汽轮机高位布置对转子—轴承系统振动特性的影响
发布时间：2021-09-15 13:17
汽轮机高位布置技术可以最大限度的降低管道使用量,采用双轴技术,可以突破单机容量的限制从而扩大二次再热机组热力学性能,提升机组经济性。目前上海申能公司平山电厂首次采用该技术,通过实际生产证实该技术可以有效的提升供电效率,降低污染物排放,降低投资成本,该工程被列为公司的示范工程。因此该技术在未来拥有很好的市场前景。但随之布置高度的提升,偏心力等非平衡因素等影响转子系统的失稳因素是否会因为布置方式的改变加剧对转子系统的影响,是这一技术所面临的热点研究问题。所本文主要研究高位布置技术对转子系统的稳定因素,具体研究过程如下:（1）论文以300MW发电厂高中压汽轮机转子模型（只有高中压缸高位布置）为研究对象,通过结合转子动力学的基本原理和该汽轮机组总体结构和工作工况,因为现场实验成本高风险大,且传递矩阵法参数过大,所以利用有限元软件ANSYS建立转子-轴承模型和转子-支撑系统模型,提出了按照汽轮机组转子和框架结构的简化方法,得出了汽轮机转子和支撑的力学计算模型,用结构网格进行划分。（2）因为模型存在尺寸大,参数多,结构复杂的特点,考虑运算成本所以采用模态综合法对分别对转子-轴承模型和转子-支撑系统...
【文章来源】：东北电力大学吉林省
【文章页数】：64 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图２－１轴系离散模型??
第２章转子系统力学模型建立及分析方法??ｒ?？?？，?＿『Ｑｍ?＾ｂｘｙｌ?ｒｊ．?ｎ?＿?ｋｂｘｘ?＾ｂｘｙ??［Ｌｂｌ?＝?［ｃｂｙｘ?ｃｂｙｙ＼?［ｂｉ?＝?［ｋｂｙｘ?ｋｂｙｙ＿??在基础刚性较好的情况下，轴承座和基础可简化为质量一弹簧一阻尼器模型。用上述动力??特性系数矩阵来表示轴承座及基础的阻尼和刚度。两者在Ｘ，ｙ方向的等效质量用Ｍｂｙ表??示。贝ＩＪ各向异性的支撑模型可用图２－２表示。??ｙ?ｘ???ｈ／＜ｓ／??ｍ??图２－２转子支承简化模型??２．２．３转子－轴承－基础系统力学模型??从近些年转子动力学国际会议的动向来看，基础的影响也日益被重视起来，初步研宄表明，??基础可能会改变转子－轴承系统的临界转速和振型，甚至对各种激励的响应也会产生影响＿。在??前面章节己经介绍了转子和轴承的力学模型，而发电机组的框架无论是钢筋混凝，还是钢构架??的，也可离散化为若干集总质量块和无质量杆系和梁系。即转子每个质量块有四个自由度（位??移ｘ、ｙ和转角心、０ｙ），基础上一个质量块上多一个ｚ轴的自由度共六个自由度。而轴承的质??量单元常规设置为两个自由度（位移ｘ、ｙ），于是系统的运动方程为??Ｍｘ?＋?＾Ｊｘ?＋?Ｃｘ?＋?Ｋｘ?＝?Ｒ?〇ｌ〇）??其中ｘ?＝?｛ｘ１（?０；＾，?…ｙｎ，?ｅｙｎ｝７＊为各质量块广义位移阵列??Ｍ——系统的质量阵，对离散的模型为一对角阵；??Ｊ——与系统陀螺力矩有关的矩阵；??ｎ——转子的转动角速度；??ｃ——系统阻尼矩阵；??Ｋ——系统刚度矩阵；??Ｒ——作用于系统上的外力矩阵；??由于油膜轴承处有集中的阻尼，所以阻尼系数看作是转子转速的函数，刚度Ｋ是不对称呢?
东北电力大学硕士学位论文??Ｕ?？？?＊＊?？ＪＪ?Ｍ?Ｊ＊?５７?Ｗ?Ｍ?Ｍ?ｒ??ｊ?＊?ａ?１７?７１?＊Ｔ７ｎ?ｎ?１９?１１?，？＊??＾??★??Ｙ?，，?ｙＵＹ，?Ｔ，?Ｍ?ｔｔ?／－??／＊?／Ｍ?／＇?／”??■／?？／＾?＊＇?／？＇?－?■■■?－?＾＾?“??ｉｎ?ｍ??ｂ１?＂Ａ?ｋ??＊？?Ｍ??？?Ｍ?？??Ｍ?Ｗ７??■?，．?？?＾?士??ＴＶ?ｒＴｆ?Ｔ７Ｊ??图２－３转子－轴承－基础力学模型??２．３转子－轴承－基础系统分析方法??２．３．１模态综合法分析方法??模态综合法的力学基础是Ｒａｙｌｅｉｇｈ－Ｒｉｔｚ原理。是将复杂结构分割为几个子结构分别进行求??解，然后把子结构的前若干个模态利用连接条件护着去除附加约束综合成为表征原系统模态特??性的Ｒｉｔｚ基向量，据此对整个系统进行动力分析，这样就可以通过求解若干个小尺寸特征问题??来代替直接求解大型特征问题。??针对３００ＭＷ汽轮机发电机组。由上述模型可知系统总自由度数较高，大约为１１００个，若??直接进行求解会造成个向量矩阵阶数过大导致计算困难，周期过长，成本过高。所以将轴系转??子和框架基础设置为两个子结构，通过对各个子结构计算分别得出模态振型，考虑子机构间的??连接组件的相互作用力，材料阻尼设置为比例阻尼，采用固定界面的模态综合方法，来讲转子??和框架基础耦合成一个系统。子结构运动方程如下：??＼ｍｕ?ｎｉｉｈ＾ＸｉＹ?ｉ〇ｕ?ｃｉｂｙ?（ＸｉＹ?［ｋ＾?ｋｉｂＹ?（Ｘ＾?＿?（ｆｔＶ?．．?１?９Ｖ〇?］ｎ??ｉｍｂｉ?ｍｊ?（ｘｊ?＋［ｃｂｉ?ｃｊ?（ｉｊ?［ｋｂｉ?ｋｊ
【参考文献】：
期刊论文
[1]超超临界汽轮机技术研究的新进展[J]. 袁晶晶. 装备维修技术. 2019(03)
[2]高速转子连接结构刚度损失及振动特性[J]. 洪杰,徐翕如,苏志敏,马艳红. 北京航空航天大学学报. 2019(01)
[3]大型汽轮机组轴承座动力吸振现象分析[J]. 吴亚军,杨天海,姜朝晖,杨建刚,曹仲勋. 中国电力. 2017(10)
[4]汽轮发电机组分轴高低位布置二次再热超超临界技术[J]. 毛健雄. 分布式能源. 2016(03)
[5]航空发动机转子系统动力学模型的可逆化简化方法[J]. 路振勇,陈予恕,李洪亮,侯磊. 航空动力学报. 2016(01)
[6]支承刚度非线性转子系统的不平衡响应[J]. 马艳红,何天元,张大义,洪杰. 航空动力学报. 2014(07)
[7]弹性基础对转子-可倾瓦径向滑动轴承系统瞬态响应的影响[J]. 申刚,金健,王小静,孙云昊,祁高安. 润滑与密封. 2014(07)
[8]超超临界600MW汽轮机调节级温度场的分析[J]. 孟召军,王光定,孟帅. 沈阳工程学院学报(自然科学版). 2014(03)
[9]汽轮机座缸式轴承振动影响因素研究[J]. 高庆水,刘石,张楚. 振动与冲击. 2014(13)
[10]含滚动轴承的同向和反向旋转双转子系统动力学响应[J]. 罗贵火,周海仑,王飞,杨喜关. 航空动力学报. 2012(08)
博士论文
[1]轴承—转子系统的非线性耦合振动解析分析及实验研究[D]. 伍敏.哈尔滨工业大学 2017
硕士论文
[1]基于流固耦合的可倾瓦轴承—转子系统非线性振动分析[D]. 王鹏朝.东北电力大学 2018
[2]汽轮机转子模态分析及动力特性研究[D]. 陈浩.华北电力大学(北京) 2017
[3]600MW汽轮发电机组转子与支撑系统动力特性研究[D]. 刘雄彪.长沙理工大学 2016
[4]汽轮机高位布置发电厂房抗震性能的评估与优化[D]. 刘小可.重庆大学 2015
[5]汽轮发电机组框架式基础的减振研究[D]. 陈春雷.大连理工大学 2009
[6]汽轮机转子有限元建模及动力学分析[D]. 周亚武.华中科技大学 2009
本文编号：3396150
【文章来源】：东北电力大学吉林省
【文章页数】：64 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图２－１轴系离散模型??
第２章转子系统力学模型建立及分析方法??ｒ?？?？，?＿『Ｑｍ?＾ｂｘｙｌ?ｒｊ．?ｎ?＿?ｋｂｘｘ?＾ｂｘｙ??［Ｌｂｌ?＝?［ｃｂｙｘ?ｃｂｙｙ＼?［ｂｉ?＝?［ｋｂｙｘ?ｋｂｙｙ＿??在基础刚性较好的情况下，轴承座和基础可简化为质量一弹簧一阻尼器模型。用上述动力??特性系数矩阵来表示轴承座及基础的阻尼和刚度。两者在Ｘ，ｙ方向的等效质量用Ｍｂｙ表??示。贝ＩＪ各向异性的支撑模型可用图２－２表示。??ｙ?ｘ???ｈ／＜ｓ／??ｍ??图２－２转子支承简化模型??２．２．３转子－轴承－基础系统力学模型??从近些年转子动力学国际会议的动向来看，基础的影响也日益被重视起来，初步研宄表明，??基础可能会改变转子－轴承系统的临界转速和振型，甚至对各种激励的响应也会产生影响＿。在??前面章节己经介绍了转子和轴承的力学模型，而发电机组的框架无论是钢筋混凝，还是钢构架??的，也可离散化为若干集总质量块和无质量杆系和梁系。即转子每个质量块有四个自由度（位??移ｘ、ｙ和转角心、０ｙ），基础上一个质量块上多一个ｚ轴的自由度共六个自由度。而轴承的质??量单元常规设置为两个自由度（位移ｘ、ｙ），于是系统的运动方程为??Ｍｘ?＋?＾Ｊｘ?＋?Ｃｘ?＋?Ｋｘ?＝?Ｒ?〇ｌ〇）??其中ｘ?＝?｛ｘ１（?０；＾，?…ｙｎ，?ｅｙｎ｝７＊为各质量块广义位移阵列??Ｍ——系统的质量阵，对离散的模型为一对角阵；??Ｊ——与系统陀螺力矩有关的矩阵；??ｎ——转子的转动角速度；??ｃ——系统阻尼矩阵；??Ｋ——系统刚度矩阵；??Ｒ——作用于系统上的外力矩阵；??由于油膜轴承处有集中的阻尼，所以阻尼系数看作是转子转速的函数，刚度Ｋ是不对称呢?
东北电力大学硕士学位论文??Ｕ?？？?＊＊?？ＪＪ?Ｍ?Ｊ＊?５７?Ｗ?Ｍ?Ｍ?ｒ??ｊ?＊?ａ?１７?７１?＊Ｔ７ｎ?ｎ?１９?１１?，？＊??＾??★??Ｙ?，，?ｙＵＹ，?Ｔ，?Ｍ?ｔｔ?／－??／＊?／Ｍ?／＇?／”??■／?？／＾?＊＇?／？＇?－?■■■?－?＾＾?“??ｉｎ?ｍ??ｂ１?＂Ａ?ｋ??＊？?Ｍ??？?Ｍ?？??Ｍ?Ｗ７??■?，．?？?＾?士??ＴＶ?ｒＴｆ?Ｔ７Ｊ??图２－３转子－轴承－基础力学模型??２．３转子－轴承－基础系统分析方法??２．３．１模态综合法分析方法??模态综合法的力学基础是Ｒａｙｌｅｉｇｈ－Ｒｉｔｚ原理。是将复杂结构分割为几个子结构分别进行求??解，然后把子结构的前若干个模态利用连接条件护着去除附加约束综合成为表征原系统模态特??性的Ｒｉｔｚ基向量，据此对整个系统进行动力分析，这样就可以通过求解若干个小尺寸特征问题??来代替直接求解大型特征问题。??针对３００ＭＷ汽轮机发电机组。由上述模型可知系统总自由度数较高，大约为１１００个，若??直接进行求解会造成个向量矩阵阶数过大导致计算困难，周期过长，成本过高。所以将轴系转??子和框架基础设置为两个子结构，通过对各个子结构计算分别得出模态振型，考虑子机构间的??连接组件的相互作用力，材料阻尼设置为比例阻尼，采用固定界面的模态综合方法，来讲转子??和框架基础耦合成一个系统。子结构运动方程如下：??＼ｍｕ?ｎｉｉｈ＾ＸｉＹ?ｉ〇ｕ?ｃｉｂｙ?（ＸｉＹ?［ｋ＾?ｋｉｂＹ?（Ｘ＾?＿?（ｆｔＶ?．．?１?９Ｖ〇?］ｎ??ｉｍｂｉ?ｍｊ?（ｘｊ?＋［ｃｂｉ?ｃｊ?（ｉｊ?［ｋｂｉ?ｋｊ
【参考文献】：
期刊论文
[1]超超临界汽轮机技术研究的新进展[J]. 袁晶晶. 装备维修技术. 2019(03)
[2]高速转子连接结构刚度损失及振动特性[J]. 洪杰,徐翕如,苏志敏,马艳红. 北京航空航天大学学报. 2019(01)
[3]大型汽轮机组轴承座动力吸振现象分析[J]. 吴亚军,杨天海,姜朝晖,杨建刚,曹仲勋. 中国电力. 2017(10)
[4]汽轮发电机组分轴高低位布置二次再热超超临界技术[J]. 毛健雄. 分布式能源. 2016(03)
[5]航空发动机转子系统动力学模型的可逆化简化方法[J]. 路振勇,陈予恕,李洪亮,侯磊. 航空动力学报. 2016(01)
[6]支承刚度非线性转子系统的不平衡响应[J]. 马艳红,何天元,张大义,洪杰. 航空动力学报. 2014(07)
[7]弹性基础对转子-可倾瓦径向滑动轴承系统瞬态响应的影响[J]. 申刚,金健,王小静,孙云昊,祁高安. 润滑与密封. 2014(07)
[8]超超临界600MW汽轮机调节级温度场的分析[J]. 孟召军,王光定,孟帅. 沈阳工程学院学报(自然科学版). 2014(03)
[9]汽轮机座缸式轴承振动影响因素研究[J]. 高庆水,刘石,张楚. 振动与冲击. 2014(13)
[10]含滚动轴承的同向和反向旋转双转子系统动力学响应[J]. 罗贵火,周海仑,王飞,杨喜关. 航空动力学报. 2012(08)
博士论文
[1]轴承—转子系统的非线性耦合振动解析分析及实验研究[D]. 伍敏.哈尔滨工业大学 2017
硕士论文
[1]基于流固耦合的可倾瓦轴承—转子系统非线性振动分析[D]. 王鹏朝.东北电力大学 2018
[2]汽轮机转子模态分析及动力特性研究[D]. 陈浩.华北电力大学(北京) 2017
[3]600MW汽轮发电机组转子与支撑系统动力特性研究[D]. 刘雄彪.长沙理工大学 2016
[4]汽轮机高位布置发电厂房抗震性能的评估与优化[D]. 刘小可.重庆大学 2015
[5]汽轮发电机组框架式基础的减振研究[D]. 陈春雷.大连理工大学 2009
[6]汽轮机转子有限元建模及动力学分析[D]. 周亚武.华中科技大学 2009
本文编号：3396150
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