汽轮发电机组轴系弯扭耦合振动问题研究综述

汽轮发电机组轴系由于存在质量不平衡和电磁扰动,在轴系中存在着弯曲振动,在发电机转子存在扭转振动,此前的研究工作大多将轴系的弯曲振动和扭转振动分别进行研究,但在工程实际的某些条件下,研究表明存在着弯扭耦合振动问题。对系统的弯扭耦合振动研究能对振动机理和运行规律有更为深入的认识和更为准确地反映机组的运行状态。总结了汽轮机组轴系弯扭耦合振动问题的研究现状,并对弯扭耦合的研究问题进行了展望。     

大型汽轮发电机组轴系振动及其控制的研究

分析了大型汽轮发电机组轴系振动产生的原因及其研究的发展过程，对大型汽轮发电机组轴系扭转振动、弯扭耦合振动及其控制研究进行了综述，并对大型汽轮发电机组轴系振动及其控制研究的未来进行了展望。参12     

汽轮发电机组轴系弯扭耦合振动研究

对汽轮发电机组轴系的离散质量模型采用传递矩阵方法和模态综合技术研究了中、低压末级长叶片切向弯曲振动对轴系扭转振动的影响。研究表明,长叶片与轴系之间存在着弯扭耦合振动,叶片的切向弯曲振动对轴系扭振特性有影响。     

汽轮机扭振作用下叶片响应及应力计算

建立了适用于汽轮发电机组轴系扭振与叶片振动耦合分析的转子-叶片耦合扭振模型,并将该模型应用于某国产600MW汽轮发电机组末级长叶片的分析计算中。基于该模型采用Riccati传递矩阵法和Newmark-β法相结合的方法得到轴系扭振故障时叶片的位移响应曲线,利用Ansys软件计算得到叶片位移-应力关系曲线,确定了叶片振动的危险截面,得到叶片危险点的应力历程,为转子和叶片的扭振疲劳寿命损耗在线分析和安全性评估奠定了基础。     

大型汽轮发电机组轴系扭振的动频研究

在考虑轴系动态条件的基础上，推导了动频问题的轴系扭振模型，并在有限元方法的基础上研究了轴系的几何结构和工作转速的高低等因素对轴系扭振的影响，进而给出了多盘转子扭振动频的判定准则。还对某300MW汽轮发电机组轴系扭振的动频问题进行了研究，得出了现有转速下的汽轮发电机组轴系扭振可以不考虑动频影响的结论。     

弯扭耦合的旋转机械轴系弯振特性的研究

随着旋转机械在役运行时间的增加,转子部分多数会有质量偏心现象出现。这使得转子轴系的扭转振动与弯曲振动的耦合作用明显增强。在已有耦合振动方程基础上,采用有限差分、Newmark积分法求得动力响应,以300 MW汽轮发电机组为研究对象,将其模化为多支承分布质量模型,采用FFT、STFT和wavelet多种方法分析它在简谐衰减、非同期并列两种典型工况激励下以及不同偏心函数、弯扭下的弯振特性。分析结果为研究旋转机械复杂转子系统耦合振动中弯振特性的定量、定性分析提供了依据。图24参7     

汽轮发电机组轴系弯扭耦合振动的数学模型

根据汽轮发电机组轴系各轴段所处位置不同，将轴系分为3类微元轴段，在分析微元轴段力和力矩基础上，分别推导了各类轴段的弯扭耦合振动偏微分方程组。该方程组是基于分布质量模型的耦合振动数学模型，它能综合考虑机组诸多因素，比较接近实际地研究机组动力特性。该方程组是高度非线性的，轴系质量偏心是弯扭耦合的一个前提。利用本文给出的方程组，可以进行弯扭耦合振动的固有频率、振型及瞬态响应计算。     

汽轮发电机组转子轴系扭振主动控制的模拟研究

该文分析了汽轮发电机组转子轴系的扭振问题，提出了采用主动控制消除扭振危害的技术措施。文中建立了机组轴系扭振主动控制的离散化系统模型，利用最小能量法分别导出了轴系在局部控制和全局控制下的最优控制规律，进行了转子轴系扭振主动控制过程的计算机模拟，从理论上得到了在不同控制规律作用下汽轮发电机组轴系扭振总能量的衰减特性，提出了具有一定的工程意义的扭振主动控制方案，并对未来汽轮发电机组轴系实现扭振主动控制的     

基于旋转软化的汽轮发电机组轴系振动研究

利用有限元法建立了汽轮发电机组轴系试验台模型,分析了陀螺力矩、应力刚化及旋转软化效应对弯曲和扭振模态的影响,导出了相应的动力学方程,运用程序计算了该轴系试验台模型的扭转、弯曲及弯扭耦合振动.结果表明：扭转振动影响到轴系的安全运行,存在多种形式的弯扭耦合振动;旋转软化效应对第一、第二阶弯曲反进动模态产生显著影响;应力刚化效应进一步提高了第三阶弯曲正进动模态频率;考虑应力刚化及旋转软化效应的影响,可求得扭振模态频率及临界转速;与梁模型相比,采用实体单元时的仿真度高,计算结果更准确.     

300MW机组在要电耦合冲击作用下的扭振控制特性考核

建立了汽轮发电机组转子轴系的阶梯轴弹性连续体扭振模型。利用求解复杂阶梯轴系扭振响应波动方程的方法对1台300MW汽轮发电机轴系在外部载荷作用下的扭振响应进行了计算机模拟考核，并采用最小能量法对机组转子轴系进行了主动控制模拟研究。     

转子的弯扭耦合振动研究

利用预应力法研究转子的弯扭耦合振动,计算了在弯扭耦合振动过程中转轴上的最大应力.分析了弯扭耦合振动的原因.     

不同惯量飞轮对脉冲机组轴系扭振性能影响研究

建立了三组不同惯量飞轮下脉冲机组轴系的当量系统模型,应用轴系扭转振动计算软件,分别对该三种方案下脉冲机组轴系自由振动和强迫振动进行了计算研究.分析了不同惯量飞轮对轴系固有频率、柴油机曲轴扭振应力、发电机转子电角、发电机转子扭矩、弹性联轴器扭矩的影响,根据分析结果,提出了合理的机组运行方案.并利用扭振测试分析系统,校核了其中一组惯量飞轮下脉冲机组的扭振计算结果,证明了理论计算结果的正确性.     

汽轮发电机转子扭振模型修改

为建立精确的汽轮发电机转子扭振模型,本文讨论了用所得不完全模态来修正由有限元法建立的集中参数模型,使其在所需的上人与测试的动力地性一致。     

大型汽轮发电机组轴系位置调整

本文研究了大型汽轮发电机组轴承系动态位置的最优调整。用有限元法及考虑各轴承油膜力非线性,建立了大型汽轮发电机组轴系非线性方程组。用无约束极小化方法求解了转子在工作转速范围内轴心实际位置。     

船舶模拟推进装置的结构设计及其试验研究

基于结构相似性原理，提出了一种以柴油机喷油泵为激振源的船舶模拟推进试验装置。讨论了模拟推进装置的系统结构以及扭振测试诊断原理，通过对轮子不平衡、轴系不对中、轴承磨损、油压负载激振和多缸断油等工况的扭振特性试验，验证了模拟推进装置是一种理想的船舶轴系扭振试验和软件性能测试设备。     

Sensitivity analysis of torsional vibration behavior of the shafting of a turbo generator set to changes of its mechanical parameters

Aiming at a 300 MW turbo-generator model, the sensitivity of natural torsional frequencies and modes of torsional vibration (TV) to the rotational inertia and stiffness of the turbo-generator were analyzed. Calculation results show that the variation of the rotational inertia or stiffness either of the rotor system as a whole (namely shafting) or only locally may both remarkably influence the TV characteristics of the rotor. The influence of localized variation is still notable although it is not as great as that of the rotor as a whole. The segments on the shafting, which contribute more to a certain mode of vibration, have a greater influence on the pertaining order of TV. Compared with the modal shape, a larger slope can be observed at these sections of the rotor for the particular mode. Thus, frequencies can be modulated by modifying the local construction of the rotor to make the natural TV frequency of a certain order avoid some specific value, herewith arriving at the objective of tuning. Therefore, it is very important, in the course of modeling for the purpose of studying the TV of the shafting of a turbo-set, to accurately determine the structural parameters of parts that have a relatively sensitive effect on the TV behavior. __________ Translated from Journal of Power Engineering, 2005, 25(4): 462–465, 482 [译自: 动力工程]     

抑制大型汽轮发电机组轴系扭振的控制技术综述

总结了近年来国内外抑制大型汽轮发电机组轴系扭振的控制技术的研究成果,主要介绍了引起轴系扭振的串联电容补偿、直流输电系统及控制系统等因素,以及采用的附加励磁控制等相关控制技术。提出了用耗散结构论、混沌学及突变论等非线性理论分析轴系扭振的机理和规律的新方法,以及对轴系扭振进行智能控制的新思想,并展望了这一研究领域的发展方向。