[发明专利]汽轮发电机组轴系扭振的分析方法

说明书

技术领域

本发明属于电力和大型回转机械制造技术领域，尤其涉及一种汽轮发电机组轴系扭振的分析方法。

背景技术

随着我国电力事业的发展，近年来国家兴建的火电厂装机容量不断增大，机组轴系长度增加，使得轴系横截面积相对下降，汽轮发电机组轴系不能再视为转动刚体，而应作为一个复杂的弹性连续体进行研究。与此同时，“坑口”电站日益增多，电厂与负荷中心的距离越来越远，输电网容量也不断扩大，电网的控制系统也使系统变得复杂，这使得诱发机组轴系扭振的因素日益增加。因此，扭振成为影响机组安全运行的主要问题之一。由于因扭振而造成的轴系损伤具有很大的隐蔽性。一旦由于扭振带来的轴系疲劳积累到一定程度，就可能导致轴系断裂、崩溃，其后果是灾难性的，损失也将极为惨重。可见，对汽轮发电机组轴系扭振进行分析，保证机组的安全经济运行，是非常必要和重要的。在扭振分析中，建模与动态响应计算是很重要的环节，轴系模化结果以及计算结果的精确程度直接影响分析结果，从而影响对机组的运行决策。

自1971年美国Mohave电站发生事故以来，美国、德国、日本等工业发达国家相继展开对汽轮发电机组轴系扭振的研究，已经取得了显著成效。国内在这方面的研究起步较晚，自20世纪80年代以来，发生了一系列由机组轴系扭振引起的部件损坏事故。自此之后，国内进行了大量的扭振研究，研究的主要方向是轴系扭振产生的机理、轴系扭振故有频率计算、扭振监测以及寿命损耗计算等。

常用的扭振力学模型有两种，一种是连续质量模型，又称分布质量模型，是利用有限元法将轴系离散表示成有限结构元素进行连续性分析，此方法有较高的精度，但是占用大量的计算机内存及运算时间，所以并没有被广泛采用；另一种是集中质量模型，即通常所说的质量-弹簧模型，是由一连串具有转动惯量的集中质量块和无质量但具有一定刚度的弹簧连接的系统。按照划分质量块的多少，集中质量模型又可以分为简单集中质量模型和多段集中质量模型，简单集中质量模型精度不够，只能用来做定性分析，而多段集中质量模型有较高的精度，计算过程也很简便，所以被广泛采用。无论是何种模型，对转子轮盘上叶片的模化是必不可少的。目前国内对叶片转动惯量的计算并没有一个精确的方法，如果计算不准确，对轴系扭振特性分析有很大影响。

汽轮发电机组扭振分析可分为稳定性分析和动态响应分析两种。稳定性分析的方法包括特征根分析法、等值阻抗法、复力矩系数法和传递矩阵法。扭振的响应计算是扭振分析的一个重要环节，包括计算各个瞬时轴系上各个结点的扭角、角速度和角加速度响应等。动态响应分析主要使用时域仿真法，计算中必须考虑系统的强非线性，与数值积分法或逐步积分法结合求解。

发明内容

本发明的目的在于，提出一种汽轮发电机组轴系扭振的分析方法，解决目前使用的汽轮发电机组轴系扭振分析方法中，叶片转动惯量计算不准确和动态响应分析计算中非线性因素考虑不全面的问题。

本发明的技术方案是，一种汽轮发电机组轴系扭振的分析方法，其特征是所述分析方法包括下列步骤：

步骤1：进行轴系本体分段，确定每一轴段外径、内径和轴段长度；

步骤2：计算轴系当量参数，包括每一轴段的转动惯量和刚度；

步骤3：采用有限积分法计算叶片的转动惯量；

步骤4：将分段后的轴系，模化成为集中质量块-弹簧模型；

步骤5：计算轴系扭振模型外力矩；

步骤6：采用Newmark-β法和Riccati增量传递矩阵法计算轴系扭振响应。

所述转动惯量计算公式为：I=∫R2dm=ρ∫r1r2πR4dr,]]>其中：R为半径；ρ为材料密度；r₁、r₂分别为轴段的内外半径。