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基于Hamilton原理的转子—汽封—轴承系统非线性动力学问题研究

杨懿  
【摘要】:汽轮发电机组是电力大系统中的原动机和能源生产的重要环节,随着科学技术的进步,汽轮发电机组的容量和运行参数不断的提高,汽轮机向着多跨度、重载荷的方向发展,汽轮机转子结构变得更加复杂,众多非线性因素成为了危及机组安全运行的隐患,人们也对机组的可靠性、安全性和稳定性提出了更高的要求。 近年来,为了提高能源利用率,我国超超临界汽轮机组和大型核电汽轮机组迅速增多,汽流激振问题也越来越被重视。为了确保机组运行安全,国内外对汽封结构的改进也采取了不少措施,但有效的理论研究和指导尚为欠缺。由于大多转子动力学方面的研究对于非线性激励的作用考虑不全面,具有一定的局限性。 本文在熟悉汽轮机组结构及分析汽流激振引发的事故原因基础上,构建了一个单盘单跨的简单的汽轮机转子模型,在计及转子的弯曲效应、剪切效应以及偏心等因素的同时,综合考虑非线性汽封力、非线性轴承油膜力的综合作用,应用Hamilton原理,并结合有限元方法,推导了转子-汽封-轴承系统的非线性动力学模型。通过数值分析,求得系统的周期响应,根据系统的分岔图、时间历程图、Poincare映射图、频谱图、相位轨迹图等,分析比较了系统在是否考虑汽封力作用下的非线性动力学特性,研究了转速、汽封结构参数、蒸汽参数对系统响应的影响。 本文在建模过程中考虑了多种非线性因素的联合作用,更接近汽轮机组的实际运行状况,具有较好的代表性,为消除汽流激振和提高系统稳定性的研究提供了良好的理论基础。


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