1 100 MW級汽輪發(fā)電機軸系動力特性計算分析

陳錦輝，邵亞聲

(上海電氣電站設(shè)備有限公司發(fā)電機廠，上海 200240)

0 引言

汽輪發(fā)電機組軸系中發(fā)電機轉(zhuǎn)子最長，臨界轉(zhuǎn)速最低，因此優(yōu)良的發(fā)電機-勵磁機轉(zhuǎn)子組成軸系的振動特性是機組安全穩(wěn)定運行的重要因素［1］。筆者以1 100 MW級汽輪發(fā)電機為計算模型，通過設(shè)計計算和分析研究，使得發(fā)電機-勵磁機軸系有良好的振動特性［2］。計算模型見圖1。

圖1 計算模型圖

1 模型化及計算規(guī)則

對于各軸段，需計算以下參數(shù):

L——軸段長度;

W——軸段重量;

I——軸段慣性矩;

Di——軸段內(nèi)徑;

Do——軸段外徑;

ρ——軸密度。

1.1 規(guī)格化軸段的計算

對于規(guī)格化軸段，如圖2所示:

圖2 規(guī)格化軸段計算圖

1.2 非規(guī)格化軸段的計算

對非規(guī)格化軸段，根據(jù)其結(jié)構(gòu)特點，采取不同模型化方法。如風(fēng)扇段、繞組段，需考慮附加重量;本體段，需考慮垂直方向和水平方向的慣性矩I。

2 臨界轉(zhuǎn)速計算

通過計算得到小軸系臨界轉(zhuǎn)速，見表1。

表1 小軸系臨界轉(zhuǎn)速計算結(jié)果

根據(jù)GB/T 7064—2008透平型同步電機技術(shù)要求的規(guī)定:發(fā)電機轉(zhuǎn)子臨界轉(zhuǎn)速設(shè)計值應(yīng)避開額定轉(zhuǎn)速的90%～110%。本型發(fā)電機額定轉(zhuǎn)速為1 500 r/min，因此其臨界轉(zhuǎn)速應(yīng)低于1 350 r/min或高于1 650 r/min。

經(jīng)試驗實測發(fā)電機一階臨界轉(zhuǎn)速為800 r/min，這與計算值基本吻合。

各階模態(tài)圖見圖3～圖6。

3 高周疲勞應(yīng)力計算

計算發(fā)電機轉(zhuǎn)子本體兩端面的高周疲勞應(yīng)力，一側(cè)端面處應(yīng)力為σ1=17.8 MPa，另一端面處應(yīng)力為σ2=11.0 MPa，高周疲勞許用應(yīng)力［σ］=29 MPa，σ1＜［σ］，σ2＜［σ］，因此是安全的。

4 不平衡響應(yīng)計算

通過計算，得到各轉(zhuǎn)速下各處軸頸處的不平衡響應(yīng)量，見表2。

表2 各轉(zhuǎn)速下各處軸頸處的不平衡響應(yīng)量計算結(jié)果 μm

由表2可知:額定轉(zhuǎn)速及各階臨界轉(zhuǎn)速下的軸頸不平衡響應(yīng)值均滿足規(guī)范中“額定轉(zhuǎn)速下小于50 μm，各階臨界轉(zhuǎn)速下小于225 μm”的要求，見圖7～圖9。

圖9 一階臨界轉(zhuǎn)速時3號軸頸處的不平衡響應(yīng)圖

5 結(jié)語

通過計算，小軸系臨界轉(zhuǎn)速、高周疲勞應(yīng)力、不平衡響應(yīng)均符合設(shè)計要求，這為機組的安全運行提供了可靠的依據(jù)。

［1］汪耕，李希明.大型汽輪發(fā)電機設(shè)計、制造與運行［M］.上海:上?？茖W(xué)技術(shù)出版社，2000.

［2］吳淇泰.振動分析［M］.杭州:浙江大學(xué)出版社，1989.