用锤击法实测汽轮发电机轴承座的支承动刚度.pdf

用锤击法实测汽轮发 电机轴承座的 支 承动 刚 度 Ac t L l aI Me as o r i n g f o r S u p p o r t Dy n ami c S t i f f n e s s 0 f Bea r i n g Ped e s t al 0f Tu f b O ge n e r at 0 r Us i n g Ha mme r Pu l s e Me t h od 姜 尚 崇，(哈尔 漂 l 究所)T f I、。6 3i ang Shang c hong (Ha r b i n I ns t i t ut e o f La r g e E l e c t r i c a l M a c hi ne r y)摘 要 敏述丁用锤击法实测和分析 L 轮 发电机轴承匪 克承动 麈的原理和二 i j 范。赍 lr_一 3 0 MW?气轮发电机轴承座支承功F j 度的宴洲结果和所进行的分析。用 实测到的支艰动日度 数 来计算汽轮发 电机转子的临界转进，所得计算值与宴艇值很 晦台 关 键 词 塑 !机。兰 皇 ，盎 至 銎 !兰。锤 击 落 憧 一f r act J Thi s Pa p e r d e s c r i b e s t h e pr i nc i p l e a n d me t ho d 0 f me a s u r i n g s u pp o r t dy n a m J c s t i f f ne s s o f b e ari ng pede st al of t ur b 0ge ncr at 0r As a exam pl e，s uppor t dyna m i c s t J f f ne s s e s of bear i ng pe des t a l of a 3 00 M W t ur b0 ge ne T at 0r we re m e as ure d and a na l yz e d The c r i t i e a l s s pe e d s 0 f r o t o r we r e c a l C u l a t e d wi t h me a s u r i n g a c t u a l d a t a of S UppOr t dy na m i c s t i f fne s s，i t s c al c ul at e d val ue s i s i de nt i c a1 wi t h m e a sur i ng c r i t i cal s pe e d v al ue s ke y WO r d s t u r h o g e n e r a t o r b e ar i n g p e d e s t a l s u p p o r t d y n a mi c S【i f f n e s s h a mme r pul s e m e t h od t 引 言 在 计算 转发 电机 转 于曲 临界转逮 u i，要 考 虑 轴承盥支承动 刚度 的影 响。一般 说来，支 承 动 刚度对转子率 身二 阶 以上的 临界转速影 响 较大。假如转子的额定转速在第一阶临界转速 以下，可把支承 当成 刚性 的来考虑。对 大型汽 轮发 电机来 说，额定 转速 都在第一 阶或第二 阶 临界转速 以上，因此，必须考虑支承动 刚度 对 临界转速的影 响 由于汽 轮发 电机 轴承盥结 构复杂，无法用 计算 的方 法来 计算它的支承 动刚度，因此 我们 一般是用室测的方法来获得轴承座的支承动刚 0 度 在过去，往往 用机 械式偏心激振 器来激励 轴承座，同时测量它的振动幅值，来求得支承 静刚度和 轴承 座与 基础的参与振 动质量 1 j。世是，这种方 法衙要 比较多 的试验设 备，北揖 时间较多，且有 一定的危险性。近些年来，由于各种 快速 付里 叶分析仪器 和分析方法 的出现，采用锤击法米实测轴 承座 的支承动 刚度 已成为可 能。这 科c 方法 比较 简 单，支 承动 刚度能 以曲线的形式 表示，比较直 观，所 得结 果也 是可信 的。这儿年来，我们 曾用这种方 法实测过2 0,9 MW，3 O 0 MW和 6 0 Q MW 汽轮 发 I 机 轴承座 的支承动 刚度。将得 到的支承 动 刚度数据 用于 太电机技木2 1 9 年 兰)维普资讯 计算相心发电静【转子的临界转速，汁算得到的 临 界转速 值与 实测到的 临界转速值很符合 2 用锤击 法实测支承 动刚度的原理和方法 用力锤锤击轴承座，同时测量它的 响应，以测 定轴承座的动力特性。把力信 号作为 系统 输入，位移 自 直作为 系统 输出，这样得 到的系 统传 递 函数为 y r()=式 中 一 位移 F 力 这 棚 当于轴承座 的支承动柔度 2 。把 位移 响应信号 作为 系统输入，力信号作 为 系统 输出，得到的系统传递 函数为”Z(0)：A 这棚 当于轴承座的支承动刚度。找们用速度 型传感 器测 量位移 响应(振 功 速度 信号先经过 积分 器)，然 后对 力信 号和位 移 响应信号做传 递函数分 析，直 接得 出轴承匝 的支 承动柔度或动刚度。也可 用加 速度计直 接 测量其加速度 响应，用力信号作 为 系统 输入，加 速度 响应信号 作为 输出，做 传递函 数分析，得 到)=一!式 中 一 加 速度 这相 当于轴承 的支 承J J u 速度 导纳。把加速度 导纳做 函数变换，亦可得 到轴蕊 座 的支 承动柔度 这样，我们 就能 得到用速度型传感器测量 位移 响 应、用加 速度 计测量加 速度 响应而得 到 的两组 功柔 曲线。这两组功柔度 曲线可 以相互 比 较验证 3 8 0 0 MW 汽轮发电机轴 承动刚度(或柔度)实 测和分析 我 们 曾用锤击法对 2 0 0 Mw，3 0 0 Mw 和 太 电机i 妻 术2、I 9。0 年 6 0 0 MW汽轮度电机等做过轴 承庄屿支承动刚 度实测和 分析，得到一些 很好的结果。下面 叙 述3 0 ；MW 汽轮发 电 L 轴 承座支 承动刚度实删 和 分析 的一些情况。3 0 0 MW 汽轮发 电机端 盖式 轴承座虹于其 宅子的两端。发 电机 定子机座直 径3 8 m，长 8 1m。用5 4 k g 的力 锤沿 水平 或垂 直方 向分别锤 击发 电机汽端和励端 轴承 座，用速度型传感 器测量 位移 响应，用加 速度计测量加 速 度响 直。将 力信 号和振 动响应信号用模 拟数据 记录 仪记录下来，然 后再用GR2 5 1 5 CAT系统 中的 RT A软件对 记录下来 的力 信 号 和 响应信号 做 传递 函数分析。对力信 号加力 窗函数，对位 移 和加 速度 响应信号都加指 数窗 函数，以减少 泄 漏。对传递 函数做相加 到1 2 次平 均处 理，以减 少 周围环境 随机 噪声 的影 响。通过 上述 分析，可 以得 到该 轴承座 系统 的传递 函 数 和 柑 干 系 数。用力信号和位移 响应 信号 做传 递函数分 析，可 以直接 得到轴承庄 的支 承动刖度或动莱 度。从得 到的相干 系数能够 看出力和 响直信号 间相关的程度。对得 到的传递 函数 的加速 度导 纳用 Mo d a l p l u s软件 中的传 递函数变换功能 变换为动柔度形式。3 q 0MW 汽 轮发 电机励端 轴承座 垂直 功刚 度 曲线及 辎千 系数如 图 l所 示，垂直 功柔 度曲 线及相位见 图 2，其 加速度导纳和相干系数 直 闰3。2 O 0 MW 汽 轮发 电机 轴 承座的支承动 刚度 实测 曲线与3 O MW 汽轮发 电 机的相类 似I r 。从 图 1的支承动 刚度 曲线可 以看出，在 功 刚度 最小 处(即轴承盥 的固有频 率处)之 前的 动 刚度 曲线相 当于单 自由度 系统的情况，这类 似 于汽轮发 电机 早期落地式 轴承座做支承 剐度 试验 时得 到的动刚度 曲线，H是它的 固有频率 高于5 0 Hz(3 0 0 0 r mi n)而 已【j。分别 用速度型 传感器和加速度计测 量响应 得 到的瓶组 轴蕊盥支 承动乘度 曲线及相位见 图 维普资讯 j y r。、n I 1 1 ；r l f 州 f 赳 J ；t 州 0 0 M。C r ml n)7 6 8 )(m 5 O o、1 0。盥 l 励端 轴承磨垂直动刚度 曲线爰相干系数 2 0 8 0(：j 图 2 励端轴承座垂直 方向动柔魔【i i 线及相位 4。lh 4看出，在2 0 Hz 3 O Hz 频率范围内，由加速度 测得的动柔度 曲线波动较大，这是 由于 加速 度计对环境 噪声 比较敏感 引起 的，而 从3 0 Hz 到8 0 Hz_两组曲线吻台得 非常好，这 段频 率范 围内正 是我们感兴 趣 的。这说 明在实 测汽 轮发 电机支 承动柔度(或动 刚度)时，用 速度型 传感器和加速度 计测 量 响应 在感 趣的 频 率范 围内都能 满足精度要求，在实测 可 任 选其中一种都能得到类似的结果 用锤 击法得到 的3 0 0 Mw 汽轮发 电机汽端 轴承座垂直方 向在 各转速下 的支 承动刚度数据 列于表 1。在计算临 界转速 时，我 们用此组 动 刚度数 据在不同转速下对支承 动剐 度做插 值 汁算，得 到转子 的第一阶临界转速 值为1 2 7 1 r mi a 第 二 阶3 3 9 3 r mi n它们的振 型如图 5。用支承 辨刚度3 9 21 0 N m 参与振 动 质量 7 4 5 1 0 k g来 j 算 临界转速 得 出第一 阶临 界 转速 大电机技术2 t 9 0 年 维普资讯 i 0 0 0 0 2 _ 一 5-0 0 x1 O ，厂 厂、厂、I 1 1 f d l J 州 l f 舢 I。l l _ 0 O (Hz)1 2 8 1 j I 一八 1 八 0 0 1 0 8 (Hz)舟 3 励端 轴蕈垂直方 向速度导纳曲唆及槲干系数 5 00 1 0 80 f H z 罔 4 分别用逮虞 型传惑器和加 速度计测量响商得到的两组动柔定曲线+用加速度计训量响应得剜的动秉度 曲线 一 用速度型传惑器测量响应得 曲动 乘度曲线 表 I 甩锤 击法得 到的汽端垂直方 向支承动刚度数据 蚌 遭 r mi“砖毗度 t N m x l 0 8 i 2 4 6 8 1 太龟机持木2 1 e 口 6 年 3 5 C 3B O O 3 84 0 0 90 0 4、0 4 2O O O 3 67 2 0 1 3 7 3 2 7 5 9 0 6 8 33 l 0 88 3 j 2 。一 I 一 一一 。2 g 维普资讯 值l 2 7 7 r rai n，第二阶3 a 4 7 t ml n。实测刮 的临界转速 为 t 筇一阶临 界 转 速 值 1 2 8 1 2 9 5 r rai n，第二 阶3 4 6 4 r r n i n 临界转速 的 计算 值与实测值都 列在表 2 从 表 2看 出，用 实 测到的支承 动刚度 计算 出的3 0 0 MW 汽轮发 电机转 子的临 界转速 值更接近 实 测值，这说明 用锤 击法实 l删轴承 麈得 到的支 承动刚度数据是 足 够准确可信 的。一、：r 一 2 。0 I)0 7。1。蛐 ，临#【3 1 7 r mi r：J 结 论 通 过对8 0 0Mw 汽轮发 电机 轴承座支承 动 刚度的 实钡 j 和分析，我们可 以得 出如下 结 论：(1)用锤 击法得到轴承支 承动刚度来计 算 转子 的临 界转速，计算 值与实测值比较接近 这说明 实测 到的支 承动刚度数据是可信的。用 锤 击法 实钡 0 轴承座支承动刚度可 以推 广到今 后 的应用 中。，(2)用速 度型传 感器和加 速度 计测量 响 应得到的两组动柔 度 曲线稂相似，今后可用 两 种类 型传感器 中的一种来测量 响应，会得到类 似的结果 1 2 3 4 5 用寞洲至 的支承动刚度亡 L 算 出的3 0 0 Mw 汽轮 筻毫机转子的临界转遣倩和扳型 5 作 者 洼：目 5上，临界 转 速应为 3 3 r m；图5下临异转速直力1 2 7 l r m；)表 2 计算 出的临界转速值 与实验值 的 比较 3O 参考文献 清华 走学基础课 力学教研组，哈 尔演大电 机 研 究所 电机 室 国产 第一 台2 0 7 2 千 瓦 汽 轮 发 电机转 子 的临界 转速 一机 部 第一 届 机 械 强度技术会议 文 集 北京：机械 工业 出 版 枉 1 9 9 7 应怀 樵 波形和 频谱 分析 与随机数据 处理 中国铁道 出版 社1 9 8 5 姜尚崇汽轮 发电机转 子 轴承 系统 的 动力特 性测 试 与分析 全国第二届转子动 力学奇论 文 集 1 9 8 9 姜尚紫 2 0 0 MW 汽轮发电机转子轴承 系统 的 动 力特 性 测 试 与 分析 试验 分析 报 告，1 9 8 8 姜尚崇 0 O O MW,2发电机 转 子 轴承 系统 的动 力特性测试 与分析 试号 分析报 告，1 9 9 收稿 时间1 q 9 5 0 B 3 0 篓尚 崇(J i a n g Sh a n g c h o n g 生 于1 9 3 7 年 9 。1 9 6 3 年 7只毕业 于 大连 理 工 大 学应 用力 学 专 业。主要 辜大庖机的 振 动 计 算 和试 验 研究 分析 等 工作 高 级 工 蟹师。联 系 地 址 尔滨大 电 机 研 究 听 强 度 寅 邮 政编 码：l 5 G 0 4 0 大电机技术 z 1 0 9 B 年 维普资讯