大型汽轮发电机组轴系动静态特性分析计算软件开发

摘要

大型汽轮发电机机组作为电力系统中的能源生产环节,是电力系统的重大关键装备。然而由我国自主开发并专用于汽轮机组设计的转子动力学软件却相对匮乏。本文结合国家自然科学基金和哈尔滨汽轮机厂有限责任公司校企合作项目,开发了“大型汽轮发电机组轴系动静态特性分析计算软件”,简称RDC软件。
　　该软件分为轴系建模、静态分析、轴承分析、动力学分析四大功能模块,可对实际汽轮机组轴系的静态特性、轴承特性、临界转速、不平衡响应、稳定性等各项动静态特性进行系统的计算与分析。
　　本文对RDC软件各主要分析计算功能模块进行了设计和开发。基于转子-轴承-基座-密封有限元模型开发了软件建模模块;基于传递矩阵法开发了可在多种载荷状态下求解汽轮发电机组轴系静力学特性的静态分析模块;基于摄动法和有限差分法开发了可对圆柱瓦滑动轴承和可倾瓦滑动轴承动力学特性进行计算的轴承分析模块;基于改进的子空间迭代法和Gauss-Jordan法开发了可对轴系临界转速、不平衡响应和稳定性进行计算分析的动力学分析模块。
　　基于可视化用户界面的计算机软件开发技术,开发了RDC软件的辅助功能模块,辅助功能模块具有模型编辑、前后处理等功能,配套开发了即时帮助模块和注册认证模块。基于面向对象的软件开发模式,在核心功能模块和辅助功能模块成功开发的基础上,经过软件系统集成与测试环节,将各模块封装为一套商业化“大型汽轮发电机组轴系动静态特性分析计算软件”。软件核心求解算法库文件采用C++与Fortran语言混合编程开发而成,采用分层架构整合所开发的各功能模块,并采用函数接口映射和文件内存映射技术解决了数据即时交互问题。
　　建立了“等截面回转轴系统模型”和“Jeffcott转子系统模型”,通过对模型解析解和软件求解结果的分析对比,验证了软件计算的准确性;采用RDC软件对某300MW实际汽轮发电机组轴系的各项动静态特性进行了系统的计算与分析,其结果符合行业相关技术标准和实际机组轴系动力学设计技术要求。

目录

摘 要

Abstract

第1章 绪论

1.1 课题研究目的及意义

1.2 课题背景及国内外研究现状

1.2.1 课题来源

1.2.2 转子动力学发展

1.2.3 转子动力学领域国内外同类软件

1.3 本文的主要研究内容

第2章 软件核心分析计算功能模块开发

2.1 建模模块理论基础及开发

2.1.1 转子有限元模型

2.1.2 轴承-基座-密封模型

2.1.3 模型数据结构及建模过程

2.2 静态分析模块开发

2.2.1 多种载荷状态下转子挠度及载荷分析

2.2.2 联轴器张口及错位值计算

2.3 轴承分析模块开发

2.3.1 轴承分析模块功能与流程

2.4 动力学分析模块开发

2.5 本章小结

第3章 软件辅助功能模块开发及软件集成

3.1 软件模型编辑功能开发

3.1.1 模型单元集成编辑器开发

3.1.2 材料及润滑油数据库开发

3.2 软件后处理功能开发

3.2.1 文本结果输出功能开发

3.2.2 图形结果输出功能开发

3.2.3 注册及认证功能开发

3.2.4 软件帮助与查询功能开发

3.3 编程语言与开发框架

3.4 软件功能集成与开发

3.5 软件分层架构

3.5.1 功能层架构

3.5.2 交互层架构

3.6 软件工作流程

3.7 本章小结

第4章 典型转子系统和实际机组轴系动静态特性计算及对比分析

4.1 典型转子系统动力学特性计算的对比分析

4.1.1 等截面回转轴动力学特性计算对比分析

4.1.2 Jeffcott转子系统的动力学特性计算的对比分析

4.2 300MW汽轮机组轴系动静态特性的分析计算结果

4.2.1 实际机组模型参数

4.2.2 静态分析计算结果

4.2.3 轴承分析计算结果

4.2.4 临界转速分析计算结果

4.2.5 不平衡响应分析计算结果

4.2.6 稳定性分析计算结果

4.3 本章小结

结 论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果

哈尔滨工业大学硕士学位论文原创性声明

致 谢