大型汽轮机组轴承座动力吸振现象分析

大型汽轮机组轴承座动力吸振现象分析

吴亚军;杨天海;姜朝晖;杨建刚;曹仲勋

【摘要】针对某大型汽轮机组轴承座异常振动现象,建立大型汽轮机组柔性支撑下转子-轴承-支撑系统动力学分析模型,从动力吸振新角度解释实际机组上发生的异常振动现象.研究结果表明,座缸式轴承支撑刚度较低,轴承座固有频率和转子系统固有频率有可能从设计时的大于50 Hz减小到50 Hz附近.一旦2个频率点重合,就容易发生动力吸振现象,转轴振动转移到轴承座振动上,导致轴振小而轴承座振动大.与此同时,系统固有频率点分解成2个频率点,分布在原固有频率两侧,出现双共振峰现象.%Aiming at the abnormal structural vibration occurred on the bearings of large turbo units,the dynamic model of the rotor-bearing-support system with flexible support is set up to analyze the abnormal structural vibration phenomenon using the dynamic vibration absorber theory.The result shows that the support stiffness of the bearings located on the exhaust cylinder is low.The natural frequencies of the bearings and the rotor system may be reduced from more than 50 Hz as being designed to less than 50 Hz.Once the natural frequencies of the bearings and the rotor system are superposed,the vibration absorbing phenomenon tends to occur.The shaft vibration transfers to the bearings,resulting in small shaft vibration and large bearing vibration.At this time,the system natural frequency is decomposed into two,which are distributed on both sides of the natural frequency.Consequently,a double resonance peak appears.【期刊名称】《中国电力》

【年(卷),期】2017(050)010

【总页数】4页(P116-119)

【关键词】汽轮机组;动力吸振器;轴承座振动;轴振

【作者】吴亚军;杨天海;姜朝晖;杨建刚;曹仲勋

【作者单位】东南大学火电机组振动国家工程研究中心,江苏南京210096;上海明华电力技术工程有限公司,上海20090;上海明华电力技术工程有限公司,上海20090;东南大学火电机组振动国家工程研究中心,江苏南京210096;东南大学火电机组振动国家工程研究中心,江苏南京210096

【正文语种】中文

【中图分类】TK268.+1

大型汽轮发电机组低压转子通常采用座缸式轴承设计，发电机转子通常采用端盖式轴承设计，它们都属于非落地式轴承，轴承座支撑刚度比传统落地式轴承座小，支撑带有较强的柔性[1-4]。很多采用这类设计的机组出现了轴承座振动大以及轴承座振动大于转轴振动（以下简称为轴振）的异常现象[5-6]。

研究表明，轴承座支撑刚度低和支撑柔性是导致轴承座振动大的主要原因[7-9]。文献[10]针对某汽轮机组轴承座振动在工作转速附近偏大的现象，采用动刚度实验和模态实验分析，发现轴承座在工作转速附近动刚度较低，存在固有频率。文献[11]以某600 MW大型汽轮发电机组为例，建立了考虑支撑系统刚度影响的等效动刚度分析模型，对低压缸轴承座振动故障进行了研究，表明大型汽轮机座缸式轴承座的振动受支撑特性影响较大，工作转速下容易发生共振现象。文献[12]建立了大型旋转机械轴振/轴承座振动动力学分析模型，结合大型机组实测进行研究，指

出支撑刚度对轴振/轴承座振动比例关系影响较大。

本文在上述研究基础上，把大型汽轮发电机组非落地式轴承座作为动力吸振器，从动力吸振新角度解释这类振动现象。

某电厂600 MW汽轮机组轴系由高中压转子、低压Ⅰ转子、低压Ⅱ转子组成，每个转子由2个轴承支撑，如图1所示。该型汽轮机组低压转子轴承座位于排汽缸上，支撑具有较强的柔性。

轴振和轴承座振动测试分别采用电涡流传感器和速度传感器，将轴承座振动传感器输出的振动信号经电路积分得到振动位移信号，通过键相传感器触发各通道同步开展整周期采集。

图2为低压转子升速过程中振幅随转速变化曲线。升速过程中，2 500 r/min后轴承座振动大于轴振，2 700～3 000 r/min内轴承座振动远大于轴振；转速升高到2 760 r/min时，轴振出现极小点，在2 075和2 850 r/min轴承座振动和轴振各出现了1个共振峰值点，3 000 r/min工作转速附近呈现出双共振峰现象。表1为3 000 r/min工作转速附近振动数据。虽然轴振较小但轴承座振动很大，轴振和轴承座振动的比例达到1∶4。

建立如图3所示的转子—轴承—支撑系统动力特性简化模型。

将轴承座视为单自由度系统，其固有频率为

式中：k b为单自由度轴承座系统支撑刚度，m b为轴承座参振质量。

参照刚性转子/柔性转子定义[13]，将轴承座固有频率高于工作频率的支撑系统定义为刚性支撑，将轴承座固有频率低于工作频率的支撑系统定义为柔性支撑。

设轮盘质量为2 m，轴刚度为k r，油膜刚度和阻尼分别为k和c，轴承座阻尼为c b，圆盘偏心为e，圆盘、转轴和轴承座垂直向上振幅分别为y d，y s，y b，转轴相对轴承座振动为y r。

系统动力学方程为