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新型高速透平发电机转子结构稳定性试验研究

郝龙  
【摘要】:分布式供能系统作为集中供电方式的补充,具有集中供电系统不可比拟的优点,因此受到了世界主要发达国家的极大重视。目前我国分布式供能系统也处于飞速发展中。作为分布式供能系统的功、热发生源,微型燃气轮机的安全稳定运行对系统的高效稳定起着决定性的作用。与微型燃气轮机同轴的高速永磁电机、摆脱庞杂的油润滑系统的气体轴承等先进技术被广泛应用于现代微型燃气轮机。高速永磁电机作为与微型燃气轮机同轴的高速旋转机械,其旋转过程中的振动特性受到了广泛的关注。 本文依托于国家科技支撑计划项目“分布式供能系统研究及示范”,针对一种适用于微型燃气轮机的新型高速永磁电机开展了转子结构有限元分析工作,并进行了不同结构、不同工况下的转子结构稳定性、轴系振动特性试验。 进行了轴承转子系统的有限元建模,系统固有频率的求解。针对试验设备轴承转子系统,进行了不同供气压力下单止推盘轴承转子结构系统的固有特性计算,得到了不同供气压力下系统的坎贝尔图,以期对系统的升速试验具有一定的指导意义。 建立了高速永磁电机系统实验台。试验台由轴承一转子系统、供气管路及控制系统、振动监测及采集系统、负载系统组成,以完成不同工况下的振动特性试验。试验台轴承-转子结构为气体轴承支承的涡轮与压气机轮同轴的四磁盘转子结构。 基于上述试验台,首先开展了不同供气压力下单止推盘四无磁盘的转子固有特性试验,将试验结果与ANSYS的计算结果进行对比,误差范围均在10%以内,具有较高的一致性,从试验角度证明了有限元分析工作的正确性。 在此基础上进行了单止推盘四有磁盘转子的升速试验,分析了复杂的频谱特性及负载特性,通过拆机试验发现了明显的轴向碰磨特征以及部件脱落现象。为了增加设备的转子稳定性及尽量避免轴向碰磨的出现,将转子结构由单止推盘转子变为采用双止推盘转子进行升速试验,同样观察到了复杂的频谱特征及因为轴向碰磨引起的部件脱落现象。通过对设备的轴向结构尺寸以及关键部件进行应力及变形分析,确定了轴向碰磨的原因以及改进方向,对同等结构下的高速永磁电机设计具有指导意义。


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