不平衡质量对转子临界转速影响分析.pdf

第15卷第3期工程学院学报（自然科学版）Vol.15No.32019年7月JournalofShenyangInstituteofEngineering（NaturalScience）Jul.2019DOI：10.13888/j.cnki.jsie（ns）.2019.03.006不平衡质量对转子临界转速影响分析孟召军a，刘彦良b，孙鑫b（沈阳工程学院a.能源与动力学院；b.研究生部，辽宁沈阳110136）摘要：以某亚临界300WM机组汽轮机高、中压转子的结构特点为研究对象，在中压缸转子各级相同直径位置处分别添加相同质量块模拟转子质量的不平衡，并通过有限元软件ANSYS对该转子的振动进行模态分析，分别计算得出该转子的前2阶固有频率及其临界转速。结果显示：中压缸不平衡质量块从首级偏移至末级的过程中，临界转速逐渐减小，其中不平衡质量在前三级对临界转速的影响最为明显。该研究结果对预测引起机组振动的转子不平衡质量具体位置有一定的指导意义。关键词：电厂汽轮机；故障诊断；振动故障；ANSYS模态分析中图分类号：TK263.6+1文献标识码：A文章编号：1673-1603（2019）03-0219-04当今，火力发电厂向着大容量、高参数趋势发汽轮机组进行仿真计算［2-3］。本文针对汽轮机故障展，机组的稳定运行和集中控制水平要求非常高。诊断中不平衡质量对转子振动响应这一方面做出汽轮发电机组是火力发电厂的核心设备，其运行可研究，通过有限元法，结合模态分析理论［4］，对某亚靠性将直接影响全厂的安全性和经济性［1］。由于临界300MW机组的汽轮机高、中压转子振动进行汽轮机转子在工作时承受机械应力、热应力、离心分析，将具体故障以临界转速改变的形式加以显力等强度载荷的作用造成轴系不平而在设备运行示。在转子的不同位置添加不平衡质量块，比较不时常会发生转子振动，振幅会随转子转速和负荷升同的不平衡重量对于转子各阶模态及临界转速所高而呈线性增大，直接影响机组正常运行，处理不产生的影响，将求解的临界转速与故障机组实际临当将造成机组动静碰磨，甚至造成转子大轴弯曲。界转速进行比对进而判断出机组转子不平衡质量所以，如何确定轴系不平衡的位置是汽轮机转子故位置所在，减少机组启动次数，实现不必在现场即障诊断的关键。可找出不平衡产生的原因。有限元法是近几十年发展起来的一种数值计1计算模型算方法，它是一种根据变分原理求解物理问题的算法。伴随着电子计算机的普及，出现了有限元分析1.1计算模型的选取软件。利用有限元软件可以迅速准确地对运行的某厂300WM一次中间再热、凝汽式、单轴、三收稿日期：2019-03-20基金项目：辽宁省教育厅项目（L201608）作者简介：孟召军（1970-），男，辽宁凌源人，副教授，硕士生导师，硕士，主要从事汽轮机故障诊断与性能优化方面的研究。Copyright©博看网·220·沈阳工程学院学报（自然科学版）第15卷缸三排气的汽轮机型号是N300/16.7/537/537，其度为256.0mm，中压缸第一级叶片长度为376.0mm，高、中压转子本体结构如图1所示，材料物性参数中压缸末级叶片长度为581.0mm。由于着重分析如表1所示。转子本体总长为7868.5mm，为整锻转运行时转子质量不平衡对转子本身造成的影响，所子，无中心孔转子所用材料为改良型30Cr1Mo1V［5-6］，以将模型简化成大轴和圆盘，并在某一位置加上不材料的物理性能参数如表1所示。平衡质量块，模型建立完成后如图2所示。1.2汽轮机转子有限元模型的建立模型建立好后，对其进行有限元网格划分，网格的划分结果如图3所示，其中网格数量为51220利用数值仿真有限元软件ANSYS对转子进行个，节点数为171319。三维模型的建立，采用整锻转子结构，转子全长7868.5mm，轴承间距为6100.0mm，调节级叶片长图1300MW机组汽轮机高、中压转子结构图2300WM机组汽轮机高、中压转子三维模型图3300WM机组汽轮机高、中压转子模型网格划分表1300WM机组汽轮机高、中压转子的材料物性参数弹性模量E最大抗拉强度长度膨胀系数β屈服极限S02材料比υ/GPa/GPa（/kg·m-3）（/106℃）-1/MPa结构钢2000.311007868.512210{x''}+[K]{x}={0}（1）1.3模态分析原理及边界条件结构的自由振动为简谐振动，即位移为正弦对汽轮机转子进行模态分析的目的主要是为函数：了转子系统的振动特性，其振动模态是转子结构所y=asin(ωt)（2）固有的特性［7］。转子的模态分析主要包括转子的将式（1）代入式（2）得固有频率和对应的临界转速［8］。模态分析属于线([K]-ω2[M]){x}=0（3）性分析，但材料具有线性、非线性、恒定或与温度相关的性质［9］。其中，无阻尼模态分析