大型汽轮发电机组动静碰摩故障诊断研究

华北电力大学（保定）硕士学位论文大型汽轮发电机组动静碰摩故障诊断研究姓名：高翔申请学位级别：硕士专业：机械电子工程指导教师：王秉仁;卢盛阳20081220大型汽轮发电机组动静碰摩故障诊断研究作者：高翔学位授予单位：华北电力大学(保定)相似文献(5条)1.学位论文陈亚哲碰摩故障转子的非线性动力学分析2006旋转机械是指大型汽轮发电机组、水轮发电机组、核电机组、航空航天发动机、高速压缩机、离心机、离心泵和高精度机床等以转子系统为工作主体的机械设备，它们广泛地应用于电力、石化、冶金、机械、航空等各工业部门。大型旋转机械是一个复杂的多自由度非线性振动系统，常常由于出现各种不同形式的故障而影响其正常工作，有时甚至会发生由某些故障引发的严重的机毁人亡事故，并造成重大的经济损失。近些年来，由于旋转机械故障而引发的灾难性事故时有发生，为满足工程实际对故障诊断的需要，有必要对带有故障的旋转机械从动力学方面进行深入的研究探讨。本文主要研究了基于Jeffcott等较简单的两端支承中间为集中质量的转子模型和复杂转子系统的碰摩故障。并且利用实验室中的现有设备做了相关实验。本文的主要工作表现在以下几个方面：(1)介绍了本文研究的目的和意义及非线性问题的研究方法，分别给出了集中质量转子和复杂转子系统非线性动力学的国内外研究现状。并且简单介绍了分岔和混沌的基本概念。(2)介绍了现代接触力学的基本理论及求解接触问题的非线性有限元方法，给出了判断转静件碰摩的接触准则。(3)分别建立了集中质量转子系统和复杂转子系统的力学模型和有限元模型，用非线性有限元方法研究了碰摩情况下转子系统的动力学特性，并考察了碰摩刚度、碰摩间隙等参数的影响。(4)应用实验室的转子实验台、VSO采集测试分析系统和碰摩专用装置，分别做了单盘转子系统的单点碰摩故障实验和单盘转子系统的整周碰摩故障实验，通过实验数据得到了相关结论，并且进行了误差分析。2.学位论文沈小要超超临界汽轮机组转子系统振动特性及若干故障转子非线性特性的研究2007随着我国电力工业结构的调整，研制、生产和发展超超临界等大型汽轮发电机组是节约能源、改善环保、提高发电效率、降低发电成本的必然趋势。但汽轮机蒸汽参数的提高，密封间隙的减小，增大了汽轮机转子密封间产生的密封力，同时由于采用滑动轴承而引起的油膜力，使超超临界汽轮机组转子系统发生失稳的问题越发严重。由于密封间隙的减小，增大了转子与密封间发生碰摩故障的可能性。碰摩过程中产生大量的热量，严重的可以造成转轴发生永久弯曲，这种弯曲又进一步加剧了碰摩的程度。在实际的大型汽轮发电机组中，由于转子质量不平衡和外激励等因素的存在而导致转子系统发生弯扭耦合振动问题更加突出，使系统振动表现出复杂的非线性特征，进一步增加了转子系统失稳的可能性。本文针对以上问题开展了研究，研究内容和成果如下：⑴针对大型汽轮机组中密封力和油膜力联合作用引起的轴系流体失稳问题，基于有限元法，开发了能够计入密封力和油膜力等因素的大型汽轮机组轴系动力学特性和稳定性分析软件。该软件可以计算轴系各阶振型与临界转速，进行系统稳定性的分析。利用该软件研究了国产1000MW超超临界汽轮机组轴系的振动特性，解决了该机组稳定性分析这一实际问题。计算结果表明：密封力对超超临界汽轮机轴系的影响，主要集中在高压和中压轴段；且使对数衰减率显著减小，表明由于密封力的影响，系统稳定性下降。⑵对密封力和油膜力作用下转子轴承密封系统的振动特征和稳定性进行了试验研究。在国内首次建立了高压比、高转速的转子轴承迷宫密封系统模拟试验台，其关键参数与实际汽轮机保持一致。利用该试验台，得到了系统的第一阶临界转速，研究了系统由于油膜涡动和油膜振荡而导致系统失稳的过程，分析了密封力对转子系统稳定性的影响。同时，采用所开发的软件，对试验台的转子系统进行了理论研究。理论计算结果和试验结果基本吻合，证明了开发软件的正确性。结果表明对于试验台转子系统：密封力降低了系统的临界转速，随着气体压力的升高，临界转速进一步下降；系统因为油膜涡动和油膜振荡失稳，而密封力降低了系统的失稳转速，随着气体压力的升高，系统的失稳转速进一步减小。⑶进而将试验台转子系统简化为Jeffcott转子，采用短轴承理论建立了油膜力的非线性模型，采用Muszynska模型得到了非线性的密封力，建立了考虑油膜力和密封力的转子轴承密封系统非线性方程。通过数值仿真研究了系统参数如转子转速、密封间隙、密封压差和系统阻尼等对系统非线性特性和稳定性的影响。并将非线性分析的理论结果与试验结果进行了比较，结果基本吻合。⑷针对实际汽轮机组中广泛存在的初始弯曲故障和碰摩故障展开了理论研究。首先研究了具有初始弯曲的转子系统发生碰摩的条件，引入了判断碰摩发生的碰摩因子，计算了碰摩开始的起始转速。基于d'Alembert原理，建立了含初始弯曲的不平衡Jeffcott转子系统动力学方程，通过解析方法，分析了质量偏心量、初始弯曲长度、转子阻尼系数等对碰摩因子和碰摩起始转速的影响。然后建立了具有初始弯曲的碰摩转子轴承系统模型；考虑了非线性的油膜力和碰摩力模型，得到了相应的非线性方程。通过数值仿真，研究了系统参数如转子转速、初始弯曲长度等对于系统非线性特性的影响。发现系统具有丰富的周期、拟周期和混沌运动形式。同时发现，初始弯曲的存在较大地改变了系统发生碰摩的转速，改变了碰摩发生后转子运动形式和系统进入或离开混动的方式。⑸应用Lagrange方程建立了转子弯扭耦合振动模型，考虑了六个方向的自由度。分析了两种转子不平衡的作用，即静不平衡和动不平衡，同时考虑了重力和陀螺效应的影响。建立了在外激励力和激励扭矩作用下、考虑重力和陀螺效应的不平衡转子系统弯扭耦合振动的非线性方程。通过数值仿真求解了系统的数值解，分析了该类转子系统弯扭耦合振动的非线性特性。3.学位论文陈宏带故障悬臂转子系统若干非线性动力学问题的研究2004旋转机械是指大型汽轮发电机组、水轮发电机组、核电机组、航空航天发动机、高速压缩机、离心机、离心泵和高精度机床等以转子系统为工作主体的机械设备，它们广泛地应用于电力、石化、冶金、机械、航空等各工业部门。大型旋转机械是一个复杂的多自由度非线性振动系统，常常由于出现各种不同形式的故障而影响其正常工作，有时甚至会发生由某些故障引发的严重的机毁人亡事故，并造成重大的经济损失。悬臂式旋转机械在工程中有着较为广泛的应用，例如，核电站冷却剂泵、大型轴流通风机、低扬程大流量轴流水泵机组等，都是悬臂式旋转机械。以前对于带故障旋转机械动力学特性的研究，主要是基于Jeffcott等较简单的两端支承中间为集中质量的转子模型，对于悬臂转子系统的动力学特性的研究较少，而实际中悬臂部分往往是重要的工作部件，因此研究悬臂部分在各种故障情况下的动力学特性具有重要的理论意义和工程实用价值。本文以带故障的悬臂式旋转机械转子系统为主要研究对象，首先介绍了现代接触力学的基本理论及接触问题的非线性有限元解法，然后针对悬臂式旋转机械，建立了一个双盘悬臂转子-轴承系统的力学模型，根据碰摩、松动等故障的接触本质，用非线性有限元方法研究了考虑碰摩故障、松动故障以及碰摩-松动耦合故障的双盘悬臂转子-轴承系统的动力学特性，并对双盘悬臂转子-轴承系统的若干故障进行了试验研究，最后用非线性有限元方法研究了带有碰摩故障的某核电站主泵转子系统的动力学特性，本文的主要工作表现在以下几个方面：1.介绍了现代接触力学的基本理论及求解接触问题的非线性有限元方法，并用Jeffcott碰摩转子系统验证了用非线性有限元方法研究碰摩问题的可行性及有效性。2.建立了双盘立式悬臂碰摩转子-轴承系统的力学模型和有限元模型，用非线性有限元方法研究了单点碰摩和不定点碰摩两种碰摩情况下转子系统的动力学特性，并考察了碰摩刚度、碰摩间隙、碰摩位置、偏心量等参数的影响，研究发现在发生单点碰摩时，都是发生碰摩的圆盘的响应谱频率成分最多，而没有碰摩的响应谱频率成分较少，而且不管是碰摩在哪个圆盘上发生，都是中间圆盘的运动轨迹先发生反进动。3.建立了考虑一端支座松动故障的双盘立式悬臂转子系统的力学模型和有限元模型，并用非线性有限元方法研究了松动刚度、松动间隙和不同支座松动时系统的动力学特性和故障特征，研究表明支座松动较轻时，松动位置处响应谱上主要出现丰富的2倍、3倍、4倍等工频的整数倍频率成分，转子圆盘处运动变化不大；而当松动较严重时，松动位置处的响应谱上出现工频的分数倍频率成分，此时转子圆盘处的运动受支座松动的影响较大。4.建立了考虑松动-碰摩耦合故障的双盘悬臂立式转子-轴承系统的力学模型和有限元模型，并基于非线性有限元方法和接触理论研究了松动刚度和碰摩间隙两个重要参数对悬臂盘碰摩和靠近悬臂盘一端轴承发生松动的转子系统动力学特性的影响，研究结果表明，转静件碰摩能够减小松动引起的低频振动，而支座松动产生的碰摩具有明显的方向性。5.对双盘悬臂转子系统的碰摩、裂纹单一故障和碰摩-裂纹耦合故障进行了试验研究，研究发现，以碰为主的碰摩行为只会产生工频的2倍频、3倍频等一些高频成分，碰摩时位移具有突变特征，以摩擦为主的碰摩特点是会出现1/2、1/3、等分频频率成分和2倍、3倍等倍频频率成分。研究还发现碰摩故障具有局部特征，而裂纹则具有全局特征。6.建立了某核电站冷却剂泵的转子-轴承系统的有限元模型，并研究了该转子-轴承系统在发生碰摩故障时系统的动力学特性，研究结果证明了用非线性有限元方法研究带故障复杂转子系统非线性动力学问题的可行性和有效性。4.期刊论文王秉仁.高翔.卢盛阳.WANGBing-ten.GAOXiang.LUSheng-yang大型汽轮发电机组动静碰摩故障特征分析与现场处理-汽轮机技术2008,50(6)介绍了大型汽轮发电机组动静碰摩产生的原因以及振动信号的特征,并结合现场启机过程中发生碰摩的实际数据,给出了现场动静碰摩故障振动特征信号及诊断处理方法.5.学位论文彭泽军大型机组轴承负荷异常诊断及其Internet调用方法研究2002本文分析了汽轮发电机组轴系的动力特性，建立了大型汽轮发电机组轴承负荷分配计算的矩阵方程，该方程可用于计算轴承的负荷，并用实例说明了求解方法，该方程可推广到求解多支承转子—轴承系统的轴承负荷分配，对200MW机组、300MW机组、600MW机组进行了分析计算，结果表明理论计算和实际情况一致。讨论了轴承负荷敏感度计算方法和标高敏感度计算方法，建立了轴承负荷敏感度矩阵和标高敏感度矩阵，该方程可推广到求解多支承转子—轴承系统的轴承负荷敏感度和标高敏感度，利用该负荷敏感度矩阵和标高敏感度矩阵对轴承负荷分析所得的结论与实际情况一致。编写了轴承负荷计算和轴承负荷敏感度计算程序，论述了基于网络的异地调用的思想及理论方法，实现了基于网络的异地调用。研制了多支承转子-轴承系统试验台，并进行了多支承转子—轴承系统负荷试验。试验结果表明：该方法满足工程测试要求，能实时测试各支承负荷及其变化，可运用于现场进行汽轮发电机组轴承负荷在线监测。测得了各支承负荷特性、轴的转速、轴承座振动、轴的振动、轴心轨迹等数据信号，综合分析了信号特征，判定为严重碰摩故障，与停机检查实际情况相当吻合。本文链接：授权使用：上海海事大学(wflshyxy)，授权号：0850d7e5-daeb-468e-8245-9de300ca911a下载时间：2010年8月31日