本发明属于水轮发电机
技术领域：
，具体涉及一种基于振动波形检测引起定子低频振动的关键磁极的方法。
背景技术：
：近年来随着国内巨型水轮发电机组的投运，并在运行过程中通过测试发现，水力发电机组定子机座、铁心均存在低频振动的问题。通常定性认为低频振动是由定子、转子的圆度不足或者偏心所造成的，但如何采取有效措施来加以控制，现有技术中尚没有定量的技术解决方案，目前处理定子低频振动的主要措施是：转子吊至机坑外，拆卸磁极，通过调整磁极垫片改善转子圆度和偏心，通常需要对转子磁极逐一进行调整，不仅盲目且调整工作量巨大、费时、费力、工作效率低。另外经实践证明，仅仅通过提高转子静态圆度并不能有效解决定子低频振动问题，且受转子磁轭热膨胀不均匀、磁极键虚打紧、转子旋转中心变化、转子旋转后的动态气隙不均匀等因素影响，致使定子低频振动处理难以达到预期效果，甚至存在处理后振动幅值增大的实例。因此，有必要研究一种检测引起定子低频振动的关键磁极的方法。技术实现要素：本发明的目的是为了解决现有技术的不足，提供一种基于振动波形变化准确找到影响巨型水轮发电机定子低频振动关键磁极的方法，提高定子低频振动超标处理效率及效果。为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：基于振动波形检测引起定子低频振动的关键磁极的方法，包括如下步骤：步骤(1)，采集水轮发电机定子低频振动波形数据值，按发电机组的转动方向对磁极编号，使振动波形记录起始数据对应1号磁极；步骤(2)，根据采集的振动波形中的振动位移值，计算各磁极气隙对应的加速度量；步骤(3)，寻找加速度量连续为正或者连续为负的相连的磁极，作为影响振动幅值的关键磁极区；步骤(4)，从关键磁极区中选取目标磁极，对该磁极气隙进行调整，通过以往调整经验得出的气隙变化与加速度特征值变化关系，得到气隙调整后对应的加速度特征值，反向计算出对应波形；步骤(5)，调整气隙变化量，直到所计算得出振动波形振幅(最大最小值之差)达到目标值为止，该气隙调变化量即为目标调整方案，然后按照该方案进行调整磁极气隙，以降低定子低频振动。进一步，优选的是，步骤(2)的具体方法为：取其中一个周期内振动波形位移值，记为a1、a2、a3……；然后计算振动波形中相邻两点振动波形位移值之差，得到波形差值，记为b1、b2、b3……，即b1＝a2-a1，b2＝a3-a2，以此类推；接着计算相邻两点波形差值之差，得到速度差值，记为c1、c2、c3……，即c1＝b2-b1，c2＝b3-b2，以此类推；该速度差值即为加速度量。进一步，优选的是，以磁极所对应的加速度量平均值作为该磁极对应加速度特征值a'，n为1个磁极对应加速度量个数，n＝一个周期测点数/磁极数。进一步，优选的是，通过对历次磁极气隙调整数据及结果数据计算分析，可得到该机组气隙调整量δl与加速度特征值变化量的δa'关系k为加速度变化系数，可根据历次磁极气隙调整后加速度特征值变化确定；δl为关键磁极气隙调整量；δa'为加速度特征值变化量。进一步，优选的是，步骤(4)的具体方法为：在加速度特征值a'连续为正或者连续为负的关键磁极区中，选取位于关键磁极区中部位置的1个磁极作为目标磁极；当目标磁极气隙变化δl1，加速度特征值变化量δl1＝kδa1'，调整后该磁极对应的n个加速度量分别加δa1'，ci＝ci δa1'，i＝j1 j2 ... jn，得到调整后的加速度，记为c1、c2、c3......ci......c256；对调整后各点加速度做累加计算(与做差计算相反)得到调整后速度量，b2＝b1 c2、b3＝b2 c3......，以此类推；对调整后的各点速度做累加计算，得到调整后的位移量(波形)，a2＝a1 b2、a3＝a2 b3......，以此类推。本发明步骤(3)中，关键磁极区的磁极数量由振动情况确定，没有固定数量。定子低频振动的主要原因为磁拉力周期性变化造成，根据牛顿第二定律f＝ma，在质量m不变的情况下，低频振动幅值与其加速度a变化相关。根据可对振动位移量x对时间t进行两次微分得到振动加速度量a。定子机座振动周期n为机组转速，当n＝125r/min时，t＝0.48s。本发明通过波形计算传感器安装位置的加速度变化，根据加速度周期与转子磁极气隙的对应关系，得到磁极动态气隙对加速度的影响程度，找到降低振动幅值的关键磁极。通过对历次磁极气隙调整数据及结果数据计算分析，可得到该机组气隙调整量δl与加速度特征值变化量的δa'关系k为加速度变化系数，不同型号发电机组有不同k值，可根据历次磁极气隙调整后加速度特征值变化确定；δl为关键磁极气隙调整量；δa'为加速度特征值变化量。对关键磁极对应加速度值进行调整，根据调整后的加速度分布反算得到振动波形，调整磁极加速度值的大小及磁极个数，直至振动峰峰值达到预期目标为止，此时根据气隙调整量与加速度特征值变化量关系δl＝kδa'，可得到各磁极气隙调整量。本发明与现有技术相比，其有益效果为：本发明提供一种基于振动波形检测引起定子低频振动的关键磁极的方法，包括：采集定子低频振动波形数据值，按发电机组的转动方向对磁极编号，使振动波形记录起始数据对应1号磁极，根据波形加速度计算公式，计算各磁极气隙对应的加速度特征值，找到影响振动幅值的关键磁极区(通常加速度特征值连续为正或者连续为负的几个磁极)，选取位于关键磁极区中部位置的1个磁极，对该磁极气隙进行调整，通过以往调整经验得出的气隙变化与加速度特征值变化关系，得到气隙调整后对应的加速度特征值，反向计算出对应波形。找到振动波形振幅(最大最小值之差)达到目标值的对应磁极气隙调整量，即为目标调整方案。本发明与现有的提高转子静态圆度技术相比，无需考虑转子磁轭热膨胀不均匀等因素的影响，可有效降低发电机定子低频振动。按现有的静态转子调圆技术，每次将转子吊出机坑测量和调整圆度，至少需要工期80天，该发明无需将转子吊出，在机坑内进行1次磁极调整时间最多为8天，效率至少是现有技术的10倍。附图说明图1为定子机架水平振动波形图；图2为通过波形计算加速度分布图；图3为磁极对应的加速度量图；图4为各磁极对应加速度特征值图；图5为磁极气隙调整后波形预测图；图6为实际磁极气隙调整后定子机架水平振波形图。具体实施方式下面结合实施例对本发明作进一步的详细描述。本领域技术人员将会理解，下列实施例仅用于说明本发明，而不应视为限定本发明的范围。实施例中未注明具体技术或条件者，按照本领域内的文献所描述的技术或条件或者按照产品说明书进行。所用材料或设备未注明生产厂商者，均为可以通过购买获得的常规产品。实施例1基于振动波形检测引起定子低频振动的关键磁极的方法，包括如下步骤：步骤(1)，采集水轮发电机定子低频振动波形数据值，按发电机组的转动方向对磁极编号，使振动波形记录起始数据对应1号磁极；步骤(2)，根据采集的振动波形中的振动位移值，计算各磁极气隙对应的加速度量；步骤(3)，寻找加速度量连续为正或者连续为负的相连的磁极，作为影响振动幅值的关键磁极区；步骤(4)，从关键磁极区中选取目标磁极，对该磁极气隙进行调整，通过气隙变化与加速度特征值变化关系，得到气隙调整后对应的加速度特征值，反向计算出对应波形；步骤(5)，调整气隙变化量，直到所计算得出振动波形振幅达到目标值为止，该气隙调变化量即为目标调整方案，然后按照该方案进行调整磁极气隙。实施例2基于振动波形检测引起定子低频振动的关键磁极的方法，包括如下步骤：步骤(1)，采集水轮发电机定子低频振动波形数据值，按发电机组的转动方向对磁极编号，使振动波形记录起始数据对应1号磁极；步骤(2)，根据采集的振动波形中的振动位移值，计算各磁极气隙对应的加速度量；步骤(3)，寻找加速度量连续为正或者连续为负的相连的磁极，作为影响振动幅值的关键磁极区；步骤(4)，从关键磁极区中选取目标磁极，对该磁极气隙进行调整，通过气隙变化与加速度特征值变化关系，得到气隙调整后对应的加速度特征值，反向计算出对应波形；步骤(5)，调整气隙变化量，直到所计算得出振动波形振幅达到目标值为止，该气隙调变化量即为目标调整方案，然后按照该方案进行调整磁极气隙。其中，步骤(2)的具体方法为：取其中一个周期内振动波形位移值，记为a1、a2、a3……；然后计算振动波形中相邻两点振动波形位移值之差，得到波形差值，记为b1、b2、b3……，即b1＝a2-a1，b2＝a3-a2，以此类推；接着计算相邻两点波形差值之差，得到速度差值，记为c1、c2、c3……，即c1＝b2-b1，c2＝b3-b2，以此类推；该速度差值即为加速度量。以磁极所对应的加速度量平均值作为该磁极对应加速度特征值a'，n为1个磁极对应加速度量个数，n＝一个周期测点数/磁极数。机组气隙调整量δl与加速度特征值变化量的δa'关系k为加速度变化系数；δl为关键磁极气隙调整量；δa'为加速度特征值变化量。步骤(4)的具体方法为：在加速度特征值a'连续为正或者连续为负的关键磁极区中，选取位于关键磁极区中部位置的1个磁极作为目标磁极；当目标磁极气隙变化δl1，加速度特征值变化量δl1＝kδa1'，调整后该磁极对应的n个加速度量分别加δa1'，ci＝ci δa1'，i＝j1 j2 ... jn，得到调整后的加速度，记为c1、c2、c3......ci......c256；对调整后各点加速度做累加计算得到调整后速度量，b2＝b1 c2、b3＝b2 c3......，以此类推；对调整后的各点速度做累加计算，得到调整后的位移量，a2＝a1 b2、a3＝a2 b3......，以此类推。应用实例某电厂发电机转速125r/min，装有48个磁极，在 x和-y方向各装有位移型振动传感器，用于检测定子机架 x和-y方向水平振动位移信号(每周期测点256个)，送入水轮机稳定性检测分析系统tn8000，该电厂发电机低频振动峰峰值(一个周期内最大值-最小值)为143μm， x方向振动起始测点时间对应转子1号磁极扫过 x方向，处理后低频振动峰峰值降至48μm。(1)振动数据采集a.定子机架水平振动波形按周期规律出现，通过水轮机稳定性检测分析系统tn8000采集机组在空载或带负荷工况下的定子水平振动波形数据，如图1，其中y为振动位移值，x为周期值。截取其中一个周期0.48s内振动波形数值，如表1中a1、a2...a256，共256个点。表1序号振动波形数值波形差值速度差值1a'256＝-4.7b'256＝-1.8c'256＝-1.72a1＝-6b1＝-1.3c1＝0.53a2＝-9.1b2＝-3.1c2＝-1.84a3＝-10.8b3＝-1.7c3＝1.45a4＝-11.4b4＝-0.6c4＝1.16a5＝-10.3b5＝1.1c5＝1.77a6＝-11.2b6＝-0.9c6＝-28a7＝-12.9b7＝-1.7c7＝-0.8…………256a256＝-4.3b256＝-2c256＝-1.1注：a'256为振动波形上一周期第256点数值。b'256为上一周期第256点的波形差值；c'256为上一周期第256点的速度差值；(2)通过振动波形计算加速度分布b.用采集得到的一个周期内的波形数据，相邻两点做差得到波形差值(速度量)b1、b2…、b256，如表1波形差值部分，其中，b1＝a2-a1，b2＝a3-a2，以此类推，结果如图2中的速度量。c.用计算得到的一个周期内的波形差值数据，相邻两点做差得到速度差值(加速度量)c1、c2…、c256，如表1速度差值部分，其中，c1＝b2-b1，c2＝b3-b2，以此类推，结果如图2中的加速度量。d.将256个加速度值均分为48份，对应转子的48个磁极，每个磁极对应5.3个点。为使测点能均分，以3个磁极为一组两两磁极间共用1个点，如图3，3个磁极对应16个加速度值，48个磁极均分256个加速度值。e.以磁极所对应的6个加速度量平均值作为该磁极对应加速度特征值，#1磁极加速度特征值#2磁极加速度特征值#3磁极加速度特征值#4磁极加速度特征值依此类推得到48个磁极对应的加速度特征值，如图4。f.根据f＝ma，加速度的变化反映了所受合力的变化，从而间接反映了磁极气隙的变化，同样，对磁极气隙进行调整导致加速度发生变化，比如减小气隙使加速度值上升。如图4，有4个关键磁极区(#17-#20及#36-#39磁极连续为正，#25-#27及#36-#39磁极连续为负)，分别从4个关键磁极区的中部位置中选取#19、#26、#37、#44磁极进行气隙调整，以降低定子机座振动波形幅值。(3)通过加速度分布反向计算波形。g.对部分磁极气隙进行调整后得到新的加速度分布，c1、c2、c3、c4......。表2序号速度差值波形差值波形值1c'256＝0.3b'256＝-1.2a’256＝-52c1＝-0.5b1＝-1.7a1＝-6.73c2＝-2.2b2＝-3.9a2＝-10.64c3＝1.8b3＝-2.1a3＝-12.75c4＝0.3b4＝-1.8a4＝-14.56c5＝2.5b5＝0.7a5＝-13.8…………256c256＝0.5b256＝1.1a256＝-2注：c'256为调整后上一周期第256点速度差值。b'256为调整后上一周期第256点的波形差值；a’256为调整后上一周期第256点的波形值。h.对调整后各点加速度做累加计算(与做差计算相反)得到调整后速度，b1＝b'256 c1，b2＝b1 c2，b3＝b2 c3，以此类推。i.对调整后的各点速度做累加计算，得到调整后的位移量(波形)，a1＝a’256 b1，a2＝a1 b2，a3＝a2 b3，以此类推。(4)转子圆度调整方案和预期j.根据本例机组以往气隙调整后相应加速度变化规律，得到该机组气隙变化量与加速度特征值变化量关系为：δl≈-1.5δa'。k.调整4个磁极后波形预测如图5，振动峰峰值在40μm左右，达到目标值。得到调整方案：#19磁极气隙增加0.9mm、#26磁极气隙减小1.5mm、#37磁极气隙增加1.5mm、#44磁极气隙减小1.5mm。本列中，根据本发明方法确定关键磁极后，仅调整#26磁极气隙(减少1.9mm)、#44磁极气隙(减少1.5mm)，发电机定子水平振动峰峰值已降至48μm，振动波形如图6，实际振动幅值与预测振动幅值相差不大。本发明基于振动波形分析，具有定子低频振动处理效率高、效果好的优点。与现有的提高转子静态圆度技术相比，无需考虑转子磁轭热膨胀不均匀等因素的影响，可有效降低发电机定子低频振动。按现有的静态转子调圆技术，每次将转子吊出机坑测量和调整圆度，至少需要工期80天，本发明无需将转子吊出，在机坑内进行1次磁极调整时间最多为8天，效率至少是现有技术的10倍。以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。当前第1页1 2 3
技术特征：1.基于振动波形检测引起定子低频振动的关键磁极的方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤(1)，采集水轮发电机定子低频振动波形数据值，按发电机组的转动方向对磁极编号，使振动波形记录起始数据对应1号磁极；
步骤(2)，根据采集的振动波形中的振动位移值，计算各磁极气隙对应的加速度量；
步骤(3)，寻找加速度量连续为正或者连续为负的相连的磁极，作为影响振动幅值的关键磁极区；
步骤(4)，从关键磁极区中选取目标磁极，对该磁极气隙进行调整，通过气隙变化与加速度特征值变化关系，得到气隙调整后对应的加速度特征值，反向计算出对应波形；
步骤(5)，调整气隙变化量，直到所计算得出振动波形振幅达到目标值为止，该气隙调变化量即为目标调整方案，然后按照该方案进行调整磁极气隙。
2.根据权利要求1所述的基于振动波形检测引起定子低频振动的关键磁极的方法，其特征在于，步骤(2)的具体方法为：
取其中一个周期内振动波形位移值，记为a1、a2、a3……；
然后计算振动波形中相邻两点振动波形位移值之差，得到波形差值，记为b1、b2、b3……，即b1＝a2-a1，b2＝a3-a2，以此类推；
接着计算相邻两点波形差值之差，得到速度差值，记为c1、c2、c3……，即c1＝b2-b1，c2＝b3-b2，以此类推；该速度差值即为加速度量。
3.根据权利要求2所述的基于振动波形检测引起定子低频振动的磁极的方法，其特征在于，以磁极所对应的加速度量平均值作为该磁极对应加速度特征值a'，n为1个磁极对应加速度量个数，n＝一个周期测点数/磁极数。
4.根据权利要求1所述的基于振动波形检测引起定子低频振动的关键磁极的方法，其特征在于，机组气隙调整量δl与加速度特征值变化量的δa'关系k为加速度变化系数；δl为关键磁极气隙调整量；δa'为加速度特征值变化量。
5.根据权利要求1所述的基于振动波形检测引起定子低频振动的磁极气隙位置的方法，其特征在于，步骤(4)的具体方法为：
在加速度特征值a'连续为正或者连续为负的关键磁极区中，选取位于关键磁极区中部位置的1个磁极作为目标磁极；当目标磁极气隙变化δl1，加速度特征值变化量δl1＝kδa1'，调整后该磁极对应的n个加速度量分别加δa1'，ci＝ci δa1'，i＝j1 j2 ... jn，得到调整后的加速度，记为c1、c2、c3......ci......c256；对调整后各点加速度做累加计算得到调整后速度量，b2＝b1 c2、b3＝b2 c3......，以此类推；
对调整后的各点速度做累加计算，得到调整后的位移量，a2＝a1 b2、a3＝a2 b3......，以此类推。
技术总结本发明涉及一种基于振动波形检测引起定子低频振动的关键磁极的方法，属于水轮发电机技术领域。该方法首先采集定子低频振动波形数据值，按发电机组的转动方向对磁极编号，使振动波形记录起始数据对应1号磁极，然后根据波形加速度计算公式，计算各磁极气隙对应的加速度特征值，找到影响振动幅值的关键磁极，接着对关键磁极气隙进行调整，得到对应变化后的加速度量，并通过反向计算出对应波形，最终找到振动波形振幅达到目标值的气隙调整方案，有效降低发电机定子低频振动，大幅提高工作效率。
技术研发人员：查荣瑞;马云华;王选凡;张岗;李鑫;李政;高寒;朱存利;闫红军;席隆海;刘德宇;徐剑
受保护的技术使用者：华能澜沧江水电股份有限公司
技术研发日：2020.11.06
技术公布日：2021.03.12
