn)行模態(tài)分析法三種類(lèi)型。

2.2模態(tài)數(shù)據(jù)的要求

數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)主要測(cè)量信號(hào)源的輸入信號(hào)，并對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)處理。模態(tài)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)一般包括激勵(lì)設(shè)備、傳感系統(tǒng)、采集設(shè)備和模態(tài)分析軟件。對(duì)傳感系統(tǒng)的要求是頻響范圍在l-2000Hz之間，靈敏度范圍在100mv/g左右為宜；激勵(lì)設(shè)備通常采用力錘脈沖，對(duì)0～200Hz的頻率范圍，力錘脈沖持續(xù)時(shí)間約1.5ms；采集設(shè)備的頻率一般在10kHz以上，且至少有2個(gè)采集通道。在選擇模態(tài)數(shù)據(jù)測(cè)點(diǎn)位置、數(shù)量及測(cè)量方向時(shí)，要保證能夠顯示頻段內(nèi)所有模態(tài)的變形特征和區(qū)別，且測(cè)點(diǎn)數(shù)量不應(yīng)少于定子槽數(shù)的一半。

2.3模態(tài)分析的步驟

首先進(jìn)行動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)的采集。通常的做法是對(duì)結(jié)構(gòu)物施加一定動(dòng)態(tài)激勵(lì)，采集響應(yīng)信號(hào)并獲取模態(tài)參數(shù)。數(shù)據(jù)采集要求大量的振動(dòng)測(cè)量傳感器，保證至少同時(shí)采集兩個(gè)點(diǎn)的信號(hào)，因此試驗(yàn)成本較高。根據(jù)所采集是數(shù)據(jù)，隨后建立結(jié)構(gòu)模型作為計(jì)算及識(shí)別參數(shù)依據(jù)。根據(jù)識(shí)別方法不同，分為頻域建模和時(shí)域建模。按識(shí)別域的不同可分為頻域法、時(shí)域法和混合域法，相應(yīng)的參數(shù)識(shí)別方法也不盡相同。參數(shù)識(shí)別之后會(huì)得到結(jié)構(gòu)的模態(tài)參數(shù)模型，由于模態(tài)參數(shù)模型的結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，因此必須將放大了的振形疊加到原始的幾何形狀上。上述步驟完成之后，通用的模態(tài)分析軟件包進(jìn)行擬合，可得到實(shí)時(shí)三維動(dòng)畫(huà)顯示。

3 測(cè)試方法及結(jié)果

3.1測(cè)試對(duì)象

齊魯電機(jī)制造有限公司引進(jìn)法國(guó)ALST伽公司（原瑞士ABB公司）技術(shù)生產(chǎn)的ZOOMW～300MW大容量空內(nèi)冷汽輪發(fā)電機(jī)。

3.2測(cè)試方法

在對(duì)發(fā)電機(jī)端部定子繞組特性進(jìn)行項(xiàng)目試驗(yàn)時(shí)，采用3.4發(fā)電機(jī)定子繞組端部振動(dòng)特性測(cè)試系統(tǒng)，采用一點(diǎn)激勵(lì)多點(diǎn)響應(yīng)或者多點(diǎn)激勵(lì)一點(diǎn)響應(yīng)的方式，一點(diǎn)激勵(lì)二一四次，取平均值，并重點(diǎn)分析固有頻率在94Hz～115Hz范圍內(nèi)的模態(tài)。

4 結(jié)語(yǔ)

我國(guó)在模態(tài)分析工作起步較晚，但發(fā)展迅速，目前模態(tài)分析已滲透到我國(guó)各個(gè)工程領(lǐng)域，并取得了不少成就。汽輪發(fā)電機(jī)端部繞組結(jié)構(gòu)復(fù)雜，只能在機(jī)組生產(chǎn)后實(shí)際測(cè)量。通過(guò)汽輪發(fā)電機(jī)端部繞組模態(tài)試驗(yàn)，能及時(shí)檢測(cè)出設(shè)備早期隱患，保障機(jī)組安全穩(wěn)定運(yùn)行。

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