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轴系标高是影响汽轮发电机组安全稳定运行的重要因素。随着机组向大容量、高参数方向发展,轴系热态标高变化越来越复杂,更容易引起重大振动故障,造成更大的经济损失。轴系标高测试分析及优化调整技术是解决汽轮发电机组振动故障的一项关键技术。
本文以大型汽轮发电机组为研究对象,就标高对轴承载荷分配影响及载荷灵敏度分析、轴系标高测试技术及测试系统开发、轴系标高优化调整技术进行了深入的研究。
首先,改进了传统的轴承载荷计算方法。应用传递矩阵法,建立了轴承载荷分配及载荷灵敏度计算模型,开发了轴承载荷及灵敏度计算分析软件,使之可以求解轴承载荷对标高变化的灵敏度矩阵。利用灵敏度矩阵可以非常方便地获得不同标高下轴承载荷分配情况,避免了大量繁琐的计算工作。结合国产350MW、600MW、引进型1000MW机组的设计、运行及生产调试的实际需求,对轴承载荷及灵敏度计算结果进行了分析和总结,得出了一些结论:机组中间轴承标高变化对轴承载荷分配的影响比较大;某个轴承标高发生变化,其对任意相邻两个轴承的影响总归相反:轴承标高变化对其本身以及联轴器另一侧轴承的影响最大,对这两个轴承载荷的影响是大小相近而变化方向相反。这些结论能为机组振动故障诊断及轴系标高优化调整提供指导依据。
在轴系标高测试技术研究中,解决了标高测试传感关键技术问题。在连通管轴系标高测试传感技术研究中,研制了标高测试专用高精度高稳定度电涡流传感器,解决了传感器的非线性误差和温漂问题;提出了标高测试信号传输介质选取及流体和油杯等热膨冷缩产生的标高测量温度误差修正方案。在激光标高测试传感技术研究中,在激光对中测量技术的基础上,对激光装置和信号接收装置进行了改进和提高,使之能满足热态标高变化测量要求。采用位置传感器(简称PSD)作为光电传感器,简化了外围电路,提高了标高测量分辨率;针对PSD位置检测精度的影响因素采取了相应的处理对策,有效地提高了PSD抗干扰能力和检测精度。
针对汽轮发电机组轴系标高测试信号的特点及环境干扰因素,为降低测量误差,提高标高测试信号的信噪比及测量精度,对轴系标高测试信号处理技术进行了研究,包括模拟信号和数字信号处理技术。在此基础上,提出了一种集成连通管和激光技术的标高测量新方法,开发了轴系标高测试系统,在实验室进行了静态标定和相关的性能测试试验,并在发电机组运行现场进行了实测。实验结果显示:轴系标高测试系统既能多点同时连续在线测量机组轴承绝对标高,也能测量轴承之间的相对标高变化,系统的精度和稳定度能完全满足汽轮发电机组轴系热态标高测量要求,成功地解决了轴承热态标高变化测试方面的难题。
最后,对轴系标高优化调整技术进行了研究。应用开发的轴系标高测试系统,在多台不同型号、不同容量的大型汽轮发电机组进行了现场实测,取得了大量的标高变化测试数据,并对其变化规律进行了分析和总结。根据测试分析结果,提出了轴系标高优化调整方案并进行了实施,取得了很好的效果,为机组振动故障诊断和治理提供了一种新的手段和方法。成功地解决了姚孟超临界600MW、核电1000MW等十余台汽轮发电机组的振动故障问题。