核电汽轮机转子叶片围带内阻尼定量计算与动态优化研究

发布时间：2020-05-11 18:27

【摘要】：核电汽轮机组转子系统是将核能转化为电能的核心部件,为确保其持续平稳安全运行必须要抑制叶片产生危险振动造成的疲劳、断裂等失效。针对目前工程中多采用围带结构通过约束叶片运动和围带间摩擦耗能增阻来抑振,但因不能确定围带振动位移及接触-摩擦-分离时间,迄今尚无对转子系统运行中叶片振动导致相邻围带间摩擦阻尼的定量计算方法,目前在设计阶段只能凭经验设计围带结构及参数,面临着先设计制造再实验仿真后分析优化可能造成“先天不足”且浪费制造资源拖延生产周期等技术难题。本文建立考虑围带参数(接触角、摩擦系数、接触刚度、间隙)及转速影响的转子系统迟滞运动微分方程,建立围带摩擦内阻尼定量计算方法,为在设计阶段准确设计围带优化转子系统动态特性,有效利用叶片围带摩擦阻尼消耗振动能量同时提高系统刚度的被动自愈抑振技术解决上述问题,为汽轮机转子系统的设计、制造提供理论依据和方法,对确保汽轮机安全运行具有重要理论意义和工程应用价值。以平行四边形围带为例,建立考虑摩擦系数、接触角、接触刚度、初始间隙及转速影响的围带三维宏观滑移迟滞摩擦模型,基于谐波平衡法据围带摩擦模型建立围带摩擦内阻尼模型。采用CN群论和有限元法建立考虑围带摩擦内阻尼和刚度的叶片-围带-转子系统迟滞运动微分方程,求解对应的齐次方程的特征根,在频域内考虑围带摩擦内阻尼求解频响函数,分析系统的质量、阻尼、刚度对系统的动态特性的影响。据转子系统运动微分方程求解围带摩擦内阻尼定量计算公式,建立基于瞬态响应幅值包络线的围带摩擦内阻尼定量计算方法(SDQM),以某1000MW核电汽轮机低压缸转子系统为例,使用所提出的SDQM定量计算围带摩擦内阻尼,比较有无围带摩擦阻尼的转子系统模态特性,得出围带摩擦内阻尼对转子系统固有频率和振型的影响规律;在不同转速等效离心载荷激励下考虑围带摩擦内阻尼对系统进行频响分析,探讨内阻尼的减振效果、迟滞特性、频响特性,并采用干态静止转子系统测量振动响应的试验验证本文中建立的围带摩擦内阻尼模型及定量计算方法。采用多因素多水平正交法和响应曲面法辨识影响围带摩擦内阻尼的敏感变量(单变量及各变量间交互影响),采用二次多元回归拟合得到关于围带各参数的摩擦内阻尼定量计算公式,计算得到不同转速下各变量对围带摩擦内阻尼影响规律;阐明围带间约束限位改变动刚度限制振动位移及相邻围带间位姿重构诱发摩擦内阻尼耗散振动能量的减振机理.基于谱振图分析不同转速下各因素对系统响应特性的影响:随着转速升高,摩擦系数和接触刚度的增大使振幅下降幅度增大,减振率增大;接触角和初始间隙的增大,使振幅下降幅度先增大后减小,减振率先增大后减小。建立考虑围带摩擦内阻尼的转子系统稳定性判据,分析不同转速下围带参数(摩擦系数、接触刚度、接触角、初始间隙)对系统稳定性的影响,得出随着转速和围带参数变化系统稳定区域的变化范围。为提高系统运行稳定性,建立基于结构摄动修改动态优化围带摩擦内阻尼的方法,确定以围带摩擦内阻尼在不同工况下达到总体最优为目标函数,在约束条件下摄动修改设计变量,对修改后的围带结构重分析,直至符合目标函数,得出优化后的围带参数。优化后的围带摩擦内阻尼使振幅下降幅度增大,减振率增大,尤其在常规运行转速下,围带摩擦内阻尼消耗振动能量,抑制系统的振动响应,减振率达到71%,验证优化后的围带能高效抑振。
【图文】：

－，（１０００ＭＷ以上）的低压缸转子系统，具有特大／重型、长轴系（轴系长超过３０ｍ）、逡逑大柔性叶片（末级叶片长超过１．３ｍ）及围带、拉筋等复杂结构特点，一般工作逡逑转速在１？２阶临界转速以上，不平衡激励、湿蒸汽激励、随机激励等工况下转逡逑子系统末级叶片易产生弯扭振动与机箱发生碰摩，尤其是汽轮机在不更换转子逡逑的前提下由供电转为电热双供状态导致末级叶片颤振，减少转子运行寿命且危逡逑及整个系统的持续平稳运行。目前工程中多采用围带约束叶片运动或围带间摩逡逑擦耗能来抑振，但无法定量计算叶片振动变形导致相邻围带间位姿重构诱发的逡逑摩擦阻尼，现在多凭经验设计相邻围带间的参数（接触角、摩擦系数、接触刚度、逡逑初始间隙）及其结构，，面临着先设计制造后分析优化可能造成“先天不足”且逡逑浪费制造资源拖延生产周期等技术难题。本章旨在阐述该课题的研究背景及意逡逑义，通过综述前人相关的理论成果，找出创新之处，并由此引出所开展的研究逡逑工作。逡逑

S，摩擦桂
【学位授予单位】：山东大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TM623

【参考文献】

相关期刊论文 前10条

1 顾璐寅;王恭义;余德启;;核电汽轮机末级长叶片低周疲劳寿命预测研究[J];热力透平;2015年04期

2 谢永慧;张荻;吴君;丰镇平;;核电汽轮机末级长叶片振动特性研究进展[J];热力透平;2015年04期

3 张良;;谈核电同火电汽轮机的比较分析[J];科技与企业;2014年20期

4 周英;;核电汽轮机1710 mm末级长叶片整圈振动特性分析[J];热力透平;2014年03期

5 吴文青;谢诞梅;杨毅;胡鹏飞;;具有初始弯曲的1000MW汽轮机低压转子的振动特征分析[J];振动与冲击;2014年17期

6 姚红良;翟新婷;刘子良;闻邦椿;;摩擦热弯曲转子系统稳定性定量研究[J];机械工程学报;2014年17期

7 杨喜关;罗贵火;温卫东;唐振寰;王飞;;支承非线性特性对双转子系统的响应特性影响研究[J];振动工程学报;2014年04期

8 高庆水;邓小文;张楚;刘石;杨建刚;;单支撑1000MW超超临界汽轮机轴系不平衡响应分析[J];振动与冲击;2014年14期

9 黄文俊;朱晓农;陈启明;饶杰;;阻尼叶片振动特性及优化研究[J];汽轮机技术;2014年03期

10 王明坤;刘姗姗;王晓斐;庄会庆;戴义平;;超超临界汽轮机调节级叶片的汽流激振力研究[J];汽轮机技术;2014年03期

相关博士学位论文 前3条

1 姚剑飞;透平机械转子轴系振动故障特性分析及靶向抑制研究[D];北京化工大学;2015年

2 韩刚;航空发动机叶片和转子气流激励下非线性动态响应研究[D];哈尔滨工业大学;2015年

3 刘峻华;大型汽轮发电机组轴系扭振研究[D];华中科技大学;2006年

相关硕士学位论文 前10条

1 乔鹏;核电汽轮机叶栅—轴系统振动特性研究[D];山东大学;2017年

2 徐强;准周期激励下带干摩擦阻尼叶片减振特性研究[D];南京航空航天大学;2016年

3 王玉松;基于内阻尼的高速铣削刀具—主轴系统动力学建模及稳定性分析[D];山东大学;2014年

4 胡建涛;600MW汽轮发电机组转子轴系振动特性研究[D];华北电力大学;2013年

5 孙浩;汽轮发电机组轴系—叶片耦合振动特性分析[D];华北电力大学;2013年

6 吴绵绵;涡轮叶片摩擦阻尼减振设计方法研究[D];南京航空航天大学;2010年

7 王小宁;带冠汽轮机叶片的干摩擦减振数值模拟[D];上海交通大学;2010年

8 汪燕;透平自带冠叶片冠间碰撞减振理论与实验研究[D];长沙理工大学;2008年

9 何榜;带锯齿冠涡轮叶片振动特性分析及结构优化设计研究[D];南京航空航天大学;2007年

10 宋清华;高速旋转系统动态特性分析及优化方法研究[D];山东大学;2006年

本文编号：2658884