水轮发电机组振动标准的探讨Word文件下载.docx
- 文档编号:20747007
- 上传时间:2023-01-25
- 格式:DOCX
- 页数:31
- 大小:781.02KB
水轮发电机组振动标准的探讨Word文件下载.docx
《水轮发电机组振动标准的探讨Word文件下载.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《水轮发电机组振动标准的探讨Word文件下载.docx(31页珍藏版)》请在冰豆网上搜索。
《水力机组轴振动测量及评价规范》
≥428r/min
VDI2059-1979Blatts
《水轮发电机大轴振动评价规程》
是VDI2059Blatt5的第二方案
Rund提案(1980)
国际水力研究协会
《水电机组暂态运行的振动标准》
可用于抽水蓄能电站
IECTC4
USSR
《水力机组振动允许水平》
前苏联提案
VDI-Z114(1972)
Schwirzer提案(1972)
适用于≥428r/min
技术报告(11部)第142号
日本电气
学会
《关于水轮发电机轴振摆和振动的
调查研究》
NEMAMG5.2(1972)
美国全国电气制造商协会
《立式水轮发电机和抽水蓄能电站可逆式发电电动机的安装》
NEMALG3(1979)
《立式水轮发电机的安装》
在NEMAMG5.2基础上改进
--
日本
大轴和固定部件振动允许值简介
гост-10595-80
前苏联
《发电机和水轮机》
已纳入提案
BS4675
英国
旋转机械振动诊断标准
适用于10~10000Hz
CDA/MS/NVSH
107
加拿大
《维护振动极限》
美国齿轮制造协会(AGMA)提出的“低频域(10Hz)以下以位移作为振动标准、中频域(10Hz~1kHz)以速度作为振动标准、高频域(1kHz以上)则以加速度作为标准”也基本得到认可。
二、国际电工委员会(IEC)和国际标准化组织(ISO)汇集各国、各知名标准化协会提案提炼的相关标准铸就了水轮发电机组振动测量、评判标准系列的基石
1.ISO10816-5(2000)《在非旋转部件上测量和评价机器的机械振动第5部分:
水力发电厂和泵站机组》是目前最具权威性的轴承座振动评定标准之一(目前,ISO10816已替代了ISO2372和ISO3945)。
GB/T6075.5-2002《在非旋转部件上测量和评价机器的机械振动第5部分:
水力发电厂和泵站机组》实际上相当于ISO10816-5(2000)的中译本,因此,完全可以GB/T6075.5-2002替代国际标准化组织的相关标准ISO10816-5(2000)。
相关的主要内容是:
1)对轴承座绝对振动的测量,通常用惯性传感器测量振动速度Vrms,单位为mm/s(对于300~1800r/min的中高速机组而言,低于300r/min机组建议测量振动位移SP-P,单位为μm)。
在支架振动响应可以忽略的情况下,也可将位移传感器固定在刚性支架上,直接测量振动位移SP-P。
2)上下导轴承座均支撑于基础上的立式机组,水轮机工况的推荐值参见表3、图1。
表3
区域边界值
在所有主轴承处
位移峰-峰值(μm)
速度均方根值(mm/s)
A/B
30
1.6
B/C
50
2.5
C/D
80
4.0
3)下导轴承座支撑于基础上,上导轴承座支承于发电机定子上的立式机组,水轮机工况的推荐值参见表4、图2。
表4
测点位置1(见图1)
在所有其他主轴承处
65
100
160
6.4
注:
全伞式机组也属于这一类,对主轴承的评定区域边界值也按此表。
图1上下导轴承座均支撑于基础上图2上导轴承座支承于发电机定子上
表3、4中表内区域划分应理解为:
A为优良,B为合格,C区为不宜持续运行而须采取补救措施,D区则为振动严重足以损坏机组(参见附录2)。
4)泵工况和特殊运行工况的评价则缺乏足够的数据支持。
5)报警值在任何情况下均不得超过区域B上限的1.25倍。
6)停机值一般不得超过区域C上限值的1.25倍。
2.ISO7919-5(2005)《旋转机械转轴径向振动的测量和评定第5部分:
水力发电厂和泵站机组》也是目前国际标准化组织的主要振动标准,GB/T11348.5-2008《旋转机械转轴径向振动的测量和评定第5部分:
水力发电厂和泵站机组》实际上相当于是ISO7919-5(2005)的中译本。
1997年颁布的第一版ISO7919-5经数据库不断扩大,2005年进行改版为第二版的ISO7919-5,国内对应标准GB/T11348.5也于2008年相应进行了改版。
其中最大的变化即是将老标准的四个小分区A、B、C、D改为A-B和C-D两个大分区。
其相关的主要内容是:
1)本标准适用于各类水轮机带动的所有机组,而水泵水轮机转轴振动幅值可以比正常规定略高。
2)在水轮机稳态负荷运行工况下,机组振动的位移幅值测量评定标准参见图2(转轴测量平面内的最大相对振动位移值的推荐值Smax)、图3(转轴测量平面上的相对振动位移峰-峰值推荐值(SP-SP)),Smax和(SP-SP)的界定参见附录1(A/B/C/D区域的划分、界定参见附录2)。
3)水轮机稳态负荷运行工况下的运行限值包括报警值和停机值,设置原则与ISO10816-5(2000)(GB/T6075.5-2002)相同。
4)如若转轴振动幅值变化大于区域B上限的25%(特别重要的是监测转速频率和2倍转速频率),则不管其值是增大或减小,均应采取措施查明振动改变的原因,必要是应采取相应措施。
5)泵工况和特殊运行工况则因数据缺乏尚无明确的振动评价准则。
X—最大工作转速,r/min;
Y—转轴相对振动位移最大值,Smax,μm。
图2水力机器或机组测量面内转轴相对振动位移最大轴(Smax)的推荐评价区域,适用于水轮机在合同许可的稳态流动区域运行
Y—转轴相对振动位移峰-峰值,(SP-SP),μm。
图3水力机器或机组转轴在测量方向上振动位移峰-峰值(SP-SP)的推荐评价区域,适用于水轮机在合同许可的稳态流动区域运行
6)轴振动一般要求采用非接触式传感器(例如电涡流式传感器)测量轴相对于机壳的振动值或轴的绝对振动值(参见图4),或在轴振触头的上面安装一个惯性传感器速度计或加速度计这样可以直接测量转轴的绝对振动。
图4振动分类
3.ISO-IEC20816-2016系将以上两个标准合二为一,并替换ISO7919-5:
2005和ISO10816-5:
2000,已经合并及技术方面的修改主要变化是:
1)ISO20816规定整个振动值的区域划分为3个区域,定义如下:
区域A-B:
在这个振动幅度大范围内的机组被认为是可接受的不受限制长期运行。
区域C:
需要对该区域中的振动值开展进一步调查,进行或采取一些补救措施以降低振动严重程度。
区域D:
在该区和/或轴振动大于70%轴承径向冷态间隙的振动值已经非常严重,足以导致机器损坏,应立即采取措施查明高震级烈度的振动原因。
ISO20816通过分析各类轴承座(支架)振动/主轴振动(摆度)数据库得到水轮机工况正常运行范围的中位数,列出了该中位数的1.6倍的限制值1和该中位数的2.5倍的限制值2推荐为其振动评定限制值。
设置报警值:
在没有基准值的情况下,推荐设置的报警值初值为区域A-B/C上限值。
如果已知基准值,报警值推荐设置在基准值之上20%作为初始值。
设置停机值:
不得超出区域2(c/D)上限值的1.25倍或Sp-p≤70%的冷状态轴承径向间隙。
上述限制值不适用于部分负荷和超负荷运行工况,开、停机工况,紧急停机工况、甩负荷工况,以及水泵零流量工况、水泵水轮机的制动工况和水泵断电工况等特殊运行工况和瞬态工况。
对于水泵水轮机泵工况运行时的主轴振动(摆度)和轴承座(支架)振动评价值,仅建议参考水轮机工况满负荷振动评价值。
4)如下表5、6分别对第三类(上部轴承支架固定在机坑基础上的立式机组)和第四类(上部轴承支架安装在发电机定子机座上的立式机组)的水轮机工况正常运行时主轴振动位移峰峰值和轴承座振动速度作了明确界定:
表5
机组类型
主轴振动位移峰峰值SP-P/μm
轴承座(支架)振动速度均方根值Vrms/(mm/s)
立式混流式机组
水导轴承
发电机驱动端轴承
发电机非驱动端轴承
限制值1(A-B/C)
180
0.9
0.5
限制值2(C/D)
280
250
1.4
0.8
立式混流式机组稳定运行范围:
70%额定出力~100%额定出力
立式抽水蓄能机组
发电机非驱动端轴承
170
220
1.9
0.7
260
350
3.0
1.1
1.5
立式抽水蓄能机组水轮机工况正常运行范围:
70%额定出力~100%额定出力
表6
1.3
1.2
1.8
2016年11月1日,颁布了与ISO-IEC20816:
2016保持基本一致的最新的国家标准GB/T32584-2016《水力发电厂和蓄能泵站机组机械振动的评定》。
四、ISO和IEC所接纳的相关水轮发电机组振动规程提案
1.最早而又比较完整的标准是由赖斯朋(T.C.Rathbone>
于1939年为汽轮发电机组提出、拟定后也被用于水轮发电机组的振动评价,该标准所确定的基本眼则及表达方式一直为原来的其它标准所沿用。
2.前苏联1963年的IECTC4提案
该提案是苏联(前)根据国内水轮发电机组运行状态,在测试分析和调查研究的基础上制定的主要用于导轴承和其他固定部件振动的标准,如图5所示。
1)导轴承振动
该提案适用于发电机上、下导轴承和水导轴承在水平、直角两方向及垂直等三个方向,也适用于频率不超过50Hz的振动幅值。
提案中的允许值包括连续运行和短时间的过渡过程值,对短时间过渡区的允许值没做专门规定。
该规程是以转轮直径为5m为基础制定的。
非5m直径的Dr要按下式换算成其允许值。
式中:
A5----5m转轮直径的振动允许值;
A--任意转轮直径的振动允许值。
图7中的右图为转轮直径为5m时各种转速的振动评价关系,分不合格、合格、良和优4个评价区;
左图为转轮直径不等于5m时的换算图。
2)水轮机轴振动允许值(仅供参考)
δ=△+2AMAX
△—水导双面间隙之和;
2AMAX--水导轴承双幅振动允许值。
图5苏联IECTC4提案
3)运行条件
无负荷励磁和无负荷有励磁时,转速n=100%n0、115%n0和120%n0。
运行负荷为机组容量的25%、50%、75%和100%。
过渡过程、起动、并网、负荷增加或减少时(25%、50%、75%、100%)以及负荷切断。
3.VDl2056是德国工程师协会(VereinDeutscherIngenieure,简称VDI)按赖氏标准的原则修正拟定的,由于1SO的推荐已经获得越来越广泛的用于评定各种机械轴承的振动水平。
1)Schwirzer提案(1972)
该提案综合了苏联提案中的水轮机部分、VDI2056适合于转速≥428r/min的相关内涵(两者在n=300r/min以上的评价标准是一致的),也融汇了日本东京电力、中部电力、北陆电力、关西电力和电源开发等5个公司的调查和分析。
Schwirzer提案侧重考虑转速变化对允许值的影响,与IECTC4相差不大,用于评价导轴承和其他固定部件振动。
如表7:
表7
机组转速(r/min)
允许振动双幅值(mm)
65~100
0.16
150
0.15
200
0.14
375
0.112
2)VDl2056-1979(G)被延伸应用到水轮发电机组(其对l0Hz以下的部分进行了线性修正的),参见图6-a虚线部分。
VDI2059-1979则是VDI2059Blatt5的第二方案,它不仅适用于水力机械的轴振动评价(≥6Hz),而且对水力机械的过渡过程的振动评价也是很重要的。
图6-b引用了出现机率,图中A线为适应所有工况的临界值,其出现机率为100%;
B线为短时间过渡过程的临界值,其出现机率为1~0.1%;
C线为罕见的运行状态临界值,其出现机率为十万分之一。
图中Smax为轴轨迹最大振幅。
为此,各测点要测试相互垂直(水平面上)两方向的振幅值,再从中选出最大的振幅值。
由于VDI系列标准相对于水轮发电机转速场的振动区域划分都是经过线性修正的,运用该系列标准是有一定局限性的。
图6西德工程师协会的VDI标准
4.路德(Rund)提案(1980)
1)“出现机率(也称‘暴露率’)”的概念是美国的路德(F.O.Rund)1972年首先提出的,其定义为:
机组每年在暂态过程下运行时间之和与总时间之比。
2)Rund提案则主要针对抽水蓄能电站机组在正常运行和过渡过程中的轴振动允许值而言,抽水蓄能电站在电力系统中大多担任峰荷,起动和停机频繁,且担任部分负荷、机组大轴的振动幅值增大的机会多,在考虑正常运行时的振动幅值的同时,也要通过控制振幅极限值出现机率来进行振动的评价。
3)如图7所示,F.O.Rund在用于评价暂态工况振动的标准中按照“出现机率”的大小规定了不同的允许振动值(也是从3Hz起修正的)。
其中,A线为1×
100的出现机率,为连续运行的极限;
B线为1×
10-3的出现机率,一年内可出现9小时;
C线为1×
10-5的出现机率,一年内可出现30秒。
4)对于过渡过程,只允许出现B种情况。
水电站过渡过程工况包括:
机组正常起动、停机、紧急停机、水泵水轮机的工况转换、甩负荷、水泵水轮机作水泵运行时的断电等。
图7暂态工况允许振动
5)运用该提案还是有局限性的。
例如,其与VDI2059比较正常运行的允许值和过渡过程的极限值在出现机率均为0.1%时相差竟达3~4倍(参见表8),显然是值得探讨、辩析的。
表8
机组转速(r/min)
2AS(mm)
60
300
480
600
正常运行
VDI2059
0.25
0.20
0.18
Rund提案
0.13
0.10
0.07
过渡过程
0.40
0.32
0.28
2.14
1.20
1.10
0.90
5.美国全国电气制造商协会(NEMA)制订的立式水轮发电机大轴摆动的规程,不仅美国采用,日本有关公司及一些国家和公司也执行此规程。
主要是:
1)《立式水轮发电机和抽水蓄能电站可逆式发电电动机的安装》(NEMAMG5.2-1972)
其特点是将大轴的制造安装弯曲值也计入大轴的振动值中,大轴径向摆动极限值计算公式为:
0.05L/D(mm)
式中,L----从推力轴承表面到测点的距离,(mm);
D----推力轴承外径,(mm)。
我们注意到,由于机组型式不同其计算结果也是有差异的,这是因为伞式机组L/D小,悬式L/D大;
同时,随着机组转速增大,摆动双幅值也必然相应加大。
因此,该计算式也是有局限性的。
所以,NEMAMG5.2-1972还要求,同时,当机组以额定转速和额定功率运行时,大轴的摆动还应满足下述条件:
①大轴摆动双幅值不得超过轴承径向间隙的70~80%。
②轴承的温度不超过75℃。
另外,对弹簧式推力轴承,直接测试推力轴承垂直方向的振幅时,其极限值的计算公式则为:
0.005L/D(mm)。
2)《立式水轮发电机的安装》(NEMALG3-1979)
本规程是在NEMA5.2基础上改进的,除考虑大轴摆动的极限值以外,还规定了大轴曲度极限值。
将大轴中心两端连线,各测点的轴心偏差不得超过0.075mm,即该测点的径向摆动双幅值不超过0.15mm。
同时,还必须满足NEMAMG5规定。
6.统计了日本10个电力公司和6个厂家的水轮发电机组的大轴摆动(包括大轴曲度)和固定部件振动允许值(参见表、表),可归纳为:
1)各电力公司轴摆动管理标准大致在0.05mm(双幅值)以下,其中:
A和I公司发电机大轴法兰外径处的摆动允许值为0.04mm,轴承为0.03~0.05mm,其他部位(大轴连接法兰外径、水轮机法兰外径、大轴、转轮外径)为0.05mm;
但大型机组轴承一律在0.05mm以下。
F公司的目标值为0.05mm,判别标准为0.07mm;
B公司0.05mm以下为良好,对0.05~0.10mm要进行检查。
B公司要求振动双幅值为0.05mm。
2)制造厂家的轴摆动管理标准则考虑了转速影响,认为600r/min以下机组轴振动双幅值宜控制在0.15~0.20mm,其中:
K、M及N公司是以NEMA的MGS.2--1972为依据,即摆动双幅值不超过0.05×
L/Dmm,其中L为从推力轴承轴瓦滑动面沿大轴方向距测试点距离(mm);
D为推力轴承瓦外径(mm)。
L公司规定的摆度值为0.10×
L/Dmm,比上一组规定的允许值增大一倍,与采用立轴机组弹簧式推力轴承相比,支点式推力轴承具有较大裕度。
O公司的轴摆度动允许值为0.04mm以下,P公司采用0.07mm以下,其目标值是0.05mm。
3)日本电协研标准规定导轴承处的轴振动应不大于50%轴承间隙值。
日本各电力公司的要求比制造厂家公司相对要高,连续运行时,振动双幅值一般控制
在0.05~0.lmm,而制造厂家公司则考虑了转速影响,当转速小于600r/min时振动双幅值多控制在0.15~0.20mm。
7.苏联гост-10595-80《发电机和水轮机》规程也适用于立式水轮发电机组带导轴承的机架水平振动双幅值或横轴机组轴承垂直方向的振动双幅值,同时:
1)对正常转速下的所有工况提出表9所示的规定:
表9
转速nr(r/min)
187.5
750
振动双幅值(mm)
2)水轮机设备(推力轴承、顶盖、支座基础)的振动评价如图8-a)所示。
图8前苏联规程发电机组振动评价
3)定子铁芯在对称性负荷下,100Hz的允许振动幅值≤0.03mm,发电机振动评价如图8-b),(其中A-优;
B-良;
C-可;
D-不可;
E-不允许)。
8.由于英国《机械振动诊断标准》(BS4675)、加拿大《维护振动极限》(CDA/MS/NVSH107)仅适合用于10~10000Hz,而不宜采用于水轮发电机系列。
9.法国ALSTOM对惠蓄500r/min机组的规定是“机组空载大轴双幅摆度小于210μm,机组在50%~100%额定负荷运行范围内大轴的双幅摆度小于140μm”,应是具有一定的代表性的。
五、中国相关标准
1.早在原水利电力部编制的《电力建设施工及验收技术规范》水轮发电机组篇SDJ-79中规定了允许振动值,只是一个水电安装部门向电站管理部门移交时应达到的部颁标准,当时运行电厂也采用这一规定。
1986年,有关方面对SDJ-79联合进行修订,规定其中的振动标准可用于单机容量万kW及以下的机组。
2.《大中型水轮发电机基本技术条件》(SL321-2005)以及被其所替代的《大中型水轮发电机基本技术条件》(SD152-87)。
3.以上SDJ-79、SD152-87、SL321-2005以及《进口水轮发电机(发电/电动机)设备技术规范》(DL/T730-2000)、《大型水轮发电机产品质量分等》(JB/T56081-1994)和《大型发电机产品质量分等》(DS/ZJ011-2002)所涵盖的振动标准均基本等同于《水轮发电机组安装技术规范》(GB/T8564-2003)的相关规定:
1)对于转轴,遵循“NEMAMG5.2(1972)关于“当机组以额定转速和额定功率运行时,大轴的摆动要满足下述条件:
a.轴摆动双幅值不得超过轴承径向间隙的70~80%。
b.轴承的温度不超过75℃。
”的规定,在“15.3.1机组机械运行检查”之“d
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 水轮 发电 机组 振动 标准 探讨