大型汽轮发电机组轴系扭振

《大型汽轮发电机组轴系扭振》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、大型汽轮发电机组轴系扭振顾煜炯教授、博士华北电力大学（北京）TEL：010-80798560FAX：010-51963906MOB：13701250809Email：guyujiong@263.net扭转振动现象扭转振动是旋转机械中普遍存在的一种特殊形式的机械振动，它本质上是由于转子并非绝对刚体，而存在弹性，因而在以平均速度的旋转过程中，各弹性部件间会因各种原因而产生不同大小、不同相位的瞬时速度起伏，形成沿旋转方向的来回扭动(形象地说，就象来回扭“麻花”)。显然，这种振动形式将引起材料内部的切向交变扭应力。若扭动幅度过大，剪切应力超过弹性限度，材料就会产生疲劳积累；当疲劳积累到寿命时材

2、料就会开始出现裂纹，裂纹逐渐发展，终将导致材料断裂的恶性事故。这对一些重要的设备，如大型汽轮发电机、大型船舶、机车、大型轧钢设备等所产生的后果和损失是不堪设想、无法估计的。扭转振动现象的特点（1）普遍性：凡是较大型、结构复杂的旋转机械转子，都或多或少、或强或弱、或持续或短暂地发生扭转振动。它可能由于机械也可能由于电气方面的原因引起；可能来源于动力，也可能来源于负载方面的任何不稳定过程；可能是由交变的激励力矩引起的强迫振动，也可能是由于阶跃或脉冲激励引起的自由振动。但它不象一般弯曲振动，只要从机械方面着手，找到了其不平衡、不对称等毛病，振动往往就可消除。（2）潜伏性：旋转机械转子的扭转振

3、动大多是各种干扰引起的短暂过程(当然也有持续作用的干扰引起的持续性强迫振动，如汽轮发电机的次同步振动，由于三相负荷不平衡形成的负序电流引起的二倍电网频率的扭转振动等)，没有专门的扭转振动监测仪一般是无法发现的；造成的“暗伤”也难以觉察出来。此外，扭转振动往往会引发其它形式的振动，这就更会掩盖其存在，而引起误判。（3）事故的突发性：只要扭转振动造成的疲劳积累一次一次地加强，形成裂纹、切口，并逐渐扩展，总有一天将造成转子的断裂和崩溃。而在此之前可能毫无症候，或不易被觉察。（4）事故的严重性：扭转振动事故爆发后，其后果往往都是毁灭性的恶性事故，损失极为惨重。内容安排一、大机组轴系扭振的基本概

4、念二、机电系统扰动的类型三、轴系扭振的基本形式四、电力系统动态分析用的发电机数学模型五、汽轮发电机组轴系扭振模型及其算法六、汽轮发电机组轴系扭振疲劳分析七、汽轮发电机组轴系扭振的监测与分析八、预防和抑制机组轴系扭振的措施和对策九、汽轮发电机组轴系扭振监测与远程诊断系统概念：大型汽轮发电机组轴系扭振（简称大机组轴系扭振）系指因机电扰动或非正常运行方式产生的轴系扭转振动，严重时可使轴系的某些截面或联轴节处产生过大的交变扭应力，导致轴系的冲击性或疲劳累积性损坏，直接威胁机组的安全运行。特征：大电网和大机组相互配合、作用与协调中出现的突出问题，涉及电力系统、电机、汽轮机、自动控制、力学、材料等

5、多个专业学科，研究难度较大；其危害具有潜伏性，容易被忽视、不觉察、不理解、不承认，因而一直未引起人们的重视。直到七十年代前期，美国Mohave电站于1970年和1971年连续两次发生由次同步谐振导致的重大扭振事故，迫使美国及西欧一些国家率先开始这一问题的研究，并开始引起普遍重视。一、大机组轴系扭振的基本概念轴系扭振案例据统计，国内外在1969~1988年间因轴系扭振引起的机组损伤事故达30多起，涉及50MW~900MW的机组。举例：1984年山西神头电厂一台苏制200MW机组，快关试验后发现高中压转子靠背轮上的七只螺栓断裂，全部更新后于1986年因事故甩负荷又一次造成八只螺栓断裂，其中

6、不少断口带有明显的扭转疲劳痕迹。1984年辽宁朝阳电厂一台国产200MW机组大修时也发现高中压转子的联轴节螺栓断三只、裂二只。江西分宜电厂一台50MW机组也在同年因一次接地短路而造成轴系和叶片严重损坏。台湾核电三厂一台900MW机组因系统和轴系形成机电共振而导致叶片脱落，引起火灾，损失严重。结论：客观上无法避免的各种机电扰动和非正常运行方式，均可能导致轴系扭振，严重威胁机组的安全运行和使用寿命；因此，国内外普遍重视轴系扭振问题，并投入了大量的人力与物力进行理论与试验研究。通过二十多年的努力，迄今带有普遍性的问题已基本解决。目前，大机组轴系扭振的研究重点已转向切合实际的轴系扭振疲劳寿命损

7、耗的准确确定、在线监测装置性能的进一步改进、利用控制与调节手段抑制和消除轴系扭振以及轴系扭振标准的制定等。国内在这一领域的研究工作起始于1983年。大机组轴系扭振问题已得到电力和机械制造部门的重视，并多次下达文件、召开有关会议，积极推动和支持大电网下机组与电力系统之间的相互作用和协调问题的研究。机械电子工业部曾明文建议在100MW以上大型汽轮发电机组“使用扭振监测装置及扭振寿命管理装置”。二、机电系统扰动类型一方面单机容量不断增大，功率密度亦相