[发明专利]一种通过调整轴承标高控制联合循环机组振动的优化方法

说明书

本发明公开了一种通过调整轴承标高控制联合循环机组振动的优化方法，包括1)子结构划分；2)轴承标高变化后的系数求解；3)利用系统矩阵快速算法确定建立任意转速下的运动方程；4)利用固定界面模态综合法进行自由度缩减；5)进行系统综合，建立缩减后的运动方程；6)针对缩减系统进行稳态响应求解；7)建立优化模型；8)采用遗传算法对优化模型进行求解。本发明开发了任意转速下的系统矩阵的快速算法，采用差分模型计算轴承参数，利用模态综合法进行自由度缩减，减少了对计算机资源的需求，同时提高了求解速度，最后采用遗传算法对优化模型进行了求解。该发明具有计算速度快、节约计算资源等优点。

技术领域

本发明属于透平机械转子轴承系统的数值模拟技术领域，具体涉及一种通过调整轴承标高控制联合循环机组振动的优化方法。

背景技术

在燃气-蒸汽联合循环供热机组中，为了使机组供热最大化，可采用SSS离合器技术，将其置于中压转子和低压转子之间。通过控制SSS离合器的啮合与分离，可以使机组在抽凝供热工况和被压供热工况间进行转换，其中SSS离合器分离对应凝气供热工况转背压供热工况，啮合对应背压供热工况转凝气供热工况。理论分析和试验研究表明，SSS离合器的存在会对燃气-蒸汽联合循环的轴系振动产生很大影响，轴系设计缺陷将会导致振动加剧，甚至损伤设备。因此，针对联合循环机组轴系，研究安装参数对轴系动力特性的影响，进而达到通过调整安装参数来抑制振动的目的，对燃气-蒸汽联合循环机组的振动安全性有着重要的影响。

传统的轴系动力特性模拟方法基于有限元计算方法，建立轴系有限元分析模型获得轴系振动响应曲线。由于非线性轴承油膜力的存在，传统的轴系计算方法无法模拟轴承标高对轴系振动特性的影响。此外，由于非对称电机转子的存在，有限元法必须建立三维整机模型，同时为了研究不同轴承标高下的多转速下的响应，需进行大量工况的计算才能获得轴承标高对机组的影响规律，这样的反复计算会加大对计算时间和计算机资源的需求。

发明内容

针对上述缺陷和不足，本发明的目的在于提供一种通过调整轴承标高控制联合循环机组振动的优化方法。本发明首先采用三维有限元模型对轴系进行建模，然后根据摄动原理将油膜力线性化，采用差分模型计算轴承的刚度和阻尼；其次采用模态综合法对建立轴系的等效缩减模型；最后进行不同轴承标高下的轴系动力特性计算，获得轴承标高对轴系动力特性的影响，为控制燃气-蒸汽联合循环供热机组的振动提供解决方案。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种通过调整轴承标高控制联合循环机组振动的优化方法，包括以下步骤：

1)以SSS离合器为界将轴系分为两部分并进行编号，靠近发电机的部分为第一子结构，远离发电机的部分为第二子结构；

2)依次抬高每个轴承，获得轴承标高变化前后的轴承载荷，计算标高变化后的轴承的刚度矩阵K和阻尼矩阵C；

3)分别建立第一子结构和第二子结构的三维有限元模型，分别获得其质量矩阵、阻尼矩阵和刚度矩阵，记为M₁，M₂，C₁，C₂，K₁，K₂；

4)采用模态综合法对第一子结构和第二子结构进行缩减，获得缩减后的质量矩阵、阻尼矩阵和刚度矩阵，记为

5)对缩减后的第一子结构和第二子结构进行综合，建立轴系等效缩减模型，综合后的质量矩阵、阻尼矩阵和刚度矩阵，记为

6)针对缩减系统进行多转速下振动响应求解，获得稳态响应；

7)以轴承标高配置方案为设计变量，建立约束条件，然后基于步骤5)和步骤6)所求的振动响应建立目标函数；

8)使用优化算法，对步骤7)中的目标函数进行优化，不断迭代得到最优解，即求出使得步骤6)中所求振动响应最小的轴承标高配置方案。