原创《汽轮机转子动力分析》：这篇汽轮机论文范文为免费优秀学术论文范文,可用于相关写作参考。
摘 要：汽轮机的发展非常迅速,转速越来越快,由于汽轮机转子的工作性质,温度在其复杂工况中处于重要的位置,温度的改变往往影响其他参数,揭示了汽轮机转子在动态载荷下位移随时间变化的规律,为汽轮机转子的稳定性分析和结构优化设计提供了依据.
关键词：汽轮机；转子；动力分析
DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.09.026
汽轮机技术的发展速度很快,运转的速度也大幅度加快,转子是决定汽轮机运转速度的关键, 我们要考虑到温度的改变对各个参数的影响.振动信号在复杂的运行状况中,起到决定性作用.从十九世纪中期就开始转子动力学研究,着重研究转子的寿命管理以及转子的热应力,故障分析,诊断,能够实现实时在线状态监测和故障分析.
1 国内外研究状况
转子动力环境考虑到高温、高压、高转速等不适宜环境下,是很难直接达到标准场,作为动力学的分支,转子动力学的蓬勃发展在也给汽轮机发展奠定良好基础.计算机转子温度及其热应力的方法很多,国外普遍采用的是一维数学模型或者场模拟的方法,甚至采用有限元计算和分析转子应力,处理转子表面的换热系数和金属材料的物理特性.转子承受周期性的温度变化和交变应力大,英国人Jeffcott在20世纪初提出转子的研究新模型.美国的GE,Lukas等研究了转子寿命损耗曲,振动监测、性能监测.在1978年日本研发出汽轮机自启动系统,这种自启动通过设定阀值比较,实现无损状态检修.一维解析模型分析空气动力学性能,叠加分段线性.在超临界转速状态下,用数值方法模拟电路温度场.温度的试探需要长期的研究.美、日、德在诊断和检修方面有长足的优势.
国内对转子应力的研究起步较晚,初期尝试有限元法、解析法等解析故障诊断系统,.一些尖端的科学家如孟光、顾家柳等,对转子力学做出前沿的巨大贡献.通过研究发达国家的各种先进技术,最早国内对汽轮机转子的不平衡和不对中等情况作出故障诊断.后来研发热应力在线监测系统,并投入使用到电厂,经过试验、完善计算程序的编程.对国产300MW型号的机器进行疲劳性和脆性的实验和检测,可以通过温度异常变化得到预警.清华大学王正的“什么是转子动力学”深刻阐述了转子的概念和相关课题.各种热应力检测设备逐渐投入使用,采用小波分析方法对故障检测.1989年能源部开课题“汽轮机转子寿命的监测”,针对机器故障由疲劳和蠕变引起的做研究.
2 汽轮机转子运行原理
汽轮机是一种将蒸汽的热能转换成机械功的旋转式原动机,蒸汽膨胀后压力降低,速度提升,把热能转化成动能,机械能,带动发动机.转子在瞬间的加热冷却后,得到较大热应力 ,蒸汽对转子的换热系数影响很大,以及转子的结构,轴承等要素.汽轮机启动过程需要控制转子的热应力,冲动力影响运动物体的质量和速度变化和转子的临界转速、不平衡响应和稳定性.一维模型以及二维模型的计算需要使用有限元来求解固有频率以及瞬态响应,重点分析温度场.在温度的冷热交换中,转子承受交变热应力,计算机控制监测转子热应力,优化了启动程序,提升汽轮机的经济性和发电效率.热血原理中,温度升高导致循环次数减少,气温气压都是影响转子系统动力特性的计算因素,汽轮机进汽,引起转子震动,从盘车转速上升为同步转速,降低热应力.热分析计算出各个节点温度,计算方法主要有有限元、传递矩阵法、模态综合法和刚度法.转子温度升高会加大偏差,材料也会影响数值,但决定因素还是转子的内外温差.转子寿命预测考虑屈服极限问题, 当转速值超过报警极限,就当即产生转速保持.温度要低于蒸汽饱和度,中心无内热源,蠕变与疲劳交互作用,转子热应力,热流密度,热梯度等,结合计算出热应力和位移.热量凝结后传递转子表面,热能与其它形式能量转换,推算出向量公式.過程复杂,温度升高参数变化,热应力的寿命损耗计算,转轴的升温,保持应力裕度,温度的分布随时间变化的载荷,设置时间曲线,与温度曲线相互作用.大容量的汽轮机应用双层杠结构,因此要减薄壁厚,放热系数也随着转子的温度表换,无论轴向还是径向都较平缓.气缸金属温度不下降,主温度大概在在450℃以上,润滑油温度在40℃左右.最大温度随蒸汽温度升高,专业到达满负荷.停机时候主蒸汽要保持50℃的过热度.
3 技术分析
模态分析是进行其他动力学分析的基础,转子内表面冷却慢,升温率影响应力值和寿命损耗率,启动停止优化准则可以对调峰方式评估,选取适当的间隔时间,在转子中心调节级,计算汽轮机的冷态启动,温太启动,热态启动,停机过程的温度场,暖机过程会比较缓慢,内外表面温差加大,蠕变断裂时间变短,寿命的评估一般采用线性累积损伤法,当转子振幅超过动静间隙,出现碰摩,使一部分动能转变成热能.间隙的变化引起摩擦变化,在碰摩周期内,转子与静子隔离开,温度分布不均匀,当转速低于临界值时,滞后角小于90度,故障产生震动信号,摩擦加剧引起转子的弯曲变形.通过仿真研究分析转子的热应力分布,找出危险位置,对转子故障研究有积极的作用.
汽轮机论文参考资料：
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