汽輪機流體激振及抑制技術(shù)理論與試驗研究.pdf

1、流體激振問題是影響現(xiàn)代高參數(shù)、大容量汽輪發(fā)電機組安全與穩(wěn)定運行主要因素之一，對其開展相應的理論和試驗研究，掌握其發(fā)生機理及其抑制技術(shù)具有重要的理論意義和工程價值。
　　部分進汽是汽輪機在低負荷運行時常采用的運行模式，但是經(jīng)常會引起軸系不穩(wěn)定振動問題，對于部分進汽對軸系振動影響的抑制方法，目前國內(nèi)外所開展工作大多是在閥序優(yōu)化基礎(chǔ)上進行的，但這種方法不利于葉片壽命且會降低調(diào)節(jié)級效率。本文首先對汽輪機部分進汽工況下軸系不穩(wěn)定振動機理進行

2、了研究，應用CFD方法得到部分進汽工況下作用在轉(zhuǎn)子上的不均勻汽流力，建立了整個軸系有限元模型，分析了部分進汽對轉(zhuǎn)子-軸承系統(tǒng)動力特性的影響，發(fā)現(xiàn)軸系不穩(wěn)定低頻和工頻振動實際上都與工作狀態(tài)下軸承所承受的載荷較輕有關(guān)，提出了通過優(yōu)化軸承標高來抑制部分進汽工況下軸系不穩(wěn)定振動故障的方法。
　　密封間隙內(nèi)流場計算分析是進行密封誘發(fā)流體激振問題研究的基礎(chǔ)，本文首先基于雙控制體模型對偏心密封內(nèi)流體壓力分布及切向氣流力產(chǎn)生機理進行了初步分析，在

3、此基礎(chǔ)上應用CFD方法建立了偏心密封三維分析模型，采用瞬態(tài)方法研究密封動靜特性，分析了不同邊界條件，如進出口壓比、偏心率、轉(zhuǎn)速等對密封動力特性的影響。指出切向氣流力是影響系統(tǒng)穩(wěn)定性的關(guān)鍵因素。通常情況下，轉(zhuǎn)子在密封的偏心會導致周向壓力分布不均勻，密封內(nèi)流體的螺旋形流動會使最高壓力點偏離最小間隙，形成一個與轉(zhuǎn)子偏心方向垂直的切向氣流力，促使轉(zhuǎn)子產(chǎn)生渦動，甚至誘發(fā)轉(zhuǎn)子失穩(wěn)。
　　從傳統(tǒng)軸向布置密封誘發(fā)流體激振發(fā)生機理出發(fā)，本文提出了徑

4、向環(huán)形密封，采用計算流體力學方法對傳統(tǒng)梳齒密封和徑向環(huán)形密封進行對比計算分析，研究了徑向環(huán)形密封增效減振機理，分析了徑向環(huán)形密封內(nèi)部兩種不同流動形式的流動特性，并對其幾何結(jié)構(gòu)進行了優(yōu)化設(shè)計。研究發(fā)現(xiàn)，與傳統(tǒng)梳齒密封相比，徑向環(huán)形密封不僅有較好的泄漏性能，而且能有效消除密封內(nèi)流體螺旋形流動現(xiàn)象，大大提高了密封抗流體激振能力。此外，由于轉(zhuǎn)子振動和密封間隙變化不在同一方向，密封耐磨性也得到了提高。
　　為了能有效地減少汽輪機內(nèi)密封間隙流

5、體流動帶來的損失，本文將徑向環(huán)形密封應用到葉頂間隙及軸端處。對傳統(tǒng)梳齒式葉頂間隙密封和徑向環(huán)形葉頂間隙密封分別建立了包含動葉片通流部分和葉頂間隙密封部分的三維偏心計算模型，并研究了密封本身泄漏特性、激振力特性及對其下游主流的影響。研究表明徑向環(huán)形葉頂間隙密封能夠有效減少葉頂間隙處的流體泄漏和激振力，減小泄漏流體與主流的混流作用，降低混合流動帶來的損失，同時可以大大提高軸端密封泄漏性能。
　　針對傳統(tǒng)密封氣流力及動力特性系數(shù)試驗識別

6、時影響因素較多等問題，在轉(zhuǎn)子-軸承-密封系統(tǒng)試驗臺上開展了傳統(tǒng)梳齒密封和徑向環(huán)形密封靜態(tài)和動態(tài)特性試驗研究。建立了氣缸-密封系統(tǒng)動力學分析模型、轉(zhuǎn)子-軸承-密封系統(tǒng)動力學模型，研究發(fā)現(xiàn)隨密封交叉剛度的增大，系統(tǒng)穩(wěn)定性降低，當其超出一定范圍時會導致系統(tǒng)失穩(wěn)。同時發(fā)現(xiàn)軸承性能的好壞對系統(tǒng)穩(wěn)定性有著非常關(guān)鍵的影響，通過選擇使用合適的軸承型式可以補償密封氣流力對系統(tǒng)穩(wěn)定性帶來的不利影響。提出了以氣缸為研究對象來測試氣流力及剛度系數(shù)的試驗方法，通