大型汽轮发电机组基础-轴系联合振动试验研究

保证大容量汽轮发电机组轴系动态特性满足运行的要求是十分重要的。大容量机组的基础和轴承座刚度要比油膜刚度低,因此基础对转子的影响不能忽视。为了对比基础对转子的影响,建立了整体基础-轴系模型试验台和框架式基础-轴系模型试验台。提出了在不平衡响应计算的基础上考虑基础对转子影响的计算方法。基础用实测的机械阻抗与转子耦合,油膜阻抗由计算而得。 实测和计算表明,转子的临界转速在框架式基础上反比整体基础为高,这一结果具有十分重要的经济价值。     

国产200MW机组结构特性与油膜振荡

木文扼要分析了200MW机组油膜振荡与轴系、轴承、轴承座结构特性的关系,说明一阶临界转速和轴承失稳转速偏低存在油膜振荡的可能性,并根据油膜振荡机理说明转子动平衡、转子对中、轴承找中心必需提高精度才能避免油膜振荡。并提出将轴承失稳转速提高到额定转速的125％以上,消除油膜振荡的可能性,还说明将三油楔轴承改为椭圆轴承是比较现实的措施,但也有一些问题需要试验研究。本文还提出轴系临界转速偏低、偏多和分布不合理的问题,升速和超速试验时要注意避免共振和油腹振荡.要准确测定各阶临界转速、提高操作水平严防共振和振荡。     

200MW汽轮机低压转子-轴承系统的非线性动力学分析

采用数值计算方法对实际大型转子-轴承系统的非线性动力学特性进行了研究，计算结果能与现场的运行经验很好地吻合。用有限元法建立了200Mw汽轮机低压转子-轴承系统的非线性振动微分方程。采用Newmark逐步积分法对转子在升、降速过程中的振动响应进行了数值仿真，得到了转子发生油膜失稳的转速和油膜振荡的“惯性迟滞”现象。对转子的重力和不平衡量对系统的油膜涡动和油膜振荡的影响进行了计算和分析。计算得到了转子的振动随转子的偏心距、轴承的长径比、间隙比、润滑油粘度的变化规律，分析结果为定量和定性分析该类机组转子-轴承系统的稳定性提供了参考依据。图15表1参7     

线性与非线性油膜力模型下转子振动稳定性对比研究

滑动轴承的油膜力直接影响转子振动的稳定性,首次对大型多自由度转子系统在线性和非线性油膜力作用下的振动稳定性进行了对比分析。针对200Mw汽轮机低压转子一轴承系统,采用数值计算方法分别模拟了转子在非线性油膜力和传统的8个刚度和阻尼系数表示的线性油膜力模型下,转子升速过程中发生油膜失稳的典型特征。通过比较分析得出考虑油膜力的非线性特性后转子发生油膜振荡的转速提前。因此为保证大型转子-轴承系统的安全稳定运行,有必要在传统线性理论设计的基础上,引入非线性油膜力形式对系统的稳定性作进一步的计算校验。     

轴承标高对多跨转子-轴承系统非线性稳定性的影响研究

建立了考虑转子-轴承标高与非线性油膜力的多跨转子-轴承系统高维非线性动力学模型。利用固定界面模态综合法对该模型进行降维,采用Newmark逐步积分法对降维后的动力学模型进行数值计算,可得到转子在各种标高情况下发生油膜失稳的转速门槛值和轴承标高变化对系统动力稳定性的影响规律。对200MW汽轮发电机组转子-轴承系统计算分析表明：由于低压转子后轴承的标高抬起,将导致发电机转子前轴承轴颈的失稳转速显著提前,系统的稳定性降低。分析结果从理论上解释了电站200MW汽轮发电机组发电机前轴承处转子易发生油膜失稳的原因,并且证明了本文所提出方法的有效性。     

燃气轮机中心拉杆式转子临界转速计算方法——子结构传递矩阵法

燃气轮机一般都具有复杂结构的转子-支承系统,其转子的临界转速无法用常规的传递矩阵法或Riccati传递矩阵法进行计算。本文用子结构传递矩阵法对一种复杂的具有中心拉杆结构的转子-支承系统进行了临界转速计算与分析,并将计算结果与试验数据进行了对比,证明子结构传递矩阵法可以解决这种复杂结构的转子-支承系统的临界转速计算问题。     

两种裂纹转子模型的稳定性分析

在分析现有模型局限性的基础上,考虑转子在临界转速附近复杂的涡动状态,基于涡动角构建了含横向裂纹的Jeffcott转子的动力学模型.运用Floquet稳定性理论分析了基于涡动角和基于自转角这两种裂纹转子模型运动的稳定性.结果表明:系统参数对两者的运动稳定性都有较大影响.前者只在临界转速附近存在失稳区,后者在临界转速和三分之二临界转速附近都存在失稳区.通过数值计算结果以及理论分析的对比,发现基于涡动角的裂纹转子动力学模型更具普适性.     

大型转子-油膜轴承-柔性基础系统的动力计算

本文采用固定界面模态综合法分析了柔性转子-油膜轴承-柔性基础系统的动力特性。提出了该系统的数学模型,给出了计算系统临界转速以及不平衡响应的计算方法。与经典的模态综合法不同,本文引用了弹性连接件的概念,从而方便地处理了系统中的     

不同基础形式对大型核电半速机组轴系动力特性的影响

为量化研究采用不同基础形式时汽轮发电机组轴系动力特性的差异,采用基础与轴承座均为动态支承刚度边界的方法,以某百万级核电半速机组为计算实例,计算得到常规固定基础及弹簧隔振基础下各轴承座的支承动刚度,并在2种支承边界下计算分析了轴系临界转速、轴颈不平衡响应及轴系对数衰减率等主要动力特性.结果表明:2种基础形式下,轴系各转子临界转速和轴颈的不平衡响应值均很接近,轴系失稳转速大于2 000 r/min,选用弹簧基础时轴系各转子水平向临界转速略有减小,而垂直向临界转速有所增大,通过优化设计可使弹簧基础的支承刚度具备与常规固定基础等效的支承刚度.     

660MW核电汽轮机低频振动机理分析与治理

针对核电660MW汽轮机轴承低频振动问题,通过改变机组转速、功率及润滑油压等试验,分析了低频振动特征,指出转子轴向低频振动引起可倾瓦轴承低频振动。通过建立转子轴向约束简化模型,分析汽轮发电机转子轴向低频振动机理为推力轴承油膜失稳及轴向扰动力引起转子轴向低频共振,并与可倾瓦轴承油膜失稳及瓦块颤振两种故障模式进行了对比。对汽轮机转子轴向低频振动及其引起的可倾瓦轴承低频振动,提出调整推力轴承间隙的措施并消除了低频振动。     

汽轮机轮盘质量及位置对转子临界转速影响试验研究

汽轮发电机组在临界转速时转子的振幅急剧增大,造成动静之间碰摩,给机组带来一定的危害。转子临界转速的计算方法多种,但是往往计算结果与实际误差较大。通过伯德图法、频谱分析法和李莎茹图法进行转子临界转速测量,实验结果显示3种方法所测结果基本一致,并确定选取伯德图法测量转子临界转速较为准确;通过改变转子上轮盘的质量和位置变化,利用伯德图进行转子临界转速测量,得出随着质量的增大转子临界转速会减小,在偏离转子中心位置较远处影响不大;相同质量情况下,轮盘偏离转子中心越远,转子临界转速增加得越快。该试验结论可指导工程实践,对现场临界转速的计算、仿真和实验起到一定的借鉴作用。     

涡轮增压器转子系统的模态分析和临界转速计算

对涡轮增压器转子系统分别采用三维实体模型法和一维梁单元模型法进行了模态分析和临界转速计算,得到了其固有频率、临界转速及各阶振型。结果显示:三维实体模型法计算出的各阶振型与一维梁单元模型法得到的结果相同,但固有频率和临界转速略高于一维梁单元模型法得到的结果,说明三维实体模型的刚度大于一维梁单元模型的刚度。对临界转速和滑动轴承油膜刚度的关系进行了计算,计算结果表明:刚度在一定范围内,临界转速避开了涡轮增压器的工作转速。     

汽轮机轴封-转子系统动力学特性的数值分析

建立了汽轮机轴封-转子系统中蒸汽流动作用在转子上的8个蒸汽气动力等效动特性系数计算方程.基于振荡流体力学原理,计入了水蒸汽热物性变化的影响.针对某百万等级超超临界机组高压平衡活塞轴封,分别计算了设计工况下蒸汽在轴封中流动时轴封内温度、压力和剪切应力分布,得到了蒸汽气动力作用在转子上的8个等效动特性系数,计算结果与国外计算程序结果较为吻合.计算分析表明:高压平衡活塞轴封处蒸汽气动力对转子临界转速的影响比较明显,水平和垂直复模态临界转速涨幅分别达10%和4.4%.     

气隙激振力对转子临界转速的影响

从诱发汽流激振的原因出发,指出气隙激振力是汽轮机组发生汽流激振的主要原因,并以Riccati传递矩阵法为框架,建立能够处理包括气隙激振力在内的各种激振源对转子临界转速影响的计算模型。利用该模型就气隙激振力对转子临界转速的影响进行了计算分析,通过与试验台实测的结果对比分析,验证了计算模型的可靠性,得出了临界转速的下降量随着充气压力的提高而增大的结论。该计算模型今后还可应用于转子稳定性及汽流激振的分析研究。图5表2参3     

轴承阻尼系数对汽轮机转子临界转速的影响分析

应用有限元法对四油楔油膜支撑的工业汽轮机转子进行建模和临界转速的计算,在考虑轴承刚度系数和阻尼系数的Campbell图中,除了正向涡动频率和反向涡动频率外,会出现额外的低频涡动频率,分析表明:轴承阻尼系数是产生该现象的主要原因,当阻尼系数不考虑或阻尼系数值降低到0.5×106以下时,低频涡动频率消失;另外不考虑轴承油膜阻尼系数会降低转子系统临界转速。     

转子临界转速特性的试验研究

转子临界转速的一些基本特性早已被人们所认识。当一台旋转机械的结构参数确定后,当通过计算已不难获得其临界转速。但是,由于各种计算方法都引入了一定的假设条件和对实际转子作了简化,以致计算所得结果与实物转子的临界转速总有着或大或小的差异。在机组运行时,准确测定转子的实际临界转速,是保证机组安全操作运行和进行故障诊断等工作所必不可少的一个环节。本课题着重于对测定转子实际临界转速过程中常会遇到的若干问题进行试验研究。     

陀螺效应对不同质量转子系统的模态影响研究

为研究陀螺效应对不同质量转子系统振动特性的影响,在其他转子部件和轴承不变的情况下,通过更改转轴的内径,获得不同质量的转子系统。考虑陀螺效应,对各转子系统进行不同刚度下的临界转速计算,探究刚度变化对不同质量转子系统临界转速的影响规律。研究发现随刚度的增加,存在一个刚度值,使不同质量转子临界转速的变化趋势发生变化。对不同质量的转子系统分别进行有无陀螺效应影响下的模态计算,对比分析各阶临界转速在两种情况下的偏差值,发现考虑陀螺效应的临界转速比未考虑陀螺效应的临界转速要高,而且陀螺效应对各临界转速影响不同。通过对比不同质量转子系统临界转速的偏差值,发现转子系统质量的大小对陀螺效应的作用效果也有一定影响。研究成果可为旋转机械转子系统的设计和工程校核提供参考。     

大型核电汽轮机推力轴承油膜失稳振动研究

针对某些机型核电汽轮机出现轴向振动与径向振动耦合的现象,采用大型核电汽轮发电机组推力轴承可倾瓦块模型,对运行中油膜失稳引起的自激振动进行了机理分析。通过建立转子轴向运动方程,对某650 MW核电机组启机过程中推力轴承载荷进行了测量,计算得出不同轴向载荷和推力轴承间隙比条件下的油膜刚度和阻尼,并分析了推力轴承油膜失稳引起的转子轴向自激振动的频率特点。结果表明:轴向载荷、转速和油膜阻尼是引起推力轴承可倾瓦块轴向自激振动的主要因素;减小推力轴承间隙和增大润滑油压可以抑制转子轴向自激振动。     

改进的VMD方法及其在转子故障诊断中的应用

针对转子系统油膜失稳的诊断问题以及变分模态分解(VMD)的端点效应问题,提出一种利用互信息准则进行波形匹配和端点延拓的改进VMD方法,并通过分析各分量的Hilbert谱诊断油膜失稳状态.结果表明:该方法具有良好的多分量信号分解能力和端点效应抑制效果,能有效诊断出油膜涡动的发生时刻以及发展变化特点;当单盘转子发生1阶油膜振荡时,频谱中转频和振荡频率的幅值突出,同时会出现与两者相关的组合频率成分,对准确、可靠地诊断油膜失稳具有重要意义.     

600MW汽轮发电机组转子-轴承系统的模态分析

针对600MW汽轮发电机组转子-轴承系统,建立了系统运动方程和转子模型,采用有限元分析软件ANSYS进行模态分析,计算汽轮机转子的固有频率和临界转速,从而避免工作转速接近临界转速产生共振.最后通过临界转速和振型图分析转子的特性.