胡佩俊+賈子龍+顧敏

摘要：為了保證大容量汽輪發(fā)電機(jī)組轉(zhuǎn)子軸系在電廠的長(zhǎng)期安全運(yùn)行，其橫振特性在設(shè)計(jì)及運(yùn)行階段均須滿足相應(yīng)的評(píng)判標(biāo)準(zhǔn).總結(jié)了國(guó)內(nèi)外標(biāo)準(zhǔn)及行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)于發(fā)電機(jī)組轉(zhuǎn)子軸系橫振特性的評(píng)判要求，運(yùn)用Riccati軸系傳遞矩陣法分別計(jì)算了600 MW、1 000 MW等級(jí)大型發(fā)電機(jī)組軸系臨界轉(zhuǎn)速，并結(jié)合權(quán)威測(cè)試機(jī)構(gòu)對(duì)機(jī)組的現(xiàn)場(chǎng)升降速試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行了調(diào)研，將多組計(jì)算和試驗(yàn)得到的轉(zhuǎn)子軸系臨界轉(zhuǎn)速與相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行了對(duì)比.分析結(jié)果表明，現(xiàn)行橫振評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)具有較好的適用性，并建議可將頻率、響應(yīng)、敏感度等指標(biāo)結(jié)合，以評(píng)判發(fā)電機(jī)組橫振特性的優(yōu)劣，進(jìn)一步提高標(biāo)準(zhǔn)的適用性，從而提高大型汽輪發(fā)電機(jī)組軸系設(shè)計(jì)的可實(shí)現(xiàn)性.

關(guān)鍵詞：發(fā)電機(jī)組； 評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)； 橫振； 臨界轉(zhuǎn)速

中圖分類號(hào)： TK 263 文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A

Abstract：To ensure the longterm safe run of large capacity turbogenerators，the rotor shaft system should meet the evaluation criteria of lateral vibration in the design and operation process.The criteria at home and abroad as well as industrial standards for the shaft lateral vibration were collected and summarized in this paper.Several groups of critical speed for 600 MW and 1 000 MW turbogenerators rotor shaft were calculated using Riccati transfer matrix method.At the same time，those critical speeds from the authoritys field testing were presented.Comparative analysis between these calculated and testing results was conducted.It found that the existing evaluation criteria or standards were proved to have relatively high applicability.Some suggestions were provided that more factors such as vibration frequency，response and sensitivity should be included to judge the lateral vibration performance of generator set，which could make the existing evaluation criteria or standards more applicability.Therefore，the rotor shaft design of large capacity turbinegenerator set had good realizability.

Keywords：generator set； evaluation criteria； lateral vibration； critical speed

大容量發(fā)電機(jī)組由于轉(zhuǎn)子細(xì)長(zhǎng)比的減小，其軸系臨界轉(zhuǎn)速走低是普遍存在且較難避免的現(xiàn)實(shí)問題.評(píng)判軸系橫振動(dòng)力特性是否符合設(shè)計(jì)要求涉及到選用何種設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn).目前，國(guó)內(nèi)外標(biāo)準(zhǔn)及行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)于軸系設(shè)計(jì)橫振特性的評(píng)判不盡相同，有些規(guī)定臨界轉(zhuǎn)速須避開量為主要評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)，有些則更關(guān)注軸系在不平衡量作用下橫向振動(dòng)響應(yīng)水平.標(biāo)準(zhǔn)的制定是一項(xiàng)系統(tǒng)性工程，涉及到大量計(jì)算和試驗(yàn)，合理的標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)在保證機(jī)組長(zhǎng)期安全運(yùn)行的前提下具有較高的適用性，使絕大部分發(fā)電機(jī)軸系設(shè)計(jì)能夠順利實(shí)現(xiàn).國(guó)內(nèi)各大汽輪發(fā)電機(jī)組設(shè)計(jì)制造廠商在評(píng)判軸系橫振特性時(shí)綜合考慮了軸系臨界轉(zhuǎn)速、不平衡響應(yīng)、轉(zhuǎn)速峰值響應(yīng)靈敏度、現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)等因素[1-2].本文分別以600 MW、1 000 MW等級(jí)大型汽輪發(fā)電機(jī)組為研究載體，結(jié)合成熟的基于Riccati軸系傳遞矩陣法的理論計(jì)算和權(quán)威機(jī)構(gòu)的現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，將各機(jī)組轉(zhuǎn)子軸系臨界轉(zhuǎn)速計(jì)算值和試驗(yàn)值與現(xiàn)行通用標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行對(duì)比，分析標(biāo)準(zhǔn)的適用性，為標(biāo)準(zhǔn)運(yùn)用及部分標(biāo)準(zhǔn)的修改及制定提供參考.

1 大型發(fā)電機(jī)組軸系橫振理論分析

1.1 傳遞矩陣法

軸系橫振特性理論分析主要包括橫振固有頻率、不平衡響應(yīng)、失穩(wěn)特性等計(jì)算內(nèi)容.傳遞矩陣法是常用的計(jì)算軸系特性的方法之一，在轉(zhuǎn)子動(dòng)力學(xué)計(jì)算中占有主導(dǎo)地位.其原理是將一個(gè)連續(xù)系統(tǒng)離散化為一系列相互連接的子系統(tǒng)，選取一系列狀態(tài)向量，各個(gè)連接子系統(tǒng)間的關(guān)系可以通過由這些狀態(tài)向量組成的傳遞矩陣表示，再根據(jù)邊界條件，得到系統(tǒng)的固有頻率和模態(tài)向量.傳遞矩陣法的主要特點(diǎn)是編程簡(jiǎn)單、占內(nèi)存少、運(yùn)算速度快，特別適用于像轉(zhuǎn)子這樣的鏈?zhǔn)较到y(tǒng).轉(zhuǎn)遞矩陣法與機(jī)械阻抗、直接積分等方法相配合，還可以求解復(fù)雜轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的問題.

1.2 大型發(fā)電機(jī)組軸系橫振特性計(jì)算

分別以600 MW、1 000 MW等級(jí)大型汽輪發(fā)電機(jī)組為研究對(duì)象，利用Riccati傳遞矩陣法對(duì)軸系進(jìn)行橫振固有頻率計(jì)算，得到的機(jī)組臨界轉(zhuǎn)速如表1、2所示.

兩臺(tái)機(jī)組的臨界轉(zhuǎn)速計(jì)算結(jié)果均符合通用的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，即發(fā)電機(jī)臨界轉(zhuǎn)速設(shè)計(jì)值須避開工作頻率±10%的范圍.

2 大型發(fā)電機(jī)組軸系臨界轉(zhuǎn)速試驗(yàn)

2.1 試驗(yàn)方法和原理