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。     

转子临界转速的测定与计算

介绍了转子临界转速的实测数据及测试方法,采用传递矩阵法计算了该转子的临界转速,并对结果进行了比较。     

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     

转子系统模态及不平衡响应特性数值分析

为研究轴承支承刚度、温度对转子系统临界转速的影响,以及研究转子系统不平衡响应特性,采用集总参数法模化三圆盘等直径转子系统,通过Riccati传递矩阵法对转子系统模态及不平衡响应特性进行数值计算分析。结果表明:转子系统在各向同性支承条件下的临界转速与各向异性支承条件下的临界转速数值相近;当轴承支承刚度相对于转子系统处于弹性支承范围内时,转子系统的临界转速数值随支承刚度的增大增幅明显;环境温度的升高影响转子材料的物理性质,导致转子的临界转速数值有所降低,且以高阶临界转速受温度影响降幅最大;加载不平衡激励,在一定速度范围内扫频可得到转子系统的临界转速及相应振型;转子对不同位置处的激励,响应振型明显不同。     

转子动力学计算前处理功能软件开发

在传统应用传递矩阵法进行转子动力学计算的软件基础上，开发前处理软件的工作，解决传递矩阵法输入数据和转子分段的繁琐而又专业性强的工作，使转子临界转速、失稳转速和振动模态的计算软件的使用更为方便，而前处理软件主要解决了转子设计图纸的自动提取和转子的自动分段的功能。     

新型汽封对汽轮机低压转子模态影响

针对某文献提出的新型轴端汽封,研究该汽封对汽轮机转子在运行状况下的稳定性产生的影响。改变密封副端面比压,模拟不同劲度系数的弹簧引起的轴向端面推力,再添加摩擦接触,最后对原转子以及施加了不同轴向推力的转子进行模态分析。利用数值仿真有限元软件ANSYS,计算得出3种情况的前6阶频率及其临界转速。结果显示:在转子轴端的圆盘处增加具有一定轴向端面比压的石墨环后,转子的阻尼频率和临界转速发生变化较小,说明新型汽封的使用对汽轮机不会产生破坏其运行稳定性的影响。这也为该汽封的运行特性及可靠性分析提供了理论基础。     

基于涡动角的裂纹转子模型稳定性分析

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的裂纹转子模型运动的稳定性.结果表明:系统失稳时,倍频附近会出现不可公约的频率成分.裂纹深度、系统阻尼、裂纹方向角等系统参数对模型的运动稳定性都有较大影响,特别是裂纹方向角对稳定性的影响很复杂,偏心量对模型的稳定性影响较小.不同失稳区系统的失稳模式也不尽相同,并且随着阻尼比的变化,系统失稳模式也会发生改变.     

基于API617的双级盘式TRT转子优化设计

为了提高高炉煤气余压回收透平发电装置的能量回收率和运转效率,根据API617标准,设计了15种盘式双级可调静叶TRT转子-轴承系统,并且采用数值模拟的方法详细分析、计算了这15种方案的临界转速、动力响应及转子不平衡的稳态响应等重要的转子动力特性。研究结果表明:轴承跨距的增大有利于提高转子的临界转速;单纯增加轴的直径只能增加轴刚性支承下的临界转速,转子-轴承系统有阻尼的临界转速反而降低;通过合理分布转子的质量可以成功实现双级悬臂TRT的开发设计。此项研究可为进一步提高国内TRT转子设计水平提供经验依据。     

标高对转子-滑动轴承系统动力学特性影响研究

通过理论和实验研究了多跨转子-轴承系统标高对其轴承载荷分配、临界转速及稳定性的影响规律.结果显示,轴承标高变化对柔性转子临界转速影响较小,但对轴系稳定性有较大影响.研究结论为多跨轴系标高设计及现场调试提供依据.     

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。     

半挠性转子的动力特性及安全问题

本文先提出了弯曲刚性临界转速与弯曲挠性临界转速的概念,然后又提出半挠性转子的概念。根据三个实例产品转子的现场及动平衡机上的试验结果,对半挠性转子的动力特性作了描述,最后对这类转子的安全问题也提出了看法。     

汽轮机轴系动力特性研究

以某国产大型汽轮机组为例，利用传递矩阵法原理和相关的软件包，计算并分析了轴系的稳定性和不平衡响应，求出了系统的阻尼临界转速，并研究了轴承标高变化对负荷分配的影响以及扭振特性等，涉及汽轮机轴系动力特性的大多数领域。结果表明，分析方法完全满足工程精度要求，可以用于大型汽轮机组轴系的动力特性分析。     

双跨转子系统的临界转速影响因素分析

建立双跨转子系统模型,利用Ansys软件进行转子临界转速计算,并与理论计算结果比较,以保证结果的正确性。用有限元软件分析研究了支承变化、轮盘变化以及联轴器变化3种影响因素对双跨转子系统临界转速的影响。结果分析表明：在转子上增大支承刚度会增大双跨转子的临界转速,而在支承位置的偏移中,两段转子的临界转速表现出不同的变化趋势。增大转子上的轮盘质量,双跨转子的临界转速减小,偏移转子上的轮盘位置,双跨转子的临界转速增大。增大联轴器的刚度,双跨转子的临界转速增大,联轴器的位置处于中心时,临界转速最大,向两边偏移,临界转速减小。为汽轮机转子系统设计和处理汽轮机运行过程中由于结构数据变化引起临界转速改变提供参考。     

利用计算机帮助高速平衡柔性透平机械转子

机械设计趋势正通过更有效地利用材料,使之处于较高的受力状态,朝获得更好的性能方向发展.在设计压缩机和各种型式的气轮机和燃气轮机时,这种趋势导致工作转速日益提高.可是,增加转子长度、提高转子转速会使转子的动刚度下降,转子的挠性临界转速如果不能远远超过工作转速,就会产生这样一种情况:第一挠性临界转速低于工作转速而第二挠性临界转速刚好在工作转速之上,因此后者影响运转工况.     

考虑陀螺效应的增压器转子动力特性分析

借鉴对称矩阵的子空间迭代法思想,将辛子空间迭代法应用于增压器系统,以某增压器转子为例,充分考虑涡轮增压器的特殊性,建立了涡轮增压器转子的有限元模型,并在计算模型中综合考虑了轮盘的陀螺力矩,转动惯量、支承和轴套等因素,分别计算了增压器转子在不同支承刚度下临界转速、振型的变化趋势,分析了支承刚度对增压器转子动力学特性的影响.计算结果表明:改变支承刚度可以有效地调整该增压器转子的临界转速,但对转子各阶临界转速振型影响不大.     

22.5MW给水泵汽轮机高速转子特性分析

以配套1000MW等级超超临界汽轮发电机组的22.5MW给水泵汽轮机为研究对象,介绍了该给水泵汽轮机转子功率高、推力大、转速范围广的特性及开发难点。通过对转子进行离散模化并利用传递矩阵法,分析研究了转子结构中各因素对其临界转速的影响及敏感性,并进一步分析、计算了对转子轴向推力的联带影响。论文最终通过对转子推力及动力学特性的协调性研究,得出了缓解转子轴向推力和临界转速互相矛盾的结果;证明单缸单流结构仍然能够适用于22.5MW等级给水泵汽轮机,并保证其安全、稳定、高效的运行。     

迷宫密封转子动力学特性的数值模拟

采用数值求解三维Reynolds-Averaged Navier-Stokes(RANS)方程,研究了具有16个齿的迷宫密封转子动力学特性,分析了在两种转速条件下进口预旋对迷宫密封转子动力特性系数的影响,计算了无进口预旋时,在两种压比条件下,迷宫密封系统的交叉刚度和直接阻尼系数随转速的变化关系,并将计算结果与实验值和两控制容积BF(Bulk Flow)方法计算值进行了比较.研究结果表明:所采用的数值方法能较好地预测迷宫密封的转子动力特性,且计算结果优于两控制容积BF方法.对于迷宫密封,交叉刚度与进口预旋近似成正比关系,且随着转速的增大而增大;直接阻尼对转速和进口预旋均不敏感,但随压比的增大而显著增大.过大的进口预旋和转速均会使转子的稳定性降低;工作在较大转速下的迷宫密封系统可以通过施加合理的进口预旋来增强转子的稳定性.     

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.     

应用谐波平衡法分析裂纹转子的动力特性

为了研究弹性支承对裂纹转子动力特性的影响,借助于谐波平衡法分析了具有弹性支承偏置裂纹转子的盘心位移响应、支承处加速度响应以及支承刚度对系统响应的影响。研究结果表明:具有弹性支承的裂纹转子系统在支承处加速度响应中也包含1X、2X、3X…频率成分,并且出现分数次共振现象。不但如此,当裂纹转子以超临界转速运行时,支承处加速度响应的幅频图上2X以上各谐波分量仍明显存在。因而,转子以超临界转速或亚临界转速运行时,2倍频分量作为裂纹故障的重要特征,总会在支承加速度响应中出现。这对利用轴承座处的振动信号进行裂纹故障检测有一定的实用价值。增加支承弹性不但可以减小裂纹转子过临界转速的响应,还能减小由裂纹引起的超谐波共振响应。     

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。