百万千瓦电站汽动引风机组动态特性分析

摘要

百万千瓦电站汽动引风机组是电站的大型关键设备，其重要特征是原本相互独立的多个转子-轴承系统通过齿轮啮合而相互作用。目前国内外研究学者对齿轮耦合的多转子系统研究还相对较少。故本课题以两级齿轮减速传动的百万千瓦电站汽动引风机组的轴系为研究对象，进行齿轮耦合轴系的建模与振动分析，形成了一套适合于工程应用的含齿轮耦合轴系弯振、扭振和弯扭耦合振动的计算方法体系。主要研究内容有:
　　(1)机组轴系的线性及非线性动力学模型建立
　　根据轴系的实际数据，综合考虑各部件的结构特点、集中质量和集中转动惯量分布、材料特性及齿轮参数、轴承参数、联轴器型式等，建立汽动引风机轴系的动力学模型，其中包括近似计算的线性动力学模型和考虑非线性因素情况下的非线性动力学模型。
　　(2)机组轴系的振动特性分析
　　在考虑了陀螺力矩的基础上，主要分析了轴系中汽轮机、引风机、大齿轮-联轴器-引风机串联子系统以及整个轴系系统的各阶弯曲振动、扭转振动、弯扭耦合振动的临界转速和振型，并研究了汽轮机支撑轴承的交叉刚度和阻尼、齿轮箱支撑刚度和齿轮啮合刚度等参数变化对固有特性的影响。
　　(3)机组轴系的不平衡响应分析
　　综合考虑了由于齿轮和联轴器的耦合效应及非线性特性会使系统出现新的动力学特性，如由弯振引起的扭振、弯扭耦合振动等，在实际支撑条件下，确定了不平衡量及不平衡位置并对轴系存在不平衡量的情况下的不平衡响应进行分析，得到汽轮机、齿轮箱、联轴器、引风机以及综合考虑所有不平衡量时轴系系统中各关键节点的动态响应图，并分析了结构阻尼大小对系统不平衡响应的影响。
　　(4)机组轴系在不平衡激励下的非线性响应分析
　　综合考虑陀螺力矩、齿轮和联轴器的耦合效应、齿轮啮合刚度时变性等建立非线性动力学方程，采用固定界面模态综合法进行自由度降维，用无条件收敛的Newmark-β法求解汽轮机和引风机端各关键节点处的响应，近而分析了各关键节点的时域波形、轴心轨迹及幅频响应曲线，并分析比较了齿侧间隙和啮合刚度对各关键点的非线性影响。

目录

论文说明

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 选题背景及意义

1．2 齿轮耦合的转子-轴承系统动力学研究现状

1．2．1 转子-轴承系统动力学研究现状

1．2．2 含齿轮耦合的多转子-轴承系统动力学研究现状

1．2．3 目前研究存在的问题

1．3 主要的研究方案

1．3．1 基本介绍

1．3．2 主要研究方案

第2章 汽动引风机组轴系模型的建立

2．1 机组轴段模型的建立

2．2 轴段上附加质量的建模方法

2．3 联轴器的建模方法

2．4 支撑部位的建模方法

2．4．1 汽轮机的支撑部位

2．4．2 引风机支撑部位

2．4．3 齿轮箱支撑部位

2．5 齿轮啮合部位的建模方法

2．5．1 啮合刚度矩阵的确定

2．5．2 平均啮合刚度的估算

2．5．3 齿侧间隙的估算

2．6 温度对汽轮机轴段材料弹性模量的影响分析

2．7 机组轴系的有限元模型

2．8 小结

第3章 汽动引风机组轴系固有特性分析

3．1 汽轮机转子的固有特性分析

3．1．1 汽轮机转子的弯曲振动

3．1．2 汽轮机转子的扭转振动

3．1．3 轴承交叉刚度对汽轮机转子系统的影响分析

3．1．4 轴承交叉阻尼对汽轮机转子系统的影响分析

3．2 引风机转子的固有特性分析

3．2．1 引风机转子的弯曲振动

3．2．2 引风机转子的扭转振动

3．3 大齿轮-联轴器-引风机串联子系统的固有特性分析

3．3．1 串联子系统的弯曲振动

3．3．2 串联子系统的扭转振动

3．4 汽动引风机组轴系的固有特性分析

3．4．1 机组轴系的纯弯曲振动

3．4．2 机组轴系的纯扭转振动

3．4．3 机组轴系的弯扭耦合振动

3．4．4 弯扭耦合振动与非耦合振动的比较

3．5 未确定参数对轴系固有特性的影响

3．5．1 齿轮箱支撑刚度变化对机组轴系的影响

3．5．2 齿轮箱啮合刚度变化对机组轴系的影响

3．6 小结

第4章 汽动引风机组轴系不平衡响应分析

4．1 不平衡量及不平衡位置的分布

4．1．1 不平衡量的计算及不平衡位置的确定

4．1．2 不平衡量及不平衡位置的分布汇总

4．2 机组轴系的谐响应分析

4．2．1 汽轮机不平衡时的谐响应分析

4．2．2 中齿轮轴不平衡时的谐响应分析

4．2．3 引风机不平衡时的谐响应分析

4．2．4 各种因素综合作用时的谐响应分析

4．3 阻尼对机组轴系谐响应的影响

4．3．1 阻尼增大对谐响应的影响

4．3．2 阻尼减小对谐响应的影响

4．4 小结

第5章 汽动引风机组轴系非线性分析

5．1 非线性数值分析方法介绍

5．1．1 转子-轴承-齿轮-联轴器系统的动力学微分方程

5．1．2 多自由度动力系统的降维处理

5．1．3 大型非线性系统的求解方法

5．2 齿轮啮合非线性分析

5．3 不同齿侧间隙下的运动响应比较

5．3．1 大齿侧间隙下的运动响应

5．3．2 小齿侧间隙下的运动响应

5．3．3 不同间隙下的响应比较

5．4 不同啮合刚度下的响应比较

5．4．1 与较小啮合刚度的响应比较

5．4．2 与较大啮合刚度的响应比较

5．5 总结

第6章 结论与展望

6．1 结论

6．2 展望

附录

参考文献

致谢