大型汽轮机部分进汽下汽流激振突变性能研究

摘要

本研究获得国家自然科学基金资助项目——非线性旋转机械转子系统的突变故障预测研究（基金编号：50975105）资助。汽流激振是大型汽轮机组运行中转子系统最容易发生的一种不稳定自激振动，常见于高、中压转子上。现代大型汽轮机蒸汽参数逐渐提高、容量不断增大，汽流力引发的汽流激振严重影响到机组的安全运行。本文针对汽轮机组部分负荷下，调节级不对称进汽导致的汽流激振故障问题，建立相关力学模型和非线性转子动力学方程，运用突变理论对汽流激振故障进行分析和研究。
　　本文工作内容主要包括以下两部分：
　　第一部分：主要针对汽轮机组调节级部分进汽导致的汽流激振，建立部分进汽工况下动、静态汽流激振力模型和转子系统动力学方程，运用突变理论，推导出系统的突变流形和分岔集，确定使系统状态发生突变的影响因子，通过计算、分析得到一些转子振幅突变的规律。结果表明：转动角频率、偏心距、调节级阀门开度等系统参数的变化可能导致系统振动状态发生突变，最终引发汽流激振故障；随着转动角频率和阀门开度的增大，偏心距的突变区间也不断增大，汽流激振对偏心距更敏感；并且，随着流量的增大，系统也会在更低的转速和更小的偏心距下发生汽流激振。最后，分别采用数值计算方法来验证突变理论计算结果的正确性。
　　第二部分：考虑动态油膜力对部分进汽汽流激振故障的影响，建立转子-轴承系统动力学方程，采用数值计算方法得到耦合系统各参数变化时的振动分岔图，并分析得到各参数对整个系统的运动稳定性的影响规律。结果表明：随着阀门开度的增大，系统稳定性减弱；随着转轴刚度、轴颈长度、轴颈半径的增大，系统稳定性增强；合理地选择轴承间隙大小、阀门开启方式、开启数目以及开度大小可以提高系统的稳定性。
　　本文的研究成果对汽轮机组转子系统部分进汽下的汽流激振故障的预测与诊断具有一定的参考价值，并为今后利用突变理论方法，进一步研究大型旋转机械转子系统的其他故障打下了基础。

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1 绪论

1.1课题研究背景及意义

1.2汽流激振国内外研究现状

1.3突变理论介绍

1.4本文研究工作

2 调节级汽流激振突变性能研究

2.1引言

2.2蒸汽动态激振力模型

2.3蒸汽静态激振力模型

2.4调节级动力学方程

2.5基于突变理论的汽流激振分析方法

2.6 300MW亚临界汽轮机调节级汽流激振突变性能分析

2.7本章小结

3 部分进汽汽流激振下转子-轴承系统的稳定性研究

3.1引言

3.2轴承动态油膜力模型

3.3部分进汽汽流力和油膜力耦合作用下的系统动力学方程

3.4汽流激振下转子-轴承系统的突变性能分析

3.5本章总结

4 总结与展望

4.1总结

4.2展望

致谢

参考文献

附录 攻读硕士学位期间发表的论文及参与的研究工作