汽轮机转子碰摩热弯曲故障研究

摘要

汽轮机在启动和运行过程中经常面临振动过大问题，碰摩热弯曲故障是导致汽轮机转子振动过大最为常见的原因之一。对于大型汽轮机组，发生碰摩时转子受到的热冲击往往大于力冲击，转子受热冲击作用容易发生热弯曲导致碰摩加重。本文通过对碰摩转子温度场以及振动特性进行有限元分析得到碰摩热弯曲故障特性，对工程实际问题有指导意义。
　　本文基于ANSYS对某660MW汽轮发电机组高中压转子轴承系统进行有限元建模，并进行模态分析，将模态分析得到的临界转速与现场数据进行对比以验证模型建立的准确性。
　　研究了碰摩转子温度场。对有限元模型进行热-结构耦合分析，定量分析摩擦系数、动静间隙、转速对摩擦热的影响;对模型进行热分析，在摩擦热一定的情况下，研究转子导热系数、比热容、环境温度、对流传热系数对转子温度梯度的影响。对碰摩转子温度场进行有限元分析有利于理解碰摩热弯曲振动机理，便于进行后续的振动特性分析。
　　研究了碰摩热弯曲故障振动特性。将碰摩振动响应和碰摩热弯曲振动响应进行对比，分析热弯曲对碰摩振动的影响，对比分析碰摩转子刚脱离碰摩时和脱离碰摩一段时间后转子温度场和振动的变化，得到转子温度梯度与振动大小的关系;对比分析不平衡振动、热弯曲振动以及耦合振动，得到不平衡和热弯曲故障的不同振动特征。最后运用有限元分析得到的部分结论对某碰摩热弯曲工程实例进行分析。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 选题背景及意义

1．1 国内外研究现状

1．2 本文主要工作

第二章 碰摩热弯曲故障数学模型

2．1 碰摩模型的选择

2．1．1 线性当量弹簧模型

2．1．2 Hertz模型

2．2 碰摩温度场模型

2．3 碰摩热弯曲模型

2．4 碰摩热弯曲动力学模型

2．5 本章小结

第三章 转子轴承系统有限元模型建立

3．1 转子实体模型的建立

3．1．1 实际模型

3．1．2 简化模型

3．2 转子有限元模型建立

3．2．1 单元选择

3．2．2 网格划分

3．3 模态分析

3．4 本章小结

第四章 碰摩转子温度场和振动特性分析

4．1 摩擦热影响因素分析

4．1．1 对照组

4．1．2 动静间隙的影响

4．1．3 摩擦系数的影响

4．1．4 转速的影响

4．2 转子温度梯度影响因素分析

4．2．1 对照组

4．2．2 导热系数的影响

4．2．3 比热容的影响

4．2．4 对流传热系数的影响

4．2．5 环境温度的影响

4．3 热弯曲对碰摩振动的影响

4．3．1 不平衡-碰摩振动

4．3．2 不平衡-碰摩-热弯曲振动

4．4 脱离碰摩后温度场和振动的变化

4．4．1 温度场的变化

4．4．2 振动响应的变化

4．5 工作转速下热弯曲和不平衡振动的对比

4．5．1 不平衡振动

4．5．2 热弯曲振动

4．5．3 不平衡-热弯曲耦合振动

4．6 低转速下热弯曲和不平衡振动的对比

4．6．1 不平衡振动

4．6．2 热弯曲振动

4．6．3 不平衡-热弯曲耦合振动

4．7 本章小结

第五章 汽轮机碰摩热弯曲故障实例分析

5．1 工程实例分析

5．1．1 故障描述

5．1．2 振动原因分析

5．1．3 处理措施及效果

5．2 本章小结

第六章 总结与展望

6．1 研究总结

6．2 研究展望

致谢

参考文献

在读硕士期间发表的论文