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转子系统的运行优化和自愈技术的研究

汪振威  
【摘要】: 现代过程工业如石化、冶金、电力等行业,离心压缩机、风机、烟气轮机、汽轮机以及发电机组等旋转机械不仅为生产过程中的流体提供动力,而且对工艺流程中能量的回收起到了关键作用。而这类转子系统在运行过程中,往往由于以下原因产生强烈振动导致机组无法正常运行:单跨转子上的质量不平衡和多跨转子上的耦联残余质量不平衡。针对单跨转子上的质量不平衡导致的强烈振动,提出了在单跨转子上应用液压自动平衡技术;针对多跨转子上的耦联残余质量不平衡导致的强烈振动,提出了基于“六维对中”的高速多转子耦联优化技术。 本文首先分析了液压自动平衡系统的各部件的结构,研究了平衡头的结构设计、结构特性以及平衡系统的平衡原理和平衡步骤。然后介绍了目前自动平衡软件常用的影响系数法以及平衡头的平衡腔个数、平衡腔内的液体重心、质量以及平衡能力的计算方法,最后基于以上方法利用VC++工具进行自动平衡软件的编程,模拟液压自动平衡系统工作时平衡头的喷水平衡过程。 然后针对风机运行过程中由于结垢等原因造成的动不平衡问题,提出采用液压自动平衡技术的方法。采用转子动力学软件对风机进行有限元建模。根据现场提供的平衡头的三个可能安装平面,利用软件分别计算虚拟安装在这三个安装平面下的平衡头的平衡效果,找出了平衡头的优化安装平面。设计了风机转子的模拟实验台并进行了液压自动平衡实验。实验表明将液压自动平衡头安装在优化平面上可以实现转子的不停机在线自动平衡,达到自愈的效果,为在风机上应用液压自动平衡技术提供了理论参考和实验依据。 最后为解决各个高速透平机械单转子高速平衡合格,耦连成轴系运行发生强烈振动的这一工程难题,提出了基于“六维对中”的高速多转子轴系耦联优化技术,即在传统的五维对中基础上(转子联轴器端面平行三维和圆周对正二维),还要考虑各个转子残余不平衡量相位的相互耦连(一维)对整个轴系不平衡的影响。在实验室建立了高速多转子的模拟实验台并利用转子动力学软件对高速透平机械多转子的模拟实验台进行建模仿真,建立了各单转子相互关联、相互作用的有限元仿真模型,进行虚拟耦联,研究轴系各转子之间残余不平衡量相位对轴系振动的影响,以希望通过理论和实验研究各转子残余不平衡的相位以及它们之间的耦联关系,来指导工程安装时采用调整转子间相对相位的方法来降低甚至完全消除轴系不平衡,从而取代整机全速动平衡而确保机组一次启动成功。


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