汽轮机转子故障状态下的振动仿真分析_硕士学位论文.pdf

武汉理工大学
硕士学位论文
汽轮机转子故障状态下的振动仿真分析
姓名:江峰
申请学位级别:硕士
专业:机械制造及其自动化
指导教师:盛步云
20090501
摘要汽轮发电机组是我国装备制造业的重大设备,在电力行业发挥着及其重要的作用,它能否正常运行直接关系到国家的经济效益及社会效益。汽轮机作为发电机组中的动力源头,其安全性、稳定性直接影响到整个汽轮发电机组的寿命,减少汽轮发电机组的故障、提高其可靠性是保证电力系统安全运行的前提。汽轮机转子是整个系统中的核心部分,振动是在发生故障时最为普遍的现象。因此,研究汽轮机转子在故障状态下的振动特性,达到为故障诊断提供基础数据的目的,对于延长汽轮机的寿命,并保证其安全可靠地运行具有重要意义。本文以中国长江动力集团汽轮机为对象,多体动力学为理论基础,利用虚拟样机技术研究了汽轮机转子在故障状态下的振动特性。从研究转子过临界转速下的振动特性出发,分析了转子不平衡和碰磨故障状态下的响应规律。基于多体系统动力学理论,建立了汽轮机转子数字样机模型,分析了在过临界转速下的振动特性,研究了刚度、阻尼对临界转速的影响,转子振幅随临界转速的变化关系,轴承在临界转速下的振动特性。最后,采用一种变负载的方式来减弱汽轮机转子在过临界状态下的振动剧烈程度。为了模拟不平衡故障状态下的转子的响应,通过添加不平衡质量块的方式建立了相应的故障状态下的虚拟样机模型。分析了不平衡质量块在不同位置对转子轴承的振动特性的影响,研究了在第级叶轮上不同的质量块对转子的轴承、转轴的影响规律,并对不平衡故障状态下的转子系统进行了频谱分析,验证了一倍频振动分量会占据频谱的主要成份,在此基础上进一步建立了转子不平衡判断的数学模型。为了模拟碰磨故障状态下的转子响应,通过给转子轴颈处施角形脉冲力来建立故障状态下的虚拟样机模型。基于转子碰磨理论,研究了转子在该状态下的轴心轨迹呈椭圆形的变化规律,并对碰磨状态下的转轴和轴承的振动响应进行了分析,阐述了汽轮机转子碰磨故障状态下的频谱征兆,对于分析其故障机理具有一定的意义。./只W诱穸匦缘难芯课2返纳杓铺峁┝丝尚行缘囊关键词:虚拟样机,临界转速,不平衡故障,碰磨故障据。武汉理笱妒垦宦畚.
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签名:鲜一导师签名:同期:字弛签名:日期:速孥独创性声明关于论文使用授权的说明本人声明,所呈交的论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知,除了文中特别加以标注和致谢的地方外,论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果,也不包含为获得武汉理工大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均己在论文中作了明确的说明并表示了谢意。本人完全了解武汉理工大学有关保留、使用学位论文的规定,即:学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版,允许论文被查阅和借阅。本人授权武汉理工大学可以将本学位论文的全部内容编入有关数据库进行检索,可以采用影印、缩印或其他复制手段保存或汇编本学位论文。同时授权经武汉理工大学认可的国家有关机构或论文数据库使用或收录本学位论文,并向社会公众提供信息服务。C艿穆畚脑诮饷芎笥ψ袷卮斯娑尸’
第滦髀研究的目的及意义大型旋转机械汽轮机在高速环境下工作,存在着强耦合、高维、非稳态等多种非线性因素,由于在设计中未能充分考虑这些因素,会导致产品质量达不到要求,运行中将会存在严重隐患。汽轮机是我国装备制造业的一种重大设备,在电力行业发挥着重要的作用。常常由于出现各种故障而影响其正常工作,有时甚至会发生由某种故障引发的机毁人亡的事故,并造成重大的经济损失,例如北京国华电力公司绥中发电有限责任公司工程装机ǘ砺匏钩俳】汽轮机末级叶片出现断裂,造成转子严重毁损,华北电网年内网内ɑ组发生了大轴弯曲事故。汽轮机的故障种类很多,常见的有转轴裂纹、基座松动、油膜震荡、碰磨、转轴热弯曲等⋯。随着工业化程度的不断提高,现代大型旋转机械工作条件更加恶劣,功率大。在装备制造业领域发挥着越来越重要的作用,确保这些设备安全的运行具有十分重要的意义。因此,研究汽轮机转子故障状态的动态特性就显得非常重要。随着国家对装备制造的不断重视,在最近出台的十大产业振兴计划中,装备制造业作为国家的支柱产业在国民经济中发挥着非常重要的作用。汽轮发电机作为装备制造业重大设备,其容量不断增大,旋转速度高,转子振动问题日益突出。强烈的振动不仅影响到机组在额定工况下的工作,而且还会造成重大事故,带来巨大经济损失。由于制造、材质不均匀等引起的转子不平衡激励力会引起转子系统的不平衡响应,转子的不平衡不能完全消除,但是只要控制在某一范围内就能保证汽轮发