大型汽轮发电机组轴系扭振研究

论文摘要

大型汽轮发电机组轴系扭振问题的研究对确保热力发电设备的安全、经济运行具有重要意义。本文针对汽轮发电机组轴系扭振中存在的几个问题进行了研究:1、建立了基于Matlab的DEH控制系统模型,并将该模型与Fortran程序构成的汽轮发电机组轴系模型进行连接,在此基础上就调节系统对汽轮发电机组轴系扭振的影响进行了研究。研究结果表明,当调节系统中环节参数变化使调节系统动态偏差变大,调节系统的稳定性减小,控制时间增大时,轴系扭振衰减的总趋势是基本相同的,但衰减时间稍有加长;而当调节系统中环节参数变化使调节系统动态偏差变小,调节系统的稳定性增大,控制时间缩短时,轴系扭振的衰减时间有所降低。研究中当环节参数变化使系统更灵敏时,没有出现扭振的不稳定现象,主要是因为该调节系统还不够灵敏。如果环节参数变化使系统过于灵敏时,则可能会出现轴系的不稳定扭振。2、计算了考虑温度分布后轴系扭振各阶固有频率、振型以及响应的变化情况,分析了这些变化对轴系安全性的影响,研究了在汽轮机高压和中压调节阀快关动作后蒸汽沿轴向流动过渡过程对轴系扭振响应的影响,并对综合考虑温度分布和蒸汽流动情况下甩负荷时汽轮发电机组轴系的扭振响应进行了研究。轴系的计算模型采用连续质量模型。外激励模型是考虑汽轮机DEH系统、热力系统以及单机对无穷大电网的机电耦合数学模型。对300MW汽轮发电机组的仿真计算表明,热载荷变化特别是蒸汽载荷变化对汽轮发电机组轴系扭振影响较大,在对轴系进行安全性评估时必须加以考虑。3、在转轴以一定速度旋转的条件下,推导了考虑动频情况下的单质量盘转子扭振运动方程,通过有限元方法对不同几何结构的单质量盘转子在不同转动频率下的扭振固有频率进行了计算,对影响单质量盘转子扭振动频的动频系数进行了分析。分析结果表明,离心力的作用相当于使转子的扭转刚度增加,从而在不同程度上提高了转子的扭振固有频率,而在影响单质量盘转子扭振动频系数的因素中,动频系数与转子转速的平方及质量盘直径的平方成正比,而与质量盘厚度无关。由此结果得出了动频的计算公式,并在该计算公式的基础上提出了用于判断单盘转子是否需要考虑扭振动频的判定准则。4、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、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。5、采用物理相似的原则设计了300MW汽轮发电机组轴系模拟试验台,并在试验台上进行了三相短路与甩负荷激励下的轴系扭振试验,试验结果验证了应用本文建立的轴系扭振模型计算的轴系扭振特性与实际情况是相吻合的。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 课题研究的背景和意义
• 1.2 汽轮发电机组轴系扭振事故产生的原因
• 1.3 国内外研究现状
• 1.4 课题来源及内容的安排
• 2 调节系统对汽轮发电机组轴系扭振的影响
• 2.1 汽轮发电机组轴系扭振模型
• 2.2 汽轮发电机组轴系扭振计算方法及实现
• 2.3 基于MATLAB 的汽轮机控制系统仿真
• 2.4 调节系统对汽轮发电机组轴系扭振的影响
• 2.5 本章小结
• 3 考虑热载荷时的汽轮发电机组扭振研究
• 3.1 考虑热载荷时的汽轮发电机组轴系扭振模型
• 3.2 温度对轴系扭振的影响
• 3.3 蒸汽流动对轴系扭振响应的影响
• 3.4 同时考虑温度与蒸汽流动时的轴系扭振响应
• 3.5 本章小结
• 4 单质量盘转子扭振的动频研究
• 4.1 考虑离心力影响时的单质量盘转子的扭振模型
• 4.2 单盘转子扭振动频的有限元模型
• 4.3 单质量盘转子扭振动频的影响因素
• 4.4 单质量盘转子的扭振动频系数
• 4.5 单质量圆盘转子的动频准则
• 4.6 本章小结
• 5 大型汽轮发电机组轴系扭振的动频研究
• 5.1 考虑动频问题时的轴系扭振模型
• 5.2 多轮盘转子扭振频率计算的有限元方法
• 5.3 影响多轮盘转子扭振动频的因素
• 5.4 多盘转子的动频准则
• 5.5 考虑离心力影响时多轮盘转子的扭振振型
• 5.6 300MW 汽轮发电机组轴系扭振的动频问题
• 5.7 本章小结
• 6 轴系扭振模拟试验
• 6.1 转子扭振试验台设计与构成
• 6.2 扭振的测量方法与实现
• 6.3 基于转子试验台的扭振模拟试验
• 6.4 试验台扭振的误差分析
• 6.5 本章小结
• 7 全文总结和展望
• 7.1 全文总结
• 7.2 本文的创新点
• 7.3 研究展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录1 作者在攻读博士期间发表的论文
• 附录2 作者参与的科研项目