非线性动态特性系数对汽轮机转子-轴承-密封系统运动特性的影响

为准确地反应汽流激振下汽轮机转子-轴承-密封系统的运动特性,推导了包含非线性动态特性(非线性刚度、阻尼)的转子运动微分方程,将数值模拟获得的非线性汽流激振力拟合成方程耦合到运动方程中,采用龙格-库塔法求解对应的运动方程,基于试验对比验证了考察非线性因素的必要性与运动微分方程的准确性。在此基础上,分析汽流激振力作用下不同非线性动态特性系数对转子运动特性与稳定性的影响。结果表明:系统中的非线性动态特性会改变转子不同类型的混沌运动区域与位移,使1/2、1/3、2/3工频的出现范围及幅值改变,密频现象增加;耦合热、动载荷后高负荷区域转子位移减小。对比Lyapunov指数,考虑非线性动态特性后其均值有所上升;合理的非线性刚度能够改善系统的稳定性,高非线性阻尼值能提高系统稳定性;耦合热、动载荷后的系统高负荷运行时更稳定。

双馈异步风力发电机转子匝间短路故障振动特性分析

针对双馈异步风力发电机转子匝间短路的故障振动机理尚不明确且无法为故障诊断提供理论依据的问题,开展了双馈异步风力发电机转子匝间短路故障振动特性分析.首先,结合有限元仿真及解析推导,分析转子匝间短路下双馈异步风力发电机的气隙磁密规律,得到转子所受的不平衡磁拉力;然后,考虑转子不平衡磁拉力的情况下构建双馈异步风力发电机转子-轴承系统非线性动力学模型,利用非线性动力学仿真获取转子匝间短路故障下系统的振动仿真信号;最后,在双馈异步风力发电机故障模拟实验台上进行转子匝间短路故障实验,利用实验分析验证非线性动力学仿真结果的有效性.非线性动力学仿真及实验分析结果均表明,转子匝间短路故障下双馈异步风力发电机转子-轴承系统振动信号的频谱存在转频的谐波成分,通过检测转频的谐波分量可诊断双馈异步风力发电机转子匝间短路故障,有效揭示了双馈异步风力发电机转子匝间短路的故障振动机理.

汽轮机空心焊接转子减振降噪应用研究

目前,传统的整锻转子无法完全满足工业驱动及发电类汽轮机的减振要求,而焊接转子因其结构紧凑、质量小、刚性好、静挠度小、适合于快速启动等特点,在减振降噪方面具有应用优势。以上汽厂某50 MW级汽轮机的整锻转子为分析对象,提出了2套空心焊接转子设计方案并进行了动力学对比分析,确定优选方案后,采用商业软件ABAQUS对该方案所述转子在120%超速工况和稳态工况下的强度进行了校核,结果显示空心焊接转子和焊缝的强度均满足设计要求。按该方案加工出了空心焊接转子,其动平衡试验的结果显示该转子前后轴承的振速远低于出厂要求值。所提出的空心焊接转子结构可以使转子由柔性转子变为刚性转子,保证其满足结构强度要求,同时实现减振降噪。研究成果可以为后续更高功率的汽轮机焊接转子减振降噪设计提供参考。

基于跳动数据的弯曲转子动平衡方法研究

文章研究了在已知汽轮机转子跳动情况下,弯曲转子的精细动平衡方法.在有限元软件中进行转子建模,通过跳动情况进行不平衡重径积计算,并将重径积结果添加到转子模型中,以此计算前后轴承附近的振动响应,通过试算得到最优配重方案.工程实践证明,该方案实施效果显著,能有效地处理弯曲转子的振动问题.

工业汽轮机驱动合成气压缩机设计

根据工业企业需求,要设计高参数、高转速、高功率的工业汽轮机,因此基于涡轮热力学的基本原理,制定了一种新型的反应式工业汽轮机设计方案。以汽轮机强度理论为理论基础,对汽轮机直叶片的应力进行了较为精细的计算,并对调节级叶片和末级扭叶片的应力采用有限元方法进行了详细分析;基于转子动力学理论分析4种不同振动模式下汽轮机转子的不平衡响应振动情况,采用动平衡机进行转子的高速动平衡试验。实验结果显示:汽轮机的功率、转速均符合用户的需求,叶片应力在允许范围之内,叶片强度达到设计指标,转子临界速度符合相关要求,转子振动幅度控制在25μm之内,达到了系统的设计要求,该方案满足合成气压缩机的驱动需求,可应用于同类工程。

汽轮机非线性间隙气流激振力作用下含裂纹转子的振动特性研究

建立了在汽轮机非线性间隙气流激振力作用下裂纹转子-轴承系统的动力学分析模型,并采用数值积分方法研究此类裂纹转子系统的分岔与混沌特性。利用Poincare截面和分岔图的变化分析汽轮机非线性间隙气流激振力和裂纹深度对系统振动响应特性的影响。分析结果表明:汽轮机非线性间隙气流激振力会使得系统的周期性运动状态提前,且混沌区域发生明显的减小;在浅裂纹时,汽轮机非线性间隙气流激振力对系统的响应起主导作用,且在超临界转速区域出现周期8运动;随着裂纹深度的增加,系统运动的混沌区域逐渐减小几乎消失,在超临界转速区域的逆周期运动演变为较长的周期3运动。研究结果可以作为含裂纹转子在汽轮机非线性间隙气流激振力作用下耦合故障发生的典型特征,也可作为此类耦合故障诊断的依据。

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。

基于模态振型分析的大型汽轮机低压转子高速动平衡方法

针对目前传统影响系数法难以平衡某些大型汽轮机低压转子的难题,提出一种基于模态振型分析的大型柔性转子高速动平衡方法。在分析汽轮机转子系统结构的基础上,综合考虑了动平衡机摆架轴承座的动力特性,采用基于有限元的转子轴承动力学分析商业软件DyRoBeS建立了转子-轴承-摆架系统模型,分析转子系统临界转速和振型,从而根据转子的模态振型,结合柔性转子影响系数平衡法要点,设计合理的平衡工艺,有针对性的选择平衡校正面和平衡转速点,采取逐阶次平衡的方法,实现这类大型特殊柔性转子的动平衡。最后以哈汽产的66万千瓦大型汽轮机低压转子高速动平衡试验为例,应用结果表明采用该方法能有效平衡大型柔性转子,且减少了起机次数,节省了平衡费用。

实际高维转子—轴承系统非线性动力学行为计算研究

采用等参梁有限元方法对实际600MW汽轮发电机组的轴系(考虑局部非线性油膜力因素)进行了动力学响应分析;并与线性方法分析结果进行了对比,同时考察了直接积分法和模态叠加法在大型轴系非线性求解方面的差别。结果表明:采用非线性方法求解高维转子轴承系统的动力学响应是必要的、可行的;对于转子系统非线性动力学问题,直接积分法比模态叠加法更为有效。

汽轮机裂纹转子升速过程非线性振动数字仿真及分析

基于应力强度因子为零法,建立了汽轮机转子升速过程中开裂纹转子和呼吸型裂纹转子的振动模型,并采用Runge-Kutta法对模型进行数值积分,实现升速过程中2种转子的稳态响应数字仿真及稳定性量化分析。结果表明:开裂纹转子和呼吸型裂纹转子在升速过程中均存在明显的1/3阶和1/2阶超谐共振;在超临界转速区,开裂纹转子和呼吸型裂纹转子均在转速比p=ω/ω0=2.10、2.20、2.55处出现了亚谐共振,该现象可作为判断转子裂纹故障是否存在的依据;在不同转速区,呼吸型裂纹转子与开裂纹转子的表现各不相同,尤其在超临界转速区,质量偏心e进一步抵消裂纹引起的非线性失稳,呼吸型裂纹转子出现局部渐进稳定区域,特别是在0.8<e<1.6时,质量偏心会进一步抑制非线性失稳运动,这一现象可为裂纹转子非线性运动失稳控制提供理论依据。

汽轮机转子钢蠕变损伤的非线性超声评价

超超临界汽轮机高温部件长期服役会产生蠕变损伤,威胁设备的强度安全,快速、有效地检出高温构件蠕变损伤状况对保证设备服役安全意义重大。采用中断蠕变试验,在实验室模拟获得了汽轮机转子钢FB2不同程度的蠕变损伤,进行损伤后试样的非线性超声纵波表征试验。结果表明:非线性超声参量随转子钢FB2蠕变损伤程度的增加而增大;透射电镜微观分析表明,超声非线性参量增大与位错密度增加有关;非线性超声纵波参量与高应力水平下的位错攀移和低应力水平下的位错滑移存在较好的函数关系。进一步以位错密度为中间量,建立非线性参量22 1A A和稳态蠕变变形速率ε?的关联式。

汽轮机转子涡动汽流激振力分析与CFD数值模拟

汽轮机转子涡动时轴心偏离静子中心产生轴系失稳的Thomas/Alford汽流激振力,传统的叶顶间隙激振力公式对此不能全面准确评估。该文综合考虑转子涡动以及围带汽封二次流,在动叶通道,根据蒸汽做功分析涡动效应激振力;在叶顶围带汽封,用CFD数值模拟泄漏蒸汽三维粘性流场,确定蒸汽激振力。研究结果表明小的静偏心和动偏心条件下,转子涡动动偏心在动叶通道诱发的激振力要大于静偏心激振力;围带汽封汽流预旋速度对间隙激振力有重要影响;调门不对称进汽也是蒸汽激振力的另一个重要来源。

调节阀特性非线性补偿对动态特性影响的仿真研究

调节阀特性非线性将影响机组的稳定运行,必须通过非线性补偿,使机组的静态特性线性化。液压调节系统通过凸轮转角与阀门升程特性的调整实现线性化,数字电液调节系统通过非线性补偿函数实现系统特性的线性化。通过计算机仿真,对不同补偿方式时系统的动态特性进行了研究,结果表明,当油动机滑阀没有限幅时,两种系统的补偿环节对动态特性没有影响;当油动机滑阀具有限幅时,数字电液调节系统补偿特性对系统的动态特性具有重要的影响,为了保证系统的稳定,必须限制补偿环节的斜率或者负荷扰动的幅值。为调节系统补偿环节的设计提供了理论依据。

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%。

气流激振力作用下转子的非线性特性研究

建立汽轮机低压转子系统的动力学模型,利用数值积分法和Poincare映射法对其进行非线性特性研究,得出转子系统的分岔图、Poincare映射图和最大Lyapunov指数图.分析随转速变化和径向密封间隙对转子动力学行为的影响.结果表明:在转速变化时,系统经过周期运动后进入混沌状态,最后又回到一周期状态.在径向密封间隙变化时,转子经概周期运动后进入混沌状态.

某电厂135MW汽轮发电机组振动问题分析及处理

通过对某135MW汽轮发电机组轴系发生振动故障案例进行整理,归纳分析了机组启动运行过程中发生的典型振动问题,介绍了故障简况、振动特征、分析判断过程和现场处理方法,可为同类型机组振动问题处理提供借鉴。

迷宫轴封气流周向剪切力对转子动态特性系数的影响

采用扰动法计算分析了透平机械直齿型轴封中非定常高压气流流动对涡动转子的气流激振问题,针对进口速度、进口压力、转子转速、涡动频率以及间隙大小对转子动特性系数的影响进行了详尽计算。结果表明,表面周向剪切力对转子动特性系数的影响不可忽略。

大型汽轮机高中压转子大轴弯曲事故分析及对策

跟踪近年来发生的几起300MW汽轮机高中压转子大轴弯曲事故。利用转子动力学和弹塑性力学及材料力学理论,结合高中压转子的结构特点和材料机械性能,总结分析了高中压转子大轴弯曲的过程和机理,提出了避免发生高中压转子大轴弯曲事故的措施和建议。

高参数高转速工业汽轮机转子稳定性评估

正确评判汽流激振引起的转子失稳是设计出转子动力学特性优良的高参数高转速汽轮机的关键。针对以上问题开展研究,首先采用不同方法分析获得调节级密封的交叉刚度,通过对不同方法获得结果的对比,得到杭汽专用程序计算获得的密封汽流激振力对转子稳定性评估偏安全的结论。然后,考虑汽轮机各密封部件处的交叉刚度,对一特定高参数高转速汽轮机转子稳定性进行评估,分析结果表明,该高参数、高转速合成气汽轮机转子稳定性安全系数为2.58,具有优良的转子稳定性。

供热汽轮发电机组转子弯轴事故的分析及处理

本文对一起供热汽轮发电机组转子弯曲事故的发生过程进行了分析,判断出造成该转子弯曲的主要原因是发生了动静碰摩,引起动静碰摩的直接原因则是上下汽缸温差过大。对该弯曲转子实施了校直、低速动平衡、联轴器端面瓢偏修复等技术措施后,机组顺利起动、并网发电,各轴承振动均小于30μm,达到优良水平。