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汽轮机轴承润滑特性及轴承—转子耦合系统动态特性研究

周军波  
【摘要】: 随着科学技术的进步,汽轮发电机组也向大跨度、轻载、柔性化的方向发展,在提高系统机械性能和运行效率的同时,也产生了很多问题。为了保证机组安全可靠的运行,需要深入研究转子-轴承系统的动力学特性和失稳机理,掌握系统结构参数对动力稳定性的影响规律。本文讨论了汽轮机径向支承椭圆轴承流体润滑特性以及转子-轴承系统动力学特性,分析了转子系统线性稳定性与径向支承轴承的关系,对复杂转子系统稳定性分析和工程应用具有一定的指导意义。 (1)本文简述了滑动轴承流体润滑理论,在广泛研究和总结前人研究方法的基础上采用有限差分法对汽轮机椭圆轴承进行流体润滑特性分析。研究了椭圆轴承长径比l/d、椭圆度m、偏心率ε对轴承油膜压力分布的影响,并对不同载荷下汽轮机椭圆轴承静平衡位置变化进行了对比分析。滑动轴承各影响因素之间是紧密联系的,在轴承的设计分析过程中需要综合考虑各种因素之间的影响。 (2)建立了50MW汽轮机转子-轴承系统简化模型。实际汽轮机转子系统具有无限多个自由度,要对其进行动力学分析,则需要对其进行简化。按照质量不变、直径转动惯量不变,极转动惯量不变和抗弯刚度不变的原则对实际汽轮机转子系统模型进行简化。采用有限元法建立转子系统动力学分析模型,该模型具有30个轴段,31个节点,共124个自由度。 (3)滑动轴承的支承作用是影响转子系统动力学特性的重要因素之一。采用偏导数法,在对汽轮机椭圆轴承进行静力学分析的基础上,计算其动态特性系数,为后面汽轮机轴系临界转速及稳定性分析打下基础。在计算的过程中对比分析了不同轴承结构参数,转速等对汽轮机椭圆轴承动特性系数的影响。 (4)针对50MW汽轮机转子-轴承系统临界转速及稳定性进行了研究。在前面研究的基础上,建立考虑轴承各向异性时的50MW转子-轴承系统运动微分方程,然后采用QZ算法在Matlab中编制相关程序,对其进行特征值分析。并讨论了不同轴承结构参数对汽轮机转子-轴承系统临界转速及稳定性的影响。


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