旋转机械轴系扭振固有特性分析

作为旋转机械轴系共振问题基本问题之一的"轴系扭转振动固有频率计算"是机组设计不可缺少的一环。根据旋转机械轴系扭振的固有特性的特点,采用Riccati传递矩阵和Holzer法进行计算,并编制了相应的程序,介绍了对模型进行降阶的方法,最后通过对次同步谐振模拟机轴系扭振固有频率和振型的计算,验证了模型降阶方法和计算程序的正确性。     

汽轮发电机组轴系扭振动力特性的在线识别

汽轮发电机组的轴系扭转动力特性上前主要靠力学模型的简化计算来获得。提出一种新的“在线”识别方法，对机组运行时的扭转振动信号序列建立随机响应模型，通过系统辨认来求解机组扭振的固有特性。     

汽轮发电机组扭振模拟机的轴系设计

介绍了汽轮发电机组轴系扭振模拟系统的设计原则,利用雷卡迪传递矩阵分析计算了汽轮发电机组轴系扭振的固有特性。依据设计原则,利用模态刚度矩阵、模态质量矩阵和模态频率相似进行了扭振模拟机轴系的设计,扭振模拟机轴系前三阶固有特性与实际机组轴系扭振动特性基本一致。试验表明,扭振模拟机达到了设计目的,同时也证明了轴系分析方法和设计方法的正确性。     

汽轮发电机组轴系扭转振动对机械参数的敏感性分析

针对某300MW汽轮发电机组模型,分析了扭振固有频率和振型对汽轮发电机组轴系转动惯量和刚度的敏感性。计算结果表明:无论是轴系整体转动惯量或刚度、还是局部转动惯量或刚度的变化,都会对扭振特性产生明显的影响;局部转动惯量或刚度的改变对特定阶的扭振的影响虽然不及整体转动惯量和刚度变化的影响大,但也十分显著;对特定振型贡献较大的轴段对此阶轴系扭振影响较大,在振型图上表示为此阶振型在这一轴段处的斜率较大;在实际中可以通过改变轴系局部结构,使某阶扭振固有频率避开特定的值,从而达到调频的目的,而在对汽轮发电机组轴系扭振研究的建模过程中,要精确确定扭振特性敏感性较高的那些部位的机械参数。图4表2参8     

大型汽轮发电机组轴系扭振响应在线监测仿真计算的研究

大型汽轮发电机组扭转振动的在线监测系统可以连续监测机组的部分电气和蒸汽参数，机端测点的扭角等，并在某些参数的变化超标时采集数据和报警同时启动上位计算机，实时分析该时刻机组的扭振情况及其引起扔疲劳寿命损耗。着重讨论了利用实测数据和轴系结构模型，快速计算轴系各危险截面扭振响应的方法，并给出了利用该方法计算的部分实测扭振响应的曲线。     

频繁低幅次同步振荡引起的轴系扭应力在线评估

提出了一种新的高压直流输电(HVDC)系统中频繁低幅次同步振荡(SSO)引起的轴系扭应力的在线评估方法:利用实时采集的扭角信号以及发电机三相电压和三相电流信号,结合轴系的扭振振型和轴系危险截面的扭转刚度,实时计算轴系危险截面的扭矩;根据轴系危险截面处的结构特点和理论应力集中系数求得轴系危险截面处的实时扭应力.应用该方法分析了某1 000 MW机组在发生频繁低幅SSO后的轴系危险截面扭应力的变化情况.结果表明:所提出的扭应力在线计算方法避免了复杂的数学计算,易于计算机实现,且计算结果准确、可靠.     

考虑横—纵—扭支撑刚度的水轮发电机组轴系预应力模态分析

综合考虑导轴承和推力轴承的支撑刚度对轴系的横—纵—扭耦合影响,应用Ansys Workbench软件建立了悬式三支点水轮发电机组轴系的三维有限元模型,采用Block Lanczos模态分析法分析了轴系的固有频率及其振型,借助Design Exploration优化设计模块计算了机组实际运行时轴系的预应力模态,获得了水流冲击和转速变化等因素对机组轴系固有频率值的影响规律。结果表明,机组在运行过程中转速变化对轴系的低阶横向振动频率影响较大,而对其扭转振动频率影响很小。     

汽轮发电机组轴系扭振固有特性计算

在轴系扭振的研究中固有特性的计算方法是基础工作之一.将带有附加集中惯量的多段集中质量数学模型与修正后的Riccati传递矩阵法相结合,应用于汽轮发电机组轴系扭振的固有特性计算中.通过理论分析和对国产300MW汽轮发电机组轴系的扭振固有特性的实际计算,并与现场实测结果进行对比,表明该方法既简单又具有较高精度.适合于多跨大型轴系的扭振固有频率和振型的计算.     

扭振故障下1000MW机组轴系-叶片耦合扭振模型及动态响应研究

根据受力分析,推导了扭振故障下轴系-叶片耦合扭振模型,并应用于某台1000MW机组的轴系-叶片扭振建模。利用数值仿真法,研究了电磁力矩扰动分别为轴系的前三阶次同步振荡、叶片一阶固有频率的0.5倍、叶片一阶固有频率以及叶片一阶固有频率与轴系第五阶固有频率相等时,低压末级叶根所在轮盘的实时角加速度、扭矩。研究结果表明:在上述激励作用下,与轴系的各轴颈相比而言,低压末级叶片等长叶片不是扭振危险部位。     

不同惯量飞轮对脉冲机组轴系扭振性能影响研究

建立了三组不同惯量飞轮下脉冲机组轴系的当量系统模型,应用轴系扭转振动计算软件,分别对该三种方案下脉冲机组轴系自由振动和强迫振动进行了计算研究.分析了不同惯量飞轮对轴系固有频率、柴油机曲轴扭振应力、发电机转子电角、发电机转子扭矩、弹性联轴器扭矩的影响,根据分析结果,提出了合理的机组运行方案.并利用扭振测试分析系统,校核了其中一组惯量飞轮下脉冲机组的扭振计算结果,证明了理论计算结果的正确性.     

汽轮发电机组轴系扭振模型——四端网络模型的完善

四端网络模型是一种精确的低阶分布质量模型，在理想化扭振模型基础上，从满足现场生产实际角度出发，考虑了汽轮发电机组轴系扭振的阻尼和附加惯量的影响，对该模型作了进一步完善。详细推导了两种情况下轴系扭振特性传递方程式，虽然它们具有相似的方程形式，但方程式中的轴系扭振特性参数却是不同的，结合具体算例，比较了在不同阻尼系数比情况下，机组轴系各阶固有频率的变化。     

汽轮机组轴系扭转振动实验模型设计研究

从理论上分析汽轮机组轴系扭转振动实验模型的几何尺寸同扭转振动固有频率、振型、最大扭振扭矩分布以及最大扭振剪切应力分布的关系,并且对理论分析结果进行了实例计算验证。由此得到的有关结论,对轴系扭转振动实验模型的建立和实验研究有一定的指导意义。     

簧片滑油型扭振减振器设计方法及验证

介绍了一种簧片滑油型扭振减振器设计方法。首先使用简化模型通过动力吸振理论的最佳定调比和最佳阻尼比针对轴系扭振最主要谐次进行控制,初步确定减振器的减振特性参数;再使用详细模型通过轴系扭振计算进一步调整特性参数,使扭振控制效果达到最优。然后根据参数设计结果开展结构设计,主要介绍了扭转刚度和阻尼系数两个特性参数相关的结构设计方法。最后进行设计检验。将该方法应用到HND 622V20CR柴油机的减振器设计中,显示:所设计的簧片滑油型扭振减振器与原扭振减振器相比减振效果优势明显。     

一种汽轮发电机组轴系扭振疲劳损伤的估算方法

采用传统轴系扭振模型对大型机组轴系扭振损伤进行评估,由于研究方法和模型简化等因素影响,导致其对轴系扭振及疲劳损伤评估的效果并不理想。通过对机头实测扭角信号进行分解,并结合全尺寸轴系有限元扭振模态分析及非线性接触和塑性分析方法,提出了一种基于实时录波数据的轴系扭振损伤评估方法,为电厂轴系扭振寿命快速、准确评估提供支持。     

车用增程器扭振特性优化与鲁棒性分析

针对某款带有双质量飞轮（dual-mass flywheel,DMF）的混合动力汽车增程器轴系,进行了扭振特性多目标多参数优化与鲁棒性分析。首先在系统仿真软件Amesim中搭建了其扭转动力学模型,通过对比仿真与实测的增程器轴系自由端转速波动验证了模型,发现模型能较好地与试验结果吻合。选取轴系各段转动惯量、扭转刚度及阻尼等14个主要设计参数作为待优化参数,并以轴系强度、刚度与低阶固有特性等要求为约束条件,采用第二代非支配排序遗传算法（non-dominated sorting genetic algorithmⅡ,NSGA—Ⅱ）对轴系总惯量、典型稳态工况下关键节点角加速度与节点间传递扭矩之和等6个扭振特性指标进行了多目标优化。最后分析了单参数扰动情况下的轴系扭振系统鲁棒性。结果表明：双质量飞轮弹簧疲劳强度及轴系低阶固有特性等达到了约束条件要求,且大部分评价指标有所改善;减振皮带轮与主飞轮角加速度指标鲁棒性较好;在给定扰动条件下,2阶模态阻尼比有一定概率不满足设计约束,部分设计参数的扰动超出许用范围。     

发电机组轴系扭振疲劳损伤评估方法研究

凹槽、套装联轴器等结构往往是汽轮发电机组轴系疲劳损伤的薄弱环节,对其进行应力分析至关重要,经验公式无法满足要求。以某600 MW汽轮发电机组轴系为例通过有限元建模方法对汽轮发电机组轴系进行扭应力分析,进一步得到薄弱环节的应力寿命曲线,优化疲劳极限取值,实现低幅值次同步振荡工况下的疲劳评估。采用多段集中质量模型分析扭振固有特性,结合轴系扭振固有特性和应力寿命曲线,评估机组轴系在次同步振荡工况下的疲劳损伤。此方法可用于评估汽轮发电机组轴系疲劳损伤情况。     

汽轮发电机组轴系扭振固有特性计算

叙述了计算轴系扭振固有特性的Riccati传递矩阵法。在考核了程序合理性的基础上,对某300MW机组轴系的扭振固有特性进行了计算。其结果满足《扭振考核导则》的要求。     

基于旋转软化的汽轮发电机组轴系振动研究

利用有限元法建立了汽轮发电机组轴系试验台模型,分析了陀螺力矩、应力刚化及旋转软化效应对弯曲和扭振模态的影响,导出了相应的动力学方程,运用程序计算了该轴系试验台模型的扭转、弯曲及弯扭耦合振动.结果表明：扭转振动影响到轴系的安全运行,存在多种形式的弯扭耦合振动;旋转软化效应对第一、第二阶弯曲反进动模态产生显著影响;应力刚化效应进一步提高了第三阶弯曲正进动模态频率;考虑应力刚化及旋转软化效应的影响,可求得扭振模态频率及临界转速;与梁模型相比,采用实体单元时的仿真度高,计算结果更准确.     

轴系扭振在线监测系统开发研究

扭转振动是影响诸如发电机组、空压机、推进轴系等旋转机械安全运行的重要动力性能之一,而发电机组、空压机等轴系扭振激励受负载的影响往往较大。为提高设备运转可靠性,在轴系运转过程中扭振应力幅值超过一定限值时进行预警,开发了一套船舶旋转机械轴系扭振在线监测系统,对船舶旋转机械设备实现严密的运转监测保护。系统同时兼容采用应变监测的直接测量方法与采用脉冲时序法测量的间接测量方法对轴系扭振进行监测,根据轴系实际情况对传感器类型以及监测系统模式进行选择,提高了系统对不同轴系结构的适应性。系统以ARM加DSP为开发平台,综合应变电测、无线遥测和数字信号处理等技术开发了监测系统。并通过标准应变模拟器以及基于脉冲时序法理论所设计的扭振标定器分别对无线应变遥测系统以及脉冲时序法扭振采集系统试验精度进行验证。结果显示,采用脉冲时序法测量,在转速为5 000 r/min时,系统检测误差约为0.3%,采用应变遥测系统检测方案时,误差值也远小于1%,该轴系扭振监测系统能实现较高精度的监测。     

6EX340EF柴油机试车台轴系扭转振动分析

基于集总参数方法搭建了自主开发的6EX340EF柴油机试车台轴系的扭转振动模型,并开展了自由振动计算,得到了试车台轴系的前三阶固有频率及振型;同时,分别采用连续升降转速以及稳态测量方法开展了试车台轴系的扭转自由振动测试。两者的比较分析验证了轴系模型的准确性,在此基础上对试车台轴系在不同载荷情况下的扭振应力进行了反推,评估了6EX340EF柴油机试车台轴系扭振的安全性。