超（超）临界机组汽流激振及其轴系稳定性研究

摘要

随着汽轮发电机组容量的增大，参数的提高，机组运行过程中对可靠性和安全性的要求也不断提高。然而高参数、大容量机组带来的汽流激振问题也时有发生。由于汽流激振与机组负荷密切相关，所以机组一旦发生汽流激振，会限制该机组的带负荷能力，即影响安全性也影响经济性。 汽封中的汽流力是引起机组汽流激振的主要因素之一，汽封间隙内流场的分布是研究汽封中汽流力的基础。本文以上汽引进西门子技术生产的600MW超临界汽轮发电机组高中压转子过桥汽封为研究对象，建立该汽封的三维模型并采用CFD方法对汽封间隙内流场进行数值模拟。研究结果表明，转子相对于静子处于偏心状态时，汽封间隙中的汽流会对转子产生一定的切向力，该汽流力在一定程度上会降低轴系的稳定性。 汽封动力特性系数是衡量汽封对轴系稳定性影响的重要指标，本文针对CFD软件计算复杂汽封动力特性系数时存在的计算量大的问题，提出基于径向基函数神经网络的汽封动力特性系数计算模型。计算结果表明，该模型能一定程度上提高汽封动力特性系数计算的效率且计算精度较高，为分析不同工况下汽封对轴系稳定性的影响提供了方便。 现场振动测试结果表明汽流激振与负荷密切相关且振动频谱中有较明显的低频分量。本文以Jeffcott转子为研究对象，理论推导了该转子在切向刚度作用下的振动特性并用Matlab仿真，研究结果表明切向刚度引起转子低频振动的频率值实际上是一阶模态频率，且基本接近转子升速过程中临界转速对应的频率。最后，本文建立了上汽引进西门子技术生产的600MW汽轮机组高中低压转子三维模型并用有限元软件Samcef数值模拟了汽流力对轴系稳定性的影响，结果表明随着负荷的增加，轴系稳定性降低。轴系一旦失稳，振动频谱中有明显的低频成分，且频率基本接近高中压转子一阶临界转速对应的频率。

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