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《大功率汽轮发电机组转子与支撑系统振动》共分六章,主要论述了大功率汽轮发电机组转子-支撑结构耦合系统的动力学特性,探索转子与支撑结构之间在动力学特性方面相互作用的机理、规律,并从设计、维护、运行等角度出发阐述提高机组转子-支撑结构耦合系统的运行安全性和可靠性的方法。
前言
绪论
参考文献
第一章转子-支撑系统动力学特性研究基本方法
第一节结构动力学特性基本描述方程
第二节结构动力学特性有限元模拟基本方法
第三节现场试验方法
本章小结
参考文献
第二章汽轮发电机组转子与支撑结构有限元建模及计算
第一节研究对象
第二节基础系统建模与有限元分析
第三节转子系统建模及有限元分析
本章小结
参考文献
第三章汽轮发电机组基础对地震波的响应特性分析
第一节地震波及其对工程结构的危害
第二节地震响应谱分析
第三节汽轮发电机组基础对地震波的响应特性
第四节基础对地震波的响应特性分析
本章小结
参考文献
第四章汽轮发电机组转子-支撑结构耦合动力学特性分析
第一节转子-支撑结构耦合系统模型的建立
第二节转子-支撑结构耦合系统模态分析
第三节不平衡力作用下耦合系统响应分析
第四节耦合系统对地震波的响应分析
本章小结
参考文献
第五章汽轮发电机组支撑结构动力学特性试验研究
第一节发电机端盖式轴承的动力学特性试验
第二节汽轮发电机组基础动力学特性试验
本章小结
参考文献
第六章轴承标高变化引起的振动与静态标高预调整策略
第一节汽轮发电机组轴系静态标高分布特点分析
第二节轴承动态标高现场测量技术
第三节汽轮发电机组轴承动态标高变化规律
第四节轴承动态标高变化与机组振动的基本关系
第五节汽轮发电机组轴承动态标高调整的基本依据
第六节国产600MW汽轮发电机组轴承动态标高调整值计算
本章小结
参考文献 2100433B
采用现场试验和有限元计算分析,结合工程实际需要,研究分析大功率汽轮发电机组转子与支撑系统振动,进行故障诊断。
抽汽式汽轮发电机组和凝汽式汽轮发电机组有什么不同啊?抽凝式又是什么啊?
抽汽背压式汽轮机 : 抽汽背压式汽轮机是从汽轮机的中间级抽取局部蒸汽,供必要较高压力品级的热用户,同时保留必定背压的排汽,供必要较低压力品级的热用户运用的汽轮机。这种机组的经济性与背压式机组相似,...
抽汽式汽轮发电机组和凝汽式汽轮发电机组有什么不同啊?抽凝式又是什么啊?
抽汽背压式汽轮机 : 抽汽背压式汽轮机是从汽轮机的中间级抽取局部蒸汽,供必要较高压力品级的热用户,同时保留必定背压的排汽,供必要较低压力品级的热用户运用的汽轮机。这种机组的经济性与背压式机组相似,...
双抽汽式凝汽式汽轮机是由汽轮机中间有两级不同压力的抽汽,两级各抽出一部分蒸汽供给热用户,余下的蒸汽继续排往凝汽器凝结,即在发电的同时还有两级供热的汽轮机。双抽冷凝式汽轮发电机组基本使用条件是:安装地点...
汽轮发电机组技术改造
针对CC12-3.5/1.6/0.5-Ⅱ型双抽凝汽式汽轮发电机组运行工况差、发电成本高的原因进行了分析,本着经济实用原则,提出改造方案,通过加装水封带注水设置、更换汽轮机发电机组前后轴封、均压箱喷水减温系统优化改造、拆检并更换射水抽气器文丘里管、轴承箱与前轴封间增设环形氮气密封管路、重新机加工轴承箱内因偏心引起振动的小轴等,取得满意效果.
汽轮发电机组技术改造
针对CC 12-3.5/1.6/0.5-Ⅱ型双抽凝汽式汽轮发电机组运行工况差,发电成本高原因,进行了分析,结合实际情况,本着经济实用原则,提出改造方案,通过加装水封带注水设置等,取得满意效果.
压缩机的振动
旋转式压缩机引起振动的因素有二:一是包括曲轴滚动活塞在内的转子系统不平衡质量所引起的在壳体垂直方向上的振动;二是被压缩的制冷剂蒸汽脉冲引起的在旋转方向的扭振。
单转子压缩机转轴只有一个曲拐和与之配套的滚动活塞。为保证气缸排量,曲拐(偏心圆)与活塞均相对较高、质量亦较大,用于平衡偏心质量所产生离心负荷所需的平衡块也比较重,体积也相对较大。
图2(a)所示双转子压缩机,上述不平衡质量错开180°对称布置,它们彼此在相反的方向上产生的离心力相互低消了。在双转子(双气缸)压缩机中,安装平衡块仅仅为了平衡曲轴两曲拐(含活塞)间产生的弯矩,这就使得双转子压缩机所需平衡块的质量大为减小、其质量约为单转子的1/10。
图2为单、双转子压缩机高速(150Hz)时,其转子顶端涡旋振轨大小的计算数值图。比较图(2)单转子(b)、双转子(a)压缩机涡旋振轨大小,可见双转子压缩机转子顶端的振轨还不到单转子的50%。这充分显示了双转子压缩机优良的动平衡特性。
图3压缩机的扭振是压缩机在进行压缩时随着力矩波动而产生的,通过采用双转子,转矩波动可减少至约为单转子的1/3.25,转矩脉动的一次成份也变为2倍,在防振系统比共振点高的领域内振幅与频率的平方成反比,故可达到低振动的效果。
图(4)为单、双转子压缩机在不同频率条件下运转的振幅值,从图中可以看出:双转子压缩机在从低频到高频的各个阶段,其振动的振幅值都很小。
由于制造、装配的误差,以及材质不均匀,转子上存在质量偏心。当转子旋转时,质量偏心引起的离心力作用在转子上,相当于一个频率等于转速的周期性激振力,迫使转子振动。当激振力频率等于转子横向自振频率时,便发生共振,振幅急剧增大,此时的转速就是转子的临界转速。
(一)等直径均布质量转子的临界转速.
汽轮机转子的结构和形状比较复杂,临界转速的计算也较复杂。为简便起见,下面先讨论无轮盘等直径均布质量转子的临界转速。
根据弹性梁的振动原理,可以导出等直径均布质量转子的临界转速n,为
式中 i-正整数,i=1、2、3、…;l、A-转子的跨度、横截面积;E、ρ-转子材料的弹性模数和密度;I-转子横截面的形心主惯性矩。
由上式可见,等直径均布质量转子有无穷多个临界转速。i=l、2、3、…时的临界转速 nc1、nc2、nc3、…分别称为一阶、二阶、三阶、…临界转速。
上式表明,转子临界转速值与其抗弯刚度EI、质量ρA及跨度l有关。刚度大、质量轻、跨度小的转子,临界转速高;反之,临界转速低。
(二)汽轮机转子的临界转速
等直径均布质量转子临界转速的结论同样适用于汽轮机转子。
汽轮机中,每一根转子两端都有轴承支承,称为单跨转子。汽轮机各单跨转子及发电机转子之间用联轴器连接起来,就构成了一个多支点的转子系统,称为轴系。轴系的临界转速由各单跨转子的临界转速汇集而成,但又不是它们的简单集合。用联轴器连接起来后,各转子的刚度增大,因此轴系的临界转速比单跨转子相应阶次的临界转速高,且联轴器刚性越好,临界转速提高得越多。
转子临界转速的大小还受到工作温度和支承刚度等因素的影响。工作温度升高时,转子刚度降低,使临界转速降低。转子支承在由油膜、轴承、轴承座、台板和基础等组成的支承系统上,支承刚度降低,将使转子临界转速降低。
(三)转子临界转速的校核标准
为保证机组的安全运行,汽轮机的工作转速应当避开邻近的临界转速,并有一定裕度。
一阶临界转速高于正常工作转速的转子称为刚性转子,反之称为挠性(或柔性)转子。
①对于刚性转子,通常要求其一阶临界转速nc1比工作转速n0高20%~25%,即nc1>(1.2~1.25)n0,但不允许在2n0附近。
②对于挠性转子,其工作转速在临界转速ncn、nc(n+1)之间,要求1.4ncn<n0<0.7nc(n+1)。
关于设备的不对中的诊断,各种培训资料及论文讲述了很多,综合起来包括以下两个方面:
1、平行不对中:径向振动大,2X频占主导,联轴器两侧轴承径向同方向相位差180度。
2、角向不对中:轴向振动大,1X频占主导,有时2X频大,联轴器两侧轴承轴向方向相位差为180°。
不对中严重时,还可能出现类似松动的频谱。
以上是目前大多数资料、论文、和故障诊断设备厂家的培训资料。经过多年的实践和对不对中机理的认识、研究,个人认为上述论断只能在部分条件下成立。该论断还能对振动工作者形成误导,导致故障诊断率低,使故障诊断工作陷入困境。
上述论断成立的条件:1、轴承为滚动轴承2、联轴器为非刚性联轴器。比如对使用橡胶弹性圈连接的联轴器。比如引风机、送风机等设备。
对于刚性联轴器,使用滑动轴承的轴系不成立。比如汽轮发电机组、透平机组等设备。下面谈谈这类设备的不对中。
国内对这类设备的不对中的概念产生了误解。一般找中心是这样做的:把联轴器脱开,测量外圆和端面偏差。认为外圆和端面的偏差就是轴系的不对中。其实这样做是一种误解。轴系同心度和平直度偏差才是轴系不对中的度量。
轴系同心度和平直度偏差不是国内所讲的联轴器脱开后打出的外圆和端面偏差(国内所说的不对中),国内所讲的不对中不引入激振力,但影响轴承的负荷分配,也可能使某个轴瓦有过大的预应力。
轴系同心度和平直度偏差指的是:
轴系同心度:两半联轴器止口或联轴器节圆是否同心;或联轴器节圆与轴颈是否同心。
轴系连接平直度:联轴器端面与轴线是否垂直既端面是否瓢偏决定。
机组正确的对中心包括以下三个方面:
(1)转子与汽缸或静子的同心度
(2)轴系连接同心度和平直度
(3)各轴承座标高及左右位置
而在一般的检修中只做(1)、(3)项,而第二项的超标才会引入激振力。(1)、(3)项不会引入激振力,(1)、(3)项是在联轴器螺栓松开的情况下进行的,是对不对中错误的理解,这种把联轴器两半脱开所呈现的外圆和端口偏差是影响轴瓦载荷和轴颈在轴瓦中的位置,并不直接引起产生普通强迫振动的激振力。
轴系连接同心度和平直度,在现场一般大修中都不做检测,而且目前这种故障引起的振动还没引起关注,即使一些机组振动问题长期未解决,也没对轴系连接同心度和平直度偏差产生怀疑。相反,在目前振动故障诊断中经大量的实践证明,所谓转子中心(轴承座标高)对普通强迫振动影响实际并不大,却被误认为是引起机组振动最重要的故障之一,并对此进行研究和发表论文,不仅误导了现场技术人员,而且误导了不少振动专家,使振动故障诊断走了不少歪路。
轴系连接同心度和平直度偏差产生振动的机理:
轴系连接同心度和平直度偏差产生振动的机理与偏心轮激振原理相似,因此,除因转子连接偏心,旋转状态下会产生不平衡离心力(1X)外,还因偏心对轴瓦会产生脉冲激振力。这种脉冲激振力,以傅里叶级数展开,除主要含1X外,还会有2X、3X等高阶激振力,其激振力形式与轴歪曲相似。正因为如此,所以目前许多振动资料、教科书及国外的一些故障文章指出,转子不对中的一个重要特征是含2X振动分量。这种说法从产生振动的机理上是正确的,但是在诊断步骤、方法和对不对中的正确含义上是错误的,从而得出了错误的诊断结果。
机组中心不正与振动的关系
再次明确两个概念:
轴系不对中:两半联轴器止口或联轴器节圆是否同心;或联轴器节圆与轴颈是否同心,联轴器端面与轴线是否垂直既端面是否瓢偏。
机组中心不正:转子与汽缸或静子的同心度;各轴承座标高及左右位置。
下面论述机组中心不正和振动的关系;
传统概念将机组中心不正一直作为引起机组振动最主要的故障之一,由于外来语“不对中”的引入,进一步加深了这一传统概念。据初步统计,因机组中心不正或不对中与振动的关系造成的误诊断,占振动故障总的误诊断的80%以上。所以为了避免误诊断,提高故障诊断准确率,除应正确理解机组中心不正和不对中的实际含义外,还应明白传统的机组不正和振动的关系,即机组一般大修中转子找正和振动的关系。
一般机组大修中转子找正的内容,只是对轴承座标高和左右位置进行调整,转子与汽缸的同心度也需要考虑,但由于在实际操作中一般难于调整,轴系连接同心度和平直度均被忽略。
现场找正是将联轴器断开,检查联轴器开口和圆周偏差,传统概念将这种偏差认为是轴系的不对中,上述已指出,这是一种误解。在联轴器节圆与止口(轴颈)、联轴器端面瓢偏偏差合格的情况下,端面和圆周间即使存在再大的偏差,只要联轴器连接螺栓拧紧之后,轴系就自然平直和同心,它不会引入直接产生振动的激振力,但由此会产生下列后果:
1、改变了各轴瓦载荷分配
当端面下开口时,会使联轴器相邻的两轴瓦载荷减小,圆周差会使较低的相邻轴瓦载荷减小,反之相反。当载荷过大时,会使轴瓦温度升高,载荷过小,会使转子失稳,产生轴瓦自激振动。
2、改变动静间隙
轴承座标高和左右位置的变化,不仅直接改变了动静间隙,会使转子挠性曲线发生一定变化,严重的产生动静碰磨,使轴产生热弯曲引起不稳定普通强迫振动。
3、影响转子振型曲线
由于轴瓦载荷的改变,影响转子支撑状态,使转子振型曲线发生变化。但大量运行和消振经验表明,对于不平衡响应正常的轴系,当两转子联轴器中心偏差1mm之内、端面开口在0.60mm之内时,对轴系的影响可以忽略。
4、轴承承受预载荷
预载荷直接的影响是使轴承承受额外的应力,并使轴颈压向轴瓦的一侧,由此产生非线性压束,激起2X振动。可能会引起轴瓦温度升高。预载荷未必有害,有些因素引起的预载荷会使轴瓦趋于稳定。例如目前消除轴瓦自激振动,方法是有意将该瓦抬高,对该瓦加一个预载荷。