高速涡轮动力轴系稳定性评价与实验研究

发布时间：2017-11-07 03:36

  本文关键词：高速涡轮动力轴系稳定性评价与实验研究

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【摘要】：能源是国家经济社会发展的重要保证,而能源安全也是国家能源可持续供给、社会经济健康发展的重要保证。分布式能源系统能够以小规模、小容量等方式方便地布置在用户端,可以在很大程度上弥补现有的集中式供电的缺点,并与大电网相辅相成。在分布式能源系统当中,有相当多的旋转机械作为动力装备出现,并朝着高速化、小型化与集成化的方向发展。尤其是近十年来空气润滑技术与高速柔性转子一体化设计的进展,使得空气轴承取得了快速发展与应用,包括在微小型燃气轮机、内燃机、膨胀制冷机等动力机械上的应用。针对这些微小型动力机械中气体轴承支撑的高转速转子的稳定性问题也越来越受到人们的重视。在以微型燃气轮机、膨胀制冷机、透平发电机为代表的高速旋转动力机械中,高速涡轮动力轴系稳定性的研究具有重要意义,而其中针对高速涡轮动力轴系稳定性的评价则是重中之重。评价方法的好坏直接关系到对高速轴系振动稳定与否的判断,进而影响到对动力机械的后续操作,最终关系到高速旋转动力机械能否稳定与安全运行。本文针对高速涡轮动力轴系稳定性评价与实验研究开展了以下几方面工作：1.通过论述非线性振动稳定性分析方法中的四种解析模型：Lund模型、Muszynska模型、尤里模型以及耦合振动模型,对比分析几种轴系失稳判别准则各自的特点与适用性情况,说明耦合振动模型及工程稳定性判别准则在非线性振动分析中的特点,并提出轴系非线性振动图谱分析方法。2.根据实验平台的顶层设计,结合对实验台功能及性能要求,搭建了高速透平发电机实验平台。主要研究包括：动力源及气体管路系统、远程控制及在线监测系统及同轴结构的高速压气机-透平-发电机轴系等。完成了实验台传感器类型选型及其安装设计,确定了键相槽位置及尺寸等相关参数,应用DASP软件对轴系进行了动平衡。3.针对在实验过程DASP振动采集与分析软件使用中暴露出来的问题,进行了键相信号优化处理分析；针对伯德图与极坐标图、轴心轨迹等进行了慢滚动矢量补偿优化分析,使振动信号的测试达到“能测到”、“测的准”、“分析准”的目的；针对轴承供气压力对轴承-转子系统稳定性的影响进行了分析,获得了高速透平发电机的基本振动特性。4.针对由碰摩引起的各种振动现象,包括自动降速、轴向与径向碰摩、周期性碰摩,以及转速飞升等典型故障现象,从现场测试与控制调整的角度验证了稳定性评价方法的合理性和有效性。给出了典型故障现象的振动特征图谱,并依据工程稳定性判别准则及其推论对实验过程中的轴承-转子系统稳定性进行了评价；依据耦合调频思想,通过改变设备结构、调整轴承供气压力、调整驱动气流量等主动控制措施,达到了控制“混沌边界”、提高轴系稳定性的目的,验证了耦合调频技术的有效性。开展了高速透平发电机冷、热、电联供实验,分析了设备的振动、热力及发电特性,为针对高速透平发电机的功能、性能实验提供了基础实验数据。
【学位授予单位】：华北电力大学(北京)
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TK05

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本文编号：1150683