大型汽轮发电机组扭振的计算和测量.pdf

《大型汽轮发电机组扭振的计算和测量.pdf》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。

1、《东方电机》2013年第6期55大型汽轮发电机组扭振的计算和测量赵昌宗编译摘要大型汽轮发电机组的轴系可能由于发电机有效部件上出现的电磁扰动力矩，以及轴系的较低的阻尼而出现扭振，其共振状态可能导致很高的振幅。因此一些电站运行人员要求供货商提供轴系扭振固有频率的试验验证。本文介绍ABB公司开发的新的测量技术，它可以在仅仅一个测量平面上进行扭振测量。采用当代高灵敏度的传感器和现代测量数据分析装置，由电网中正常的随机扰动引起的激励可获得足够好的结果。对于感兴趣的频率范围，可获得精度达+/-0.2Hz的扭振固有频率，并可用计算的扭振固有频

2、率来标定。这一新的测量技术对电厂的正常运行不会带来任何限制。关键词汽轮发电机扭振计算测量1引言必须考虑以下因素：（1）扭振是叠加在轴系的连续旋转上的，与不功率为100MW以及更高的大型汽轮发电机旋转部件，如定子机座，没有关系。组由一个或多个蒸汽轮机（高压、中压、低压）和汽（2）在单一轴系中的扭振与轴的横向振动没有轮发电机组成，它们之间没有变速箱，刚性地连接联系。成为一个单一的轴系。根据电网频率（50Hz或（3）扭转位移量很小（小于0.002弧度，即小于60Hz）和发电机的极数（2极或4极），轴系的额定0.1度）,因此正常运行时，

3、轴颈上的扭转动态应力转速频率等于1倍或0.5倍电网频率。也很小。在发电机有效部件上产生的1倍和2倍电网（4）扭转阻尼（轴的材料阻尼）很低，轴的扭转频率的电气扰动转矩可能在大型汽轮发电机的轴模态的临界阻尼比大约为0.1%。很低的阻尼使共系上形成扭振。这一转矩的幅值可能很高（如在短振时出现尖峰，其放大倍数超过300，因此很容易时短路故障），而在长期运行中则比较低。辨认出固有频率。在扭振固有频率接近两倍电网频率（即共振）（5）轴的扭振既感觉不到，也听不到。时，由负序电流产生的轴系扭振会导致汽轮机叶片（6）扭振在实际上对轴系条件的改变（

4、如小的损坏。不平衡）不敏感，因为将扭振监测作为汽轮机轴系鉴于此，ABB公司在汽轮发电机轴系设计中合格工况控制是不合适的。的标准做法是：计算扭振固有频率及其对应振型，不得出现1或2倍电网频率共振；模拟极端的电气3动态特性扰动力矩，以验证轴颈的机械强度。一些电力部门也要求在电厂对汽轮发电机组扭振系统的特征决定于轴系分布的转动惯量轴系的扭振固有频率进行试验验证。和扭转刚度。转动惯量和扭转刚度沿轴系的整个长度会有很大变化（见图1）。2大型汽轮发电机组轴系了解轴系的转动惯量和扭转刚度沿轴系的分布，有助于解读汽轮发电机轴系的扭转振型。这一来

5、稿时间：2013—10《东方电机》2013年第6期577扭振的计算的外径和内径来表述。弹性模量按实际温度的函数来采用。汽轮机叶片模化成附加的质量转动惯汽轮发电机轴系（分段）的转动惯量和扭转刚量。度用大约200个一维线性有限元来表述（见图3）。计算结果的精度很大程度上取决于汽轮发电这些有限元单元在整个长度上具有恒定不变的特机轴系建模质量。例如，对于带有转子线圈和槽楔性。的发电机本体段的模化要采用特殊的专有技术。对于每一单元的转动惯量和扭转刚度用等效图3汽轮机低压转子的扭转模型8扭振固有频率和振型的计算表1典型的扭振振型分类振型阶振

6、型振型描述扭振固有频率和振型采用前面图3中介绍的0全刚性轴系无变形模型来计算。由于轴系的阻尼很低而没有考虑。自刚性转子段上无可见扭转由的振动系统在0Hz有一个刚性实体的振型,对于1～3低阶≤30Hz变形，节点在转子段间更高固有频率的振型，振动节点数开始增加。例如转子段在单个转子段上4～6一台700MW汽轮发电机，典型的振型见图4和表1。30Hz～200Hz可见扭转变形扭转变形还出现在7～12高阶≥200HzHPIPLP1LP2GENEXCHPIPLP1LP2GENEXC刚性转子本体9扭振的影响汽轮发电机轴系扭振是与汽轮机长叶片的

7、振动相关联的。为了研究这一现象，采用了轴系和叶片关联的模型，其中每一叶片分别为10个单元组成的梁的模型，梁的模型与轴的模型连接。关联模型的自由度随所考虑叶片的附加自由度而增加。图4一台700MW汽轮发电机的1～12阶振型（见图1的说明）58《东方电机》2013年第6期10分析例子对一个带4级模化末级叶片的汽轮机轴系，分析其关联的轴-叶片模型，显示有两对关联的一阶叶片振型。一阶叶片振型中的一对（M1和M2）其叶片运动是与轴的扭转振动同相的，另外一对（M3和M4）则是反相的，见图5。图6无关联轴模型（左侧）和关联轴模型（右侧）的轴的

8、振型——频率——电网频率的交联振动可以忽略。对轴系和长叶片分别进行振动设计分析，可以得到要求的结果。图5非关联和关联的叶片自然频率M1～M411模拟电气故障——频率图6为不关联轴系模型和关联轴-叶片模型下，为了模拟发电机端两相短路故障，将一个动态低压汽轮机带最后