胡佩俊+賈子龍+顧敏

摘要：為了保證大容量汽輪發(fā)電機組轉(zhuǎn)子軸系在電廠的長期安全運行，其橫振特性在設(shè)計及運行階段均須滿足相應(yīng)的評判標準.總結(jié)了國內(nèi)外標準及行業(yè)標準中對于發(fā)電機組轉(zhuǎn)子軸系橫振特性的評判要求，運用Riccati軸系傳遞矩陣法分別計算了600 MW、1 000 MW等級大型發(fā)電機組軸系臨界轉(zhuǎn)速，并結(jié)合權(quán)威測試機構(gòu)對機組的現(xiàn)場升降速試驗數(shù)據(jù)進行了調(diào)研，將多組計算和試驗得到的轉(zhuǎn)子軸系臨界轉(zhuǎn)速與相關(guān)標準進行了對比.分析結(jié)果表明，現(xiàn)行橫振評判標準具有較好的適用性，并建議可將頻率、響應(yīng)、敏感度等指標結(jié)合，以評判發(fā)電機組橫振特性的優(yōu)劣，進一步提高標準的適用性，從而提高大型汽輪發(fā)電機組軸系設(shè)計的可實現(xiàn)性.

關(guān)鍵詞：發(fā)電機組； 評判標準； 橫振； 臨界轉(zhuǎn)速

中圖分類號： TK 263 文獻標志碼： A

Abstract：To ensure the longterm safe run of large capacity turbogenerators，the rotor shaft system should meet the evaluation criteria of lateral vibration in the design and operation process.The criteria at home and abroad as well as industrial standards for the shaft lateral vibration were collected and summarized in this paper.Several groups of critical speed for 600 MW and 1 000 MW turbogenerators rotor shaft were calculated using Riccati transfer matrix method.At the same time，those critical speeds from the authoritys field testing were presented.Comparative analysis between these calculated and testing results was conducted.It found that the existing evaluation criteria or standards were proved to have relatively high applicability.Some suggestions were provided that more factors such as vibration frequency，response and sensitivity should be included to judge the lateral vibration performance of generator set，which could make the existing evaluation criteria or standards more applicability.Therefore，the rotor shaft design of large capacity turbinegenerator set had good realizability.

Keywords：generator set； evaluation criteria； lateral vibration； critical speed

大容量發(fā)電機組由于轉(zhuǎn)子細長比的減小，其軸系臨界轉(zhuǎn)速走低是普遍存在且較難避免的現(xiàn)實問題.評判軸系橫振動力特性是否符合設(shè)計要求涉及到選用何種設(shè)計標準.目前，國內(nèi)外標準及行業(yè)標準對于軸系設(shè)計橫振特性的評判不盡相同，有些規(guī)定臨界轉(zhuǎn)速須避開量為主要評判標準，有些則更關(guān)注軸系在不平衡量作用下橫向振動響應(yīng)水平.標準的制定是一項系統(tǒng)性工程，涉及到大量計算和試驗，合理的標準應(yīng)在保證機組長期安全運行的前提下具有較高的適用性，使絕大部分發(fā)電機軸系設(shè)計能夠順利實現(xiàn).國內(nèi)各大汽輪發(fā)電機組設(shè)計制造廠商在評判軸系橫振特性時綜合考慮了軸系臨界轉(zhuǎn)速、不平衡響應(yīng)、轉(zhuǎn)速峰值響應(yīng)靈敏度、現(xiàn)場試驗等因素[1-2].本文分別以600 MW、1 000 MW等級大型汽輪發(fā)電機組為研究載體，結(jié)合成熟的基于Riccati軸系傳遞矩陣法的理論計算和權(quán)威機構(gòu)的現(xiàn)場試驗，將各機組轉(zhuǎn)子軸系臨界轉(zhuǎn)速計算值和試驗值與現(xiàn)行通用標準進行對比，分析標準的適用性，為標準運用及部分標準的修改及制定提供參考.

1 大型發(fā)電機組軸系橫振理論分析

1.1 傳遞矩陣法

軸系橫振特性理論分析主要包括橫振固有頻率、不平衡響應(yīng)、失穩(wěn)特性等計算內(nèi)容.傳遞矩陣法是常用的計算軸系特性的方法之一，在轉(zhuǎn)子動力學(xué)計算中占有主導(dǎo)地位.其原理是將一個連續(xù)系統(tǒng)離散化為一系列相互連接的子系統(tǒng)，選取一系列狀態(tài)向量，各個連接子系統(tǒng)間的關(guān)系可以通過由這些狀態(tài)向量組成的傳遞矩陣表示，再根據(jù)邊界條件，得到系統(tǒng)的固有頻率和模態(tài)向量.傳遞矩陣法的主要特點是編程簡單、占內(nèi)存少、運算速度快，特別適用于像轉(zhuǎn)子這樣的鏈式系統(tǒng).轉(zhuǎn)遞矩陣法與機械阻抗、直接積分等方法相配合，還可以求解復(fù)雜轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的問題.

1.2 大型發(fā)電機組軸系橫振特性計算

分別以600 MW、1 000 MW等級大型汽輪發(fā)電機組為研究對象，利用Riccati傳遞矩陣法對軸系進行橫振固有頻率計算，得到的機組臨界轉(zhuǎn)速如表1、2所示.

兩臺機組的臨界轉(zhuǎn)速計算結(jié)果均符合通用的設(shè)計標準，即發(fā)電機臨界轉(zhuǎn)速設(shè)計值須避開工作頻率±10%的范圍.

2 大型發(fā)電機組軸系臨界轉(zhuǎn)速試驗

2.1 試驗方法和原理