MS6001B型燃气轮机发电机组轴系动力学研究

论文摘要

目前国内尚未系统地开展MS6001B型（下文简称6B）燃气轮机发电机组轴系动力学研究工作，轴系动力学是保障机组安全运行的关键课题，本文选题旨在填补这方面的空白。文中采用ANSYS有限元分析软件系统地计算研究了6B燃气轮机发电机组轴系的动力学建模方法和临界转速、不平衡响应、稳定性、扭振特性及燃机转子温度场对临界转速的影响。在轴系动力学建模方面，本文主要工作有：（1）对自由-自由状态下6B燃机实物拉杆转子进行模态测试，并采用ANSYS软件对同样状态下转子的整体和接触两种模型分别进行模态分析，经对前三阶固有频率和对应振型的比较，考虑轮盘接触刚度的接触模型比整体模型精度高，更符合实物转子的动力学特性。（2）因缺少径向滑动轴承的动力学特性数据，根据轴颈和轴瓦的结构参数在滑动轴承手册提供的试验数据表中线性插值得到油膜的刚度和阻尼系数。（3）采用API转子动力学标准推荐的经验公式计算得到负荷齿轮箱齿轮传动的4个动力学耦合刚度系数，以此来研究在负荷齿轮箱的啮合位置处燃机转子和发电机转子的振动耦合作用，经对负荷齿轮箱高速轴的有限元模态分析，发现考虑耦合刚度后第一阶固有频率提高37.5%，振型图中最大横向弯曲变形位置从齿轮轴转移到中间弹性轴上。在轴系动力学计算方面，本文主要工作有：（1）根据传热学理论确定燃机转子表面对流换热边界条件，用ANSYS软件求解燃机转子在额定工况时的稳态温度场，然后用顺序热固耦合的方法计及稳态温度场后燃机转子前三阶临界转速的计算值与运行实测值更为符合。（2）在轴系不平衡响应的计算中，根据转子残余不平衡量，在三个平衡校正平面上分配成同相和反相两种不平衡量分布情况，采用HARMONIC求解器进行谐响应分析；在轴系临界转速和稳定性的计算中采用QRDAMP求解器进行复模态分析。轴系临界转速的计算值、Bode图中振幅出现峰值时对应的计算转速与电厂实测数据中振动最大时对应的运行转速三者相符，说明临界转速的计算结果准确可信。不平衡响应的最大振幅远小于API标准允许的最大值，表明轴系的不平衡响应满足安全性要求，而且轴系对同相和反相不平衡量的响应规律与电厂现场动平衡时的振动实测数据吻合。衡量机组稳定性的对数衰减率均大于0.2，满足行业标准。（3）本文还根据相关文献提供的经验公式计算该型机组发电机转子本体结构的大齿扭转刚度并建立了整个轴系的三维扭振模型，计算研究了轴系扭振特性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 引言
• 1.1.1 燃气轮机发电行业的历史和现状
• 1.1.2 燃气轮机发电机组轴系动力学研究的意义
• 1.2 国内外研究状况
• 1.2.1 轴系动力学研究现状
• 1.2.2 燃气轮机发电机组轴系动力学研究现状
• 1.2.3 6B 燃气轮机发电机组轴系动力学研究现状
• 1.3 本文的研究工作
• 1.3.1 研究内容
• 1.3.2 研究方法
• 第2章 6B 燃气轮机发电机组及其轴系结构
• 2.1 6B 燃气轮机发电机组
• 2.1.1 6B 燃气轮机及配套发电机
• 2.1.2 6B 燃气轮机发电机组及联合循环
• 2.2 6B 燃气轮机发电机组轴系结构
• 2.2.1 6B 燃气轮机转子
• 2.2.2 联轴器和负荷齿轮箱
• 2.2.3 发电机转子
• 2.3 本章小结
• 第3章 轴系动力学建模
• 3.1 燃气轮机拉杆转子建模
• 3.1.1 自由-自由状态的模态测试
• 3.1.2 整体模型的有限元模态分析
• 3.1.3 接触模型的有限元模态分析
• 3.2 径向滑动轴承建模
• 3.3 联轴器及负荷齿轮箱高速轴建模
• 3.3.1 联轴器建模
• 3.3.2 负荷齿轮箱高速轴建模及有限元模态分析
• 3.4 本章小结
• 第4章 燃气轮机转子温度场对临界转速的影响
• 4.1 对流换热边界条件及转子温度场
• 4.2 转子温度场对其临界转速的影响
• 4.3 本章小结
• 第5章 轴系动力学特性计算
• 5.1 轴系横向弯曲动力学理论
• 5.1.1 轴系临界转速和不平衡响应
• 5.1.2 轴系稳定性
• 5.1.3 有限元法与轴系横向弯曲动力学特性计算
• 5.2 轴系不平衡响应计算
• 5.3 轴系临界转速及稳定性的计算
• 5.4 轴系扭振固有频率的计算
• 5.5 本章小结
• 第6章 总结与展望
• 6.1 总结
• 6.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 个人简历、在学期间发表的学术论文与研究成果