大型汽轮发电机组转子轴系扭振弹性波的解析研究

机械工程学报980403机械工程学报

Chinese journal of mechanical engineering

1998年 第34卷 第4期 No.4 Vol.34 1998科技期刊

弹性波的解析研究*

叶　敏　罗纪生　郝志勇

(天津大学机械学院　300072)

摘要　建立了汽轮发电机组轴系的弹性连续体扭振模型，提出了求解复杂阶梯轴系扭振波动方程的解析方法。计算了一台200 MW机组转子轴系扭振波动特性的精确解，并与离散系统计算结果做了比较。根据机组扭振干扰

力矩的复杂性和随机性，利用该方法进行了网机耦合作用下的扭振强迫振动考核。

叙词：大型汽轮发电机组　扭振弹性波　波动方程

中图分类号：TH113

0　前言

大型汽轮发电机转子轴系的扭转振动是影响机组安全运行的主要因素之一。近年来，随着超高压大电网和大功率机组的投产，国内外已陆续发生多起电网—机谐振造成机组严重损毁的重大事故，引起了普遍的关注［1～2］。据已查资料统计，国内外在近20年间因扭振引起的机组损伤事故高达30多起，造成了极大的经济损失。 汽轮发电机组转子轴系的扭振特性极其复杂，由于机组的内部短路和电网故障产生的激励转矩可导致轴系的疲劳损坏，在一些特殊的共振情况下，强烈的扭振可在几秒钟内产生，并造成巨大损失。随着电力工业的迅猛发展，在开发大容量发电机组的过程中必须解决好扭振问题。

1　汽轮发电机组转子轴系扭振模型

目前进行汽轮发电机组扭振分析最普遍的做法是用一个具有较低特征频率和模态的离散系统来代替原系统，并在此基础上进行扭振特性研究。图1所示为一汽轮发电机组转子轴系模型简图。

图1　汽轮发电机组转子轴系

由于汽轮发电机组转子轴系的质量是沿着轴向连续分布的，所以离散系统的计算方法虽然简便但不可避免地会引起较大误差，尤其在分析扭振传播机理和扭振能量分布规律时就更显得不足。近几年，开始有人引入离散—连续模型和一维弹性波理论来研究汽轮发电机组轴系的扭转自由振动［3，4］，但在模型和解法上仍有过多简化和不精确处，而且在强迫振动解方面做得还不够完善。本文在前人工作的基础上，进一步在求解方法上做了改进，给出了波动解的精确表达式，并通过计算机模拟考核了机组在电网冲击载荷作用下的扭转强迫振动特性。

2　多级阶梯轴系扭转波的解析分析

考虑一般的阶梯轴系，设轴系有n节，其中第j节轴的长度为，载荷为，极惯性矩为J j 。用总长度，声速及特征扭转角对扭转角满足的方程无量纲化，可得

file:///E|/qk/jxgcxb/980403.htm（第 1／7 页）2010-3-23 1:42:45