汽轮发电机组不对中耦合故障振动响应特性研究

摘要

汽轮发电机组经济安全地运行在电力系统中具有重要的意义，而振动是一个影响机组安全运行的重要因素。随着机组向大型化和高参数的方向发展，电厂对机组性能的要求也越来越高。在大型旋转机械的各种故障中，轴系不对中和转静碰摩是最为常见的两种振动故障。在旋转机械中，联轴器用于联接主动部件和从动部件以及传递扭矩。根据相关资料介绍，近似七成的旋转机械振动故障由轴系不对中引起或与之息息相关。为了减少漏汽（气），提高效率，旋转机械动静间隙往往设计的很小，从而增加了动静摩擦的可能性。碰摩发生后，轻则引起机组的不稳定振动，重则引起转子弯曲甚至轴系破坏事故。所以研究这两种故障具有实际意义，尤其是耦合故障的振动特性。
　　本文借用转子动力学理论和有限元理论，建立1000MW机组模型进行有限元分析，同时借助试验的方法进行分析，得到耦合故障系统的振动特性。本文的工作主要包括以下几个方面:
　　首先对大量的现场汽轮发电机组轴系不对中以及碰摩故障进行了分析，介绍了两种故障的研究现状，发生的原因以及部位。
　　介绍了有限元方法在转子动力学上的应用，推导出转子-轴承系统运动微分方程和有限元分析中的模态方程。介绍建模所用的单元，运用ANSYS仿真工具对实际汽轮发电机组建模，并进行模态分析，得到轴系各个转子固有频率，并与现场数据比较，验证了模型的正确性，同时建立轴系不对中力的模型。
　　运用有限元方法获取了系统的动力响应。利用时域波形图、轴心轨迹图、频谱图、三维瀑布图等方法，研究了1000MW机组以及转子试验台的轴系不对中耦合原始质量不平衡和轴系不对中耦合碰摩故障的特征，同时也研究了不同参数对系统响应的影响。
　　利用ZT转子试验台进行了轴系不对中和碰摩故障实验，得到轴心不对中故障和碰摩故障的响应，在一定程度上与仿真计算结果取得了良好的一致性。最后结合工程实例进行说明，表明研究的结果具有一定的工程价值。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 课题研究背景及意义

1．2 国内外学者关于轴系不对中的研究

1．2．1 轴系不对中的原因

1．2．2 汽轮发电机组轴系不对中故障分析

1．3 国内外学者关于碰摩的研究

1．3．1 汽轮发电机组碰摩故障分析

1．4 研究动态和存在问题

1．5 本文研究的内容

第二章 基于ANSYS的有限元模型

2．1 有限元分析的概况

2．1．1 NNSYS的有限元分析过程

2．1．2 ANSYS有限元分析的转子系统的运动方程

2．2 汽轮发电机组的建模

2．2．1 汽轮发电机组建模单元

2．2．2 汽轮发电机组有限元模型

2．2．3 有限元模型的模态分析和振型

2．3 轴系不对中的模型

2．3．1 联轴器的建模方法

2．3．2 联轴器不对中故障的激振力模型

2．3．3 轴承不对中故障的模型

2．4 本章小结

第三章 基于有限元法的轴系不对中耦合质量不平衡故障研究

3．1 基于有限元的联轴器不对中故障分析

3．1．1 定转速下轴系不对中耦合原始质量不平衡的响应特性

3．1．2 变转速下轴系不对中耦合原始质量不平衡的响应特性

3．2 本章小结

第四章 基于有限元法的轴系不对中耦合碰摩故障的研究

4．1 碰摩故障模型

4．1．1 Hertz碰摩模型

4．2 轴系不对中耦合碰摩故障的有限元分析

4．2．1 工作转速下碰摩对系统时域响应的影响

4．2．2 工作转速下碰摩对系统频域响应的影响

4．2．3 不同转速下碰摩的影响

4．3 转子试验台轴系不对中耦合碰摩故障有限元分析

4．3．1 低转速下转子试验台故障仿真

4．3．2 工作转速下转子试验台故障仿真

4．4 本章小结

第五章 耦合故障实验分析验证和工程案例应用分析

5．1 ZT-1转子振动模拟试验台和试验台实验

5．1．1 健康状态下实验

5．1．2 轴系不对中状态下实验

5．1．3 轴系不对中耦合碰摩状态下实验

5．1．4 试验小结

5．2 工程案例分析

5．3 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

作者在读硕士期间发表的论文