大型汽轮机组轴承座动力吸振现象分析

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大型火电厂汽轮机轴承振大原因及处理措施研究

大型火电厂汽轮机轴承振大原因及处理措施研究

大型火电厂汽轮机轴承振大原因及处理措施研究发布时间:2021-02-04T11:15:07.230Z 来源:《电力设备》2020年第30期作者:李孟凌[导读] 摘要:我国电力事业不断发展,火电厂的规模逐渐增大,大型火电厂的良好运行,需要汽轮机良好运行的支撑。

(中国电建集团四川工程有限公司四川成都 610051)摘要:我国电力事业不断发展,火电厂的规模逐渐增大,大型火电厂的良好运行,需要汽轮机良好运行的支撑。

但是,汽轮机长时间运行之后可能会出现轴承振大问题,具体原因有汽轮机自身的非正常运行、摩擦严重、凝汽器不再运行、轴封的供汽压力异常等。

为此,提出详细排查气流的激振问题、严格把控转子的温度、合理控制轴封供汽压力等措施,从而解决轴承振大问题,促使汽轮机高质量运行,为大型火电厂稳定生产电能提供支持。

关键词:大型火电厂;汽轮机;轴承振大;原因及处理大型火电厂中,非常重要的设备则是汽轮机,其运行效率直接关系到发电厂发电质量。

当汽轮机组长时间处于高负荷运行状态之下,可能会出现轴承振动增大的问题,进而影响到汽轮机机组运行效率。

火电厂领导层和技术人员需要提高对汽轮机轴承振大问题的重视,以更多精力和时间解决此问题,找出振大的具体原因,并运用合适的措施处理问题,进而规避轴承振大问题,提高汽轮机组的运行效率,也提高火电厂生产效率,为电网提供更稳定和可靠的电能。

1 分析汽轮机轴承振大的原因1.1 汽轮机非正常的运行大规模火电厂的汽轮机运行中,可能会存在轴承振大问题,引发原因可能是汽轮机本身非正常的运行,主要表现为两个方面,一个方面是,汽轮机的运行过程中,可能处在不平衡的负荷状态中,其有一些程序电流会分量,促使轴承运转的电压从正常运转电压状态中偏离出来,使得轴承运行时有振动以及损耗;另一方面,汽轮机转子处于运转状态时,电枢电流可使得转子出现倍频转矩脉振,即使可以对定子铁芯进行隔振的处理,可是因为转子而出现的不稳定电流,依旧会造成汽轮机非正常的运行。

大型火电厂汽轮机轴承振动大的原因分析及处理

大型火电厂汽轮机轴承振动大的原因分析及处理

大型火电厂汽轮机轴承振动大的原因分析及处理摘要:汽轮机是大型火力发电厂发电设备运行最重要的组成,其运行效率极大地影响着发电厂的发电效率,汽轮机组在长时间高负荷的运转下会导致轴承振动性加大而对机组设备的生产运行效率带来影响。

本文对大型火电厂汽轮机轴承振动大的原因分析及处理进行探讨。

关键词:大型火电厂;汽轮机;轴承;振动1大型火电厂汽轮机轴承振大的原因分析1.1汽轮机的非正常运行大型火电厂汽轮机在设备运行过程中出现轴承振大的原因,主要是由于汽轮机的非正常运行所导致,一方面是当汽轮机在运行处于不平衡负荷状态时汽轮机中含有一定的负序电流分量,这容易造成轴承运转电压偏离理想状态进而导致轴承在运转过程中出现振动和损耗。

另一方面,则是由于汽轮机转子在运转时电枢电流会引起转子的倍频转矩脉振,虽然能够通过在定子铁芯采取一定的隔振处理,但由转子带来的不稳定电流依然会导致汽轮机的非正常运行。

1.2凝汽器退出运行在汽轮机的运行过程中,需要凝汽器参与运转实现对设备的有效散热,当部分凝汽器失效退出运行状态,则会降低汽轮机的运转效率,汽轮机转子无法达到额定功率,这会导致轴承空转的情况出现加大轴承的振动频率。

同时,当汽轮机冷凝器退出运行后,设备中的热量无法得到有效发散,转子的热变形程度与转子的运行时间有较大的关联,只有当转子变形程度超过其承受负荷后,才会对机组轴承的运转带来影响,这种来自金属特性的变形问题带来的轴承振大影响可以通过对机组设置定速运行时间及冷却时间进行有效避免,但转子发生的热变形的原因并不完全与运行过程中的受热有关,由于机组在运行一段时间后会有一定的冷却时间,在此过程中,转子会因为热应力扩散不均匀而集中于转子的某一处,在多次运行和冷却后,转子表面会呈现出凹凸不平的状态,这将对机组的正常运行产生严重影响。

1.3设备运行引起轴承摩擦振动机械设备在运转过程中摩擦现象不可避免,对于摩擦问题,如果不采取有效的优化处理措施则会对设备带来巨大的损耗。

汽轮发电机组轴承振动原因浅析

汽轮发电机组轴承振动原因浅析

汽轮发电机组轴承振动原因浅析汽轮发电机组轴承振动是指汽轮机主轴承在运行过程中产生的振动现象。

这种振动不仅会影响机组的正常运行,还会导致轴承损坏甚至发生事故。

深入分析汽轮发电机组轴承振动原因,对于提高机组的可靠性和安全性具有重要意义。

1.不平衡振动:由于汽轮机转子在制造和组装过程中的不平衡或者长期运行后的不平衡,会导致机组轴承振动。

不平衡振动主要来源于静态不平衡和动态不平衡两方面。

静态不平衡是指转子质量分布不均匀,使得转子在正常运行时产生离心力而引起的振动。

动态不平衡是指转子在高速旋转过程中由于受到离心力的作用,出现振动幅度的周期性变化。

不平衡振动可以通过转子的平衡校正和轴承调整来进行控制。

2.轴承磨损:轴承在长期运行过程中,由于受到载荷和摩擦等因素的作用,会逐渐出现磨损和疲劳现象。

当轴承磨损严重时,会增加轴承内的摩擦力和振动力,导致振动波动增大。

轴承破裂、局部磨损和异常磨损等情况也会引起轴承振动。

定期检查和更换磨损严重的轴承是避免振动的有效措施。

3.轴承润滑不良:轴承在运行过程中需要进行润滑,以减小摩擦,并将产生的热量带走。

如果润滑不良,轴承摩擦增大,会导致振动增加。

常见的润滑不良原因包括润滑剂过少或过多、润滑剂污染等。

定期清洗和更换润滑剂以及定期检查润滑系统的运行情况可以有效预防轴承振动。

4.杂质和异物:机组运行过程中,由于外界环境原因或操作不当,可能会导致机组内部进入杂质和异物。

这些杂质和异物会干扰轴承的正常运转,并产生振动。

保持机组的清洁和定期检查是防止杂质和异物的有效手段。

5.过载和轴向力不平衡:当机组长期运行在过载状态或者受到轴向力不平衡的影响时,会引起轴承振动。

过载会导致轴承承受超过额定负荷的压力,造成振动增加。

轴向力不平衡是指由于轴向载荷不均匀,使得轴承在径向上受到不平衡力而引起的振动。

正确操作和监控机组运行状态,避免过载和轴向力不平衡的发生,对于减小轴承振动非常重要。

汽轮发电机组轴承振动的原因涉及多个方面,从不平衡振动、轴承磨损、轴承润滑不良、杂质和异物以及过载和轴向力不平衡等因素入手,定期检查和维护机组,并采取相应的措施来解决问题,是降低轴承振动的有效途径。

发电厂汽轮机轴承振动大的原因分析及处理措施

发电厂汽轮机轴承振动大的原因分析及处理措施

发电厂汽轮机轴承振动大的原因分析及处理措施摘要:汽轮机组是发电厂运行的重要基础,汽轮机组作为主要的动力设备其轴承运行的安全性、稳定性至关重要。

所以,在这样的情况下,就需要相关部门和工作人员提高对其的重视程度,还需要对设备自身振动的原因进行分析,并采取科学合理的措施,从而保障能够为发电厂的正常运行奠定一个坚实的基础。

因此,本文主要针对发电厂汽轮机组轴承振动的原因进行分析和研究,并结合实际情况提出相应的处理措施。

关键词:发电厂;汽轮机组;轴承振动;振动处理1、发电厂汽轮机组轴承振动原因分析1.1汽轮机主轴激振现象汽轮机主轴运行工况是反映汽轮机是否安全稳定运行的关键指标。

汽轮机主轴的转速、偏心度、轴振动和胀差等参数变化都会引起轴承的异常振动,尤其是高参数大容量火力发电厂,其蒸汽对汽轮机的叶片不断产生冲击,导致气流激振,汽轮机主轴经常受到气流激振现象的影响后,导致与汽轮机主轴相配合的轴承振动异常,甚至振幅扩大。

1.2高压缸动静碰磨在经过长时间的运行测试后,发现当汽轮机组冲转值超过3000转时,“蛙跳”问题会出现在高压缸中,之后机组中的轴承就出现了异常振动。

通过对高压缸进行检查发现,其内部发生了动静碰磨问题。

而且由于机组中高压转子前汽封段比较长,这就使得其在启动时会发生左右不均的问题,从而使高压缸膨胀工作不顺畅,进而造成机组轴承振动异常问题的发生。

其主要问题有:高压转子的汽封与轴封受到严重磨损;电端的猫爪垂弧差超出了标准范围;红丹对磨接触的面积不足[1]。

1.3人为因素以某电厂汽轮机为例,机组启动过程中,如果人员误触传感器接线盒等,将可能引起振动数据异常。

为排除该因素,机组进行了第2次启动,转速从2300r/min开始,并确保就地测点处无人员干扰。

但机组振动情况再次出现,转速上升至2354r/min时,2号轴承x向振动由45.3μm升至138μm,之后回落至正常;转速上升至2461r/min时,2号轴承y向振动由37.9μm升至250μm,汽轮机振动保护动作,汽轮机跳闸,因此排除了人为干扰造成的机组振动异常。

大型火电厂汽轮机轴承振动大的原因及对策分析

大型火电厂汽轮机轴承振动大的原因及对策分析

大型火电厂汽轮机轴承振动大的原因及对策分析随着社会经济的不断发展,同时也是顺应可持续发展的要求,火电厂的规模和装机容量也在逐渐扩大。

汽轮机作为大型火电厂的重要组成部分,得到了广泛关注。

一方面,汽轮机的正常运转能够使电力得到有效的规划。

另一方面,随着装机容量的增大,汽轮机轴承仍然存在着振动较大的情况,需要技术人员去解决。

因此文章针对大型火电厂汽轮机轴承振动大的原因,提出适当的解决方法。

标签:大型火电厂汽轮机;轴承震动;1. 汽轮机轴承振大原因(1)气流激振。

大型火电厂轴承转动中,气流激振现象比较常见,由此导致振动幅度变大,原因包含:1)汽轮机通过叶轮及安装的叶片,将蒸汽机械能转换为动能,蒸汽对叶片不断冲击,因叶片所占面积大,且末级叶片比较长。

气流到达轮机尾端,运行不规则且比较混乱。

同时,叶片具有膨胀与收缩性,连续性振动影响下发生改变,影响到汽轮机流经通道出现激振。

2)气流激振与传统振动方式有所差异,其主要体现在频率不稳定,气流激振频率严重分化,如果汽轮机处于低频状态,其分量数值就会增大,产生较大的气流差值,运行参数不断变大,发生轴承振大。

(2)转子热变形。

随着装机容量的增长,转子长度也不断增加,转子出现热变形,导致机组振动出现异常。

首先,根据转子热变形机组振动特点,振动幅度与机组转子运行时间密切相关。

转子运行时间越长,其产生的热量就越多,温度也不断增加。

转子运行是有规则的,有相应的承受标准。

如果高出现有负载量,就会影响汽轮机组冷却状态,转子自身金属特点也会改变。

尤其在机组启动到定速时间,很多汽轮机转子都会出现热变形。

其次,转子不断受热,就会发生弯曲变形,呈现出“凹凸不平”,在运作渠道中机组运行受阻,发生异常振动。

此外,转子材质不同,其承受内应力也不同,热量释放也有所差异。

转子受热后,导致振动倍数不断增加,结合热量散发频率形成相位波动,此种情况下,转子异常振动更加明显。

(3)摩擦振动。

摩擦振动引起振大主要体现为:1)受转子影响,机组运行中,工作温度不断升高,导致机组内外部形成气压差。

汽轮发电机组轴承振动原因浅析

汽轮发电机组轴承振动原因浅析

汽轮发电机组轴承振动原因浅析汽轮发电机组轴承振动是影响其正常运行的常见故障之一。

本文将从以下几个方面对汽轮发电机组轴承振动的原因进行浅析。

1. 轴承本身存在质量问题:轴承作为汽轮发电机组的关键部件之一,其质量直接关系到设备的可靠性和运行稳定性。

如果轴承的材质、加工工艺、热处理等工艺不合格,容易出现孔径不准、精度不高、硬度不足等问题,从而导致轴承在高速旋转中产生不稳定的振动。

2. 轴承润滑不良:轴承润滑状态不良是引发轴承振动的常见原因之一。

轴承在高速旋转过程中,需要有足够的润滑油膜来减少摩擦和磨损。

如果润滑油供给不足或润滑油质量不合格,会导致轴承干摩擦、润滑不良,从而引发振动问题。

3. 轴承安装不当:轴承的正确安装是保证其正常运行的重要条件之一。

如果轴承在安装过程中没有正确对中,或者安装不紧密,容易导致轴承在高速旋转中产生偏心、不平衡等问题,进而引发振动。

4. 磨损和损伤:轴承在运行过程中会受到来自外界的载荷和振动的作用,长时间运行或者受到不良工况的影响,容易导致轴承的表面磨损、颗粒堆积、划伤等现象。

这些磨损和损伤会导致轴承的几何形状发生变化,从而引发轴承振动。

5. 系统不平衡:汽轮发电机组是一个相对复杂的机械系统,其中包括转子、轴承、风扇等组件。

如果系统中的某个组件质量分布不均匀或者受到外界载荷作用,都会导致转子系统的不平衡,从而引发轴承振动。

针对以上几个原因,可以采取以下措施来减少轴承振动:1. 选用质量可靠的轴承,确保其材质和加工工艺符合要求。

2. 定期检查和维护轴承润滑系统,保证润滑油的供给和质量。

3. 在安装轴承之前,进行合理的对中和装配操作,确保轴承安装的准确性和稳定性。

4. 定期检查轴承的磨损和损伤情况,及时更换或修复轴承。

5. 对于系统不平衡问题,可以采取质量均衡、动平衡等方法进行调整。

轴承振动是汽轮发电机组常见的故障之一,其原因主要包括轴承本身质量问题、润滑不良、安装不当、磨损和损伤以及系统不平衡等。

大型火电厂汽轮机轴承振大原因分析及处理措施

大型火电厂汽轮机轴承振大原因分析及处理措施
1.2凝汽器退出运转
汽轮机运转期间,需要用到凝汽器参加到运行中来达到对设备的有效散热功能,有些凝汽器失去效果退出运转状况。就会将该设备的运转效率降低下来,该设备的转子没有办法满足额定的功率,也会导致轴承出现空转的情况,这样会增加轴承的振动频率。其次,如果汽轮机的冷凝器出现退出形式后,设备当中的热量就没有办法进行自我散热,转子的热变形状况会跟其自身的运转时间有很大关系。只有当其变形的程度超出自身承受的负荷之后,才会对轴承的运行带来影响。这种因为金属特性出现变形的情况,导致轴承振动影响能够从机组设备制定的速度运行时间以及冷却的时间来进行很好的规避,但是转子出现热变形的情况时,并不能完全确认跟其运转过程中的受热相关。因为机组在运转一些时间之后会进行冷却,但是在此过程中,转子会因为热应力扩大不够均衡,而主要汇集在转子的某个地方,进行很多次运行以及冷却之后。转子的表层会发现凹凸不平的情况,这样会对机组的正常运转带来很大影响。
2.3强化运转中轴封监视和调整
汽轮机轴封自动装置能够很好将轴承的运转效率提高,并能为轴承运行提供一个封闭的环境,以免因进气而引起轴承的不规律振动。轴封自动装置根据自动化技术对轴封腔进行监视,当轴承发生异常振动时,汽轮机运行人员可通过轴封装置的自动监视装置监视轴承的运行情况,通过调整轴封装置内外压差,可以降低轴承振动。在汽轮机实际运行过程中,运行人员往往会弱化对轴封装置的监控。只有当自动化设备发出警告时,才能进行相应的调整。因此,强调设备运行人员对轴封装置的监视和调整工作,以便在轴承出现异常问题时,能在第一时间进行相应的参数调整,以保证汽轮机运行线路稳定可靠。
2探究火电厂汽轮机轴承振大的解决对策
2.1正确启定、停止汽轮机
导致火电厂汽轮机轴承出现振动原因之一,就是工作人员操作不够规范所引发,所以,针对运转工作人员的操作进行规范,并且要关注该工作人员的培训工作,落实汽轮机的高效率运转。汽轮机在进行开启和停止过程中,并不是只是简单的运用开关设备进行操作,对汽轮机进行开启过程中,应该将新气参数分为额定参数以及滑参数。有效调整把控阀门的进汽量,能够满足汽轮机的冷热态以及极热态的方法启动。其次,阀门进气过程中,还要对凝汽器中剩余的冷却水进行检验工作,以免该设备在运转过程中出现凝汽器停止运转的现象。然而,对于汽轮机进行停机作业过程中,通常情况该设备的停机,只需要逐次对每一项把控系统进行关闭,但是对于该设备出现异常声响过程中,凝汽器的真空就会快速降低或者油系统出现火灾等状况。在此期间就可以运用紧急停机的方法,将汽轮机进行关闭,以免轴承在该设备出现异样中振动逐渐加剧,造成碰撞、变形等问题发生。运转操作员工对汽轮机轴承振动问题进行有效把控和调整过程中,也可以使电枢分散的电流降低下来,同时,对转子不断输出的电力进行合理改善。

大型火电厂汽轮机轴承振大原因分析及处理措施

大型火电厂汽轮机轴承振大原因分析及处理措施

大型火电厂汽轮机轴承振大原因分析及处理措施发布时间:2021-05-26T15:57:26.963Z 来源:《中国电业》2021年2月5期作者:张春华[导读] 在社会经济高速发展以及经济新常态的大环境下张春华华能沁北发电有限责任公司济源 454650摘要:在社会经济高速发展以及经济新常态的大环境下,大型火电厂的建设数量越来越多,其装机容量也有了大幅度的提升。

作为大型火电厂中重要的设备组成部分,汽轮机得到了相关工作人员的广泛关注。

大型火电厂的汽轮机得到广泛关注的主要原因一方面表现在其正常运行可以确保大型火电厂的电力能够提升其规划有效性,另一方面,火电厂的汽轮机轴承在火电厂的装机容量不断提升的情况下,仍然有较大振动情况的发生。

这也决定了需要对大型火电厂汽轮机轴承振大的原因进行分析,并寻找切实可行的解决策略。

关键词:大型火电厂;汽轮机;轴承振动1.分析造成大型火电厂汽轮机轴承振大的主要原因1.1汽轮机轴因出现气流激振现象导致其振动幅度增大大型火电厂的汽轮机轴在运行过程中,气流激振现象经常发生,导致汽轮机轴承振的振动幅度增大的主要原因表现在:首先是蒸汽对汽轮机上的叶片产生的不断冲击,在气流行至汽轮机的末端时,运行过程容易变得混乱不规则,叶片本身具备的膨胀收缩特性,也会对汽轮机的蒸汽通道产生影响,导致激振现象的发生。

其次是气流激振的频率不稳定想,使得其两级分化较为明显,低频汇总的分量数值会增大,气流也有较大的差值,也会产生持续增长的运行参数,从而导致汽轮机轴承振增大情况的发生。

1.2汽轮机组因转子发生热变形导致振动异常转子的长度随着装机容量的扩大而不断增加,热变形在转子中的产生也会致使汽轮机组产生振动异常的现象。

一方面,振幅的大小与机组转子的运行时长有关联,随着其运行时间的增加,热量与温度也随之增加,当超过现行负载量之后,其冷却状态也发生变化,从而产生热变形的状况。

另一方面,随着转子的受热增加,会产生弯曲变形状况,其呈现形式主要为“凹凸不平”,机组在这种渠道中运行,振动情况出现异常。

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大型汽轮机组轴承座动力吸振现象分析吴亚军;杨天海;姜朝晖;杨建刚;曹仲勋【摘要】针对某大型汽轮机组轴承座异常振动现象,建立大型汽轮机组柔性支撑下转子-轴承-支撑系统动力学分析模型,从动力吸振新角度解释实际机组上发生的异常振动现象.研究结果表明,座缸式轴承支撑刚度较低,轴承座固有频率和转子系统固有频率有可能从设计时的大于50 Hz减小到50 Hz附近.一旦2个频率点重合,就容易发生动力吸振现象,转轴振动转移到轴承座振动上,导致轴振小而轴承座振动大.与此同时,系统固有频率点分解成2个频率点,分布在原固有频率两侧,出现双共振峰现象.%Aiming at the abnormal structural vibration occurred on the bearings of large turbo units,the dynamic model of the rotor-bearing-support system with flexible support is set up to analyze the abnormal structural vibration phenomenon using the dynamic vibration absorber theory.The result shows that the support stiffness of the bearings located on the exhaust cylinder is low.The natural frequencies of the bearings and the rotor system may be reduced from more than 50 Hz as being designed to less than 50 Hz.Once the natural frequencies of the bearings and the rotor system are superposed,the vibration absorbing phenomenon tends to occur.The shaft vibration transfers to the bearings,resulting in small shaft vibration and large bearing vibration.At this time,the system natural frequency is decomposed into two,which are distributed on both sides of the natural frequency.Consequently,a double resonance peak appears.【期刊名称】《中国电力》【年(卷),期】2017(050)010【总页数】4页(P116-119)【关键词】汽轮机组;动力吸振器;轴承座振动;轴振【作者】吴亚军;杨天海;姜朝晖;杨建刚;曹仲勋【作者单位】东南大学火电机组振动国家工程研究中心,江苏南京210096;上海明华电力技术工程有限公司,上海20090;上海明华电力技术工程有限公司,上海20090;东南大学火电机组振动国家工程研究中心,江苏南京210096;东南大学火电机组振动国家工程研究中心,江苏南京210096【正文语种】中文【中图分类】TK268.+1大型汽轮发电机组低压转子通常采用座缸式轴承设计,发电机转子通常采用端盖式轴承设计,它们都属于非落地式轴承,轴承座支撑刚度比传统落地式轴承座小,支撑带有较强的柔性[1-4]。

很多采用这类设计的机组出现了轴承座振动大以及轴承座振动大于转轴振动(以下简称为轴振)的异常现象[5-6]。

研究表明,轴承座支撑刚度低和支撑柔性是导致轴承座振动大的主要原因[7-9]。

文献[10]针对某汽轮机组轴承座振动在工作转速附近偏大的现象,采用动刚度实验和模态实验分析,发现轴承座在工作转速附近动刚度较低,存在固有频率。

文献[11]以某600 MW大型汽轮发电机组为例,建立了考虑支撑系统刚度影响的等效动刚度分析模型,对低压缸轴承座振动故障进行了研究,表明大型汽轮机座缸式轴承座的振动受支撑特性影响较大,工作转速下容易发生共振现象。

文献[12]建立了大型旋转机械轴振/轴承座振动动力学分析模型,结合大型机组实测进行研究,指出支撑刚度对轴振/轴承座振动比例关系影响较大。

本文在上述研究基础上,把大型汽轮发电机组非落地式轴承座作为动力吸振器,从动力吸振新角度解释这类振动现象。

某电厂600 MW汽轮机组轴系由高中压转子、低压Ⅰ转子、低压Ⅱ转子组成,每个转子由2个轴承支撑,如图1所示。

该型汽轮机组低压转子轴承座位于排汽缸上,支撑具有较强的柔性。

轴振和轴承座振动测试分别采用电涡流传感器和速度传感器,将轴承座振动传感器输出的振动信号经电路积分得到振动位移信号,通过键相传感器触发各通道同步开展整周期采集。

图2为低压转子升速过程中振幅随转速变化曲线。

升速过程中,2 500 r/min后轴承座振动大于轴振,2 700~3 000 r/min内轴承座振动远大于轴振;转速升高到2 760 r/min时,轴振出现极小点,在2 075和2 850 r/min轴承座振动和轴振各出现了1个共振峰值点,3 000 r/min工作转速附近呈现出双共振峰现象。

表1为3 000 r/min工作转速附近振动数据。

虽然轴振较小但轴承座振动很大,轴振和轴承座振动的比例达到1∶4。

建立如图3所示的转子—轴承—支撑系统动力特性简化模型。

将轴承座视为单自由度系统,其固有频率为式中:k b为单自由度轴承座系统支撑刚度,m b为轴承座参振质量。

参照刚性转子/柔性转子定义[13],将轴承座固有频率高于工作频率的支撑系统定义为刚性支撑,将轴承座固有频率低于工作频率的支撑系统定义为柔性支撑。

设轮盘质量为2 m,轴刚度为k r,油膜刚度和阻尼分别为k和c,轴承座阻尼为c b,圆盘偏心为e,圆盘、转轴和轴承座垂直向上振幅分别为y d,y s,y b,转轴相对轴承座振动为y r。

系统动力学方程为忽略阻尼,令y s=Y ssinωt,y b=Y bsinωt,可得式中:k eff=kkr/(k r+k),为转轴和油膜的等效刚度。

引入质量比μ=m b/m,物体受静载荷作用的静变形Y0=meω2/k eff,轴承座振动和轴振的振幅放大因子βb=|Y b/Y0|,βr=|Y r/Y0|,无量纲激励频率s=ω/ωn。

当时,也即轴承座固有频率与转轴固有频率相等时,有图4给出了当k b=k,μ=10时的幅频特性曲线。

当s=1时,βr=0,轴振减小为0。

式(9)中分母为0的频率导致轴承座和转轴共振,此共振频率有2个值,分别为当轴承座和转轴固有频率相等时,在该固有频率两侧系统会出现2个新的共振频率点。

这种状态下,升速过程中当转速升到固有频率时,轴振减小为0,振动全部转移到轴承座上。

图5给出了传统的动力吸振器模型[14]。

其中,m1和m2分别为吸振器和主系统的质量,k1和k2分别为吸振器和主系统的支撑刚度,F sinωt为主系统受到的简谐激励力。

当吸振器固有频率与激励频率相等时,吸振器产生的惯性力恰好与激励频率平衡,将主系统的振动抑制为零;当吸振器和主系统有相同的固有频率时,在该频率附近系统会出现2个新的固有频率点。

图4所表现出来的振动随转速变化特征与动力吸振器现象一致。

比较图3和图5,可以将转轴和油膜刚度、阻尼组成的系统视为吸振器的主系统,将轴承座及其支撑系统视为动力吸振器。

本文中600 MW汽轮机组低压转子轴承座采用座缸式设计,轴承支撑刚度较低,轴承座属于柔性支撑,固有频率在50 Hz以下。

虽然转子—轴承系统设计固有频率大于50 Hz,但实测转子二阶固有频率在45~49 Hz,低于50 Hz[14-15]。

如果轴承座固有频率与转子二阶固有频率相等或相近,就会出现动力吸振现象,轴承座变成了动力吸振器。

此时,轴振较小而轴承座振动较大,一个固有频率分解成2个新的频率,分布在原固有频率两侧。

以本机组为例,在50 Hz工作频率附近轴承座振动和轴振出现了双共振峰现象,轴振较小而轴承座振动较大。

本文建立了柔性支撑下汽轮机组转子—轴承—支撑系统动力学分析模型,从动力吸振新角度解释了这类异常振动现象。

座缸式轴承支撑刚度较低,轴承座固有频率和转子系统固有频率有可能从设计时的大于50 Hz减小到50 Hz附近。

一旦2个频率点重合,就容易发生动力吸振现象,转轴振动转移到轴承座振动上,导致轴振小而轴承座振动大。

与此同时,系统固有频率点分解成2个频率点,分布在原固有频率两侧,出现双共振峰现象。

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