超临界机组振动问题分析及对策课件.ppt

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1、超临界压力汽轮机蒸汽激振问题分析及对策一、问题的提出1客观上大型汽轮机高压转子存在蒸汽激振的可能性◆蒸汽参数（温度、压力、密度、流速）的不断提高；◆密封间隙的减小；◆轴系柔性增加、临界转速降低及工作转速/临界转速比率增加。前两因素均引起蒸汽激振力的增大，且该不稳定力对转子动静间隙、密封结构以及转子对汽缸对中度的灵敏度提高，后一因素使转子-轴承系统振动稳定性下降。因而机组轴系存在蒸汽激振不稳定自激振动的可能。2国内外运行的超临界机组(包括一些亚临界机组）高压转子已有发生蒸汽激振故障的实例3蒸汽激振的危害◆过大的振动引起机组跳机；◆限制

2、了机组的负荷；◆低频振动对轴系机械的破坏性更大；◆处理麻烦，费时费力，且有时收不到较理想的效果。二、汽轮机蒸汽（间隙）激振的机理与特征1轴系振动稳定性概述1.1定义轴系振动稳定性属于自激振动的范畴。自激振动是指振动体自身所激励的振动，其与转子质量不平衡等无直接关系，而是由于机械振动系统内部的力激发起来的。维持自激振动的能量来源于系统在本身运动中获取的能量。系统一旦失稳，振幅将随时间迅速发散（线性系统）或呈极限环轨迹（非线性系统）。1.2汽轮发电机组的常出现的自激振动1.2.1油膜涡动和油膜振荡汽轮发电机组自激振动大多由支持轴承的油膜失

3、稳造成的。油膜涡动是油膜力激发的振动，此时正常运行条件的改变（如倾角和偏心率）引起油楔“推动”转轴在轴承中运动，因而在旋转方向产生的不稳定力使转子发生涡动（或正向进动）。如果系统内存在足够大的阻尼，则转轴回到其正常位置，变得稳定；否则，转子将继续涡动，出现较大的不稳定振动。因其出现时的振动频率为同步振动频率的40％～48％，接近转速频率的一半，也常称为油膜半速涡动。当机器出现油膜涡动不稳定，而且油膜涡动频率等于系统的某一阶固有频率时就会发生油膜振荡。通常油膜涡动产生原因如下：◆其过大的轴承磨损或间隙；◆不合适的轴承设计；◆润滑油参数

4、的改变；◆轴承承载的变化等。油膜涡动和油膜振荡的振动特征：◆振动具有突发性，且与运行转速有关；◆振动的消失具有一定的滞后性；◆通常先发生油膜涡动，后发生油膜振荡；◆油膜涡动振动频率接近转速频率的一半，油膜振荡频率等于转子系统的一阶固有频率；◆通常一旦发生油膜振荡，无论转速继续升至多少，涡动频率将总保持为转子一阶临界转速频率。消除和减小油膜涡动和油膜振荡的措施：◆改变轴承型式；◆增大轴承比压；◆降低润滑油的黏度；◆减小轴承顶隙等。1.2.2蒸汽激振1958年德国Thomas在研究蒸汽轮机时首先提出。1965年美国Alford在研究航空发

5、动机稳定性时也指出该问题。2蒸汽激振机理2.1叶顶间隙激振力叶轮偏心时，蒸汽在不同间隙位置处的泄露量不同，使作用在各个叶轮的圆周切向力不同产生一作用于叶轮中心的横向力（合力）。该横向力垂直于叶轮中心偏移方向，将给转子运动输入能量，而形成涡动。在一个振动周期内，当系统阻尼消耗的能量损失小于横向力所做的功，这种振动就会被激发产生自激振动。叶顶间隙激振力通常称为Alford力，其大小与间隙激振因子和偏心率成正比。叶顶间隙激振因子大小与叶轮的级功率成正比，与动叶的平均节径、高度和工作转速成反比。其数学表达式如下：对于带有围带汽封的动叶，该间隙

6、激振因子因围带汽封蒸汽的不均匀流动产生附加力而有所放大，尤其是反动度较小的冲动式汽轮机，间隙激振因子较反动式汽轮机大2-4倍。β为蒸汽泄露损失系数，其正比与级的等熵焓降的变化，一般要通过实物机组试验来获得。2.2密封流体力由于转子的动态偏心，引起密封封腔室中蒸汽压力分布的不均匀，其结果产生一垂直于转子偏移方向的合力。与前者一样，该横向力使转子运动趋于不稳定。在密封中蒸汽产生的动力特性数学描述较为复杂，根据国内外研究一般认为密封的该横向力是由以下几种效应引起的：●Lomarkin效应●气体弹性(Alford)效应；●轴承气体摩擦和气体惯

7、性效应；●螺旋流效应；●二次流效应；●三维流效应等。研究表明，在不同的部位产生的蒸汽激振力的机理不同。在高、中压转子的密封间隙处（主要指围带密封处，该处汽流的流速较高）主要由螺旋流效应引起的，密封力形成源于高速旋转的转子对密封中蒸汽介质的吸卷作用。当转子在密封中的偏心运动为相对于几何中心的小偏心运动时，其动态力可简化用类似于描述轴承动力特性的4个弹性系数和4个阻尼系数表示：该密封动态力的大小与密封进出口汽流参数、密封的结构参数、密封的间隙及转子在密封中的偏心运动有关。在转子端部轴封处和隔板密封处的间隙激振力主要是由于气体弹性效应和二次

8、流效应引起的。当转子存在偏心和倾角时，在汽机端部将产生气体弹性效应和二次流效应，其中气体弹性效应只有在汽封齿进口间隙大于汽封齿出口间隙（收敛型）时，才会导致“负阻尼”作功，转子趋于失稳；但当汽封齿进口间隙小于汽封齿出口间