超超临界汽轮机转子-轴承-密封系统的动力学特性研究

作     者：高路路 

作者单位：东北电力大学 

学位级别：硕士

导师姓名：曹丽华

授予年度：2023年

学科分类：080802[工学-电力系统及其自动化] 0808[工学-电气工程] 08[工学] 

主      题：超超临界汽轮机 密封汽流激振 转子运动特性 稳定性 

摘      要：1000 MW机组因具有低煤耗率、低排放、高效益比和运行灵活等优点已经成为发电行业的主力军。但机组容量变大,蒸汽参数的升高极易引发强烈的密封汽流激振现象。因此有必要研究汽轮机转子受密封汽流激振影响下的运动和振动特性,为机组的设计优化奠定理论基础。本文主要工作如下:首先,推导出转子-轴承系统的运动方程组并利用Runge-Kutta法求解,研究汽轮机冲转升速过程中不同因素所影响的转子运动特性。结果表明:在不同因素影响下转子均先后经历周期运动、拟周期运动以及混沌运动。在一定的转速区间内出现大幅度“阶跃现象后至额定转速时恢复稳定。轴长和质量偏心量的增加,使得系统的非线性度增大,稳定性有所降低,而轴承径向间隙的变化对于系统稳定性有一定的促进作用。其次,建立某1000 MW汽轮机组高压缸隔板密封模型,应用多频涡动模型和动网格技术,结合FLUENT计算不同运行条件和密封参数下的密封汽流激振力,将其拟合为密封汽流激振的计算公式。建立转子-轴承-密封系统,求解耦合密封汽流激振力的运动方程组,分析密封汽流激振力对转子动力特性的影响。结果表明:汽流激振的影响随着负荷的升高而增强。负荷升高的过程中随着压比和密封间隙的增加以及考虑非线性刚度,系统经历混沌运动-混沌“二周期运动-混沌运动的转变。松动故障导致系统的运动规律更加紊乱,散点位移跳跃性变化。频谱图中,当压比和密封间隙增加以及考虑非线性因素时,出现“密频现象的同时1/2工频分量增加以及1/3和2/3工频分量出现提前。系统对应的平均Lyapunov指数分别增加16.33%、16.5%、16.9%和42.9%。而密封齿厚的增加能够减小转子的位移跨度,系统的1/2工频幅值减小,半工频振动减弱,所衍生的1/3和2/3工频的出现推迟。系统平均指数降低23.89%。最后,采用集总参数法模化汽轮机高压缸转子,建立高压缸整轴模型,将前8级的汽流激振力耦合到转子上,利用Riccati传递矩阵法求解不同负荷时密封汽流激振力对各向异性转子动力特性的影响。结果表明:增加密封可以提高转子的固有转速,并且抑制转子的振动幅度。随着转子偏心量由0.025 mm增加到0.2 mm以及密封间隙由0.5 mm增加到0.8mm时,转子一阶x-z、y-z面投影幅值增加,一阶固有转速分别下降0.65%和0.85%,对数衰减率分别下降4%和3.8%,转子稳定性下降。密封齿厚的增加有利于减小转子一阶竖直平面的投影振幅,并且当齿厚由0.4 mm增加到0.6 mm时,一阶固有转速增加0.85%,对数衰减率增加0.27%。