一种汽轮发电机组轴系扭振疲劳损伤估算方法

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1、第57卷第4期汽轮机技术Vo1．57No．42015年8月TURBINETECHNOLOGYAug．2015一种汽轮发电机组轴系扭振疲劳损伤的估算方法卓华，鲁录义，王坤，吕方明，张成(1国华电力公司，北京100025；2华中科技大学能源与动力工程学院，武汉430074)摘要：采用传统轴系扭振模型对大型机组轴系扭振损伤进行评估，由于研究方法和模型简化等因素影响，导致其对轴系扭振及疲劳损伤评估的效果并不理想。通过对机头实测扭角信号进行分解，并结合全尺寸轴系有限元扭振模态分析及非线性接触和塑性分析方法，提出了一种基于实时录波数据的轴系扭振损伤评估方法，为电厂轴

2、系扭振寿命快速、准确评估提供支持。关键词：扭振；疲劳寿命；模态分析分类号：TK288文献标识码：A文章编号：1001-5884(2015)04—0313-04ADamageAssessmentMethod0nTorsionalVibrationofLargeSteamRotors‘withTSRWaveformRecordandFEMZHU0Hua，LULu．yi，WANGKun，LVFang．ming=ZhangCheng~，(1GuohuaElectricPowerCompanyLimited，Beijing100025，China；2Huazhon

3、gUniversityofScienceandTechnology，Wuhan430074，China)Abstract：Basedontheoreticalmodelingwithpa~ialdifferentialequationsorsimplifying，somemethodswereproposedtopredictthetorsionalvibrationfeaturesofthelargesteamrotors．Duetoinherentdeficiencyofthismothods，thereisadisadvantagetoapplyt

4、hem．Inthispaper，astudyonthemethodwhichcanbeusedtoassessfatiguedamageofturbineshaftswasproposedbasedontheTSRwaveformrecordandfull—sizeFEM．Inthismethod，themodalvibrationshapesofturbineshaftwereobtainedbyusingfullsize3DFEMmodel，andtheloadspectrumoffatiguedangerouspositionwereobtaine

5、dbyusingmodaldecomposition．Theresultsprovideabetterchoiceforthetorsionalfatiguedamagebothforon—lineandof-linesituation．Keywords：torsionalvibration：damageanalysis；modeanalysis由于转子体高速旋转，因此技术上较难直接、实时、就地0前言测量获得其应力应变值，一般情况下需要通过建立扭振数学模型。扭振数学模型包括机、电、网3大部分，细分为5个模汽轮发电机组单机功率的迅猛增长，轴系变得相对细块：

6、(1)汽轮发电机组轴系；(2)汽轮机及其调速系统；(3)发长；与此同时输电系统的大容量化、长距离化及电力系统结电机及其励磁调节系统；(4)电力网络；(5)机一网接口。其构的复杂化、电力负荷的多样化、新型输配电和控制技术的中，轴系模型与机网接口模型及算法是扭振模型的关键，其应用等，都极易诱发机网之间的各种耦合振动共振现象。它3个模型已发展比较完备，在一些行业标准或者权威文献大型机组转子轴系的扭振直接导致其危险部位的扭振发生中可找到经典模型结构和推荐模型数据参数“。考虑到过度疲劳损伤，对轴系发电机组安全性产生严重影响，国结构件的复杂性和应力集中的放大效应，可

7、以认为轴系准确内外已经有案例表明，由于机网次同步扭振最终导致了发电建模是进行扭振分析的关键之一，其精确性和简单实用性将机转子发生不可修复的损坏，给电厂业主带来严重的损大大提高这些模型的研究效率和研究准确度。失一。如能准确地评估汽轮机组轴系扭振疲劳损伤并及目前工程常用的轴系模型可分为两类：分布质量模型和时采取有效措施，将可避免灾难性后果的发生。目前对于汽集中质量模型。分布质量模型是汽轮发电机组轴系的精确轮机轴系寿命评估传统采用全寿命分析方法(S—N曲线描述，使用偏微分方程形式表示，能准确地计算轴系低阶频法)。全寿命分析法需要通过应力分布确定对象的危险部率和

8、高阶频率及振型，还可考虑叶片扰动特性对扭振的影位，并获得其载荷谱，而后根据Min