輔助支承汽輪機轉子系統穩定性分析

雒興剛， 初世明， 劉洋

（哈爾濱汽輪機廠有限責任公司，哈爾濱150046）

0 引言

目前大型汽輪機組的轉子，尤其是低壓轉子重量大、跨距長、葉片級數多、旋轉半徑大，有些低壓轉子自帶聯軸器后使外伸懸臂加大，這種特殊結構的轉子給動平衡帶來很大的困難［1］。增加輔助第三支承是目前國內外興起的一種新的平衡方法，所以研究兩支承狀態下汽輪機轉子的動態特性和增加輔助第三支承后汽輪機轉子的動態特性，以及增加輔助第三支承后轉子的穩定性變化情況［2］，具有非常大的意義。

1 兩支承方式汽輪機轉子力學模型的建立

本文以國產600 MW低壓轉子作為研究對象，應用45°法將轉子分為多軸段積木塊進行模化，通過轉子動力學分析軟件研究轉子軸承的力學特性，進而對比分析裝配兩軸承狀態下和增加輔助第三支承后汽輪機轉子的力學特性。

首先建立兩軸承轉子力學模型，600 MW汽輪機組低壓轉子兩軸承系統為兩個可傾瓦軸承，裝配兩軸承情況下，建模見圖1所示。

圖1 裝配兩軸承低壓轉子力學模型

近幾年，關于轉子系統穩定性的研究熱點主要集中在轉子-軸承-基礎耦合計算上，隨著計算機技術的發展以及新的計算方法提出，轉子系統所考慮的因素日趨詳盡，其中可傾瓦軸承最為穩定也已得到證實，本文采用可傾瓦軸承支承方式，對兩軸承方式和增加輔助支承后的兩種情況的臨界轉速、增長因子、對數衰減率、Q因子等方面進行比較，結果如表1所示。

表1 裝配兩軸承情況轉子各項參數

從表1中數據可以看出，裝配兩軸承狀態下，轉子過臨界轉速時其增長因子比較大，Q因子也比較大，說明此狀態下轉子的不平衡響應非常靈敏，幅值對轉速的敏感性較強。

2 增加輔助支承后汽輪機轉子的力學模型建立

根據相同汽輪機轉子的各軸段數據，用轉子動力學分析軟件建立力學模型如圖2所示。

圖2 增加輔助支承后低壓轉子力學模型

從圖2中可以得出，轉子原兩支承位置不變，增加輔助支承后轉子懸臂端縮短，其回轉半徑變小，載荷分配也更加合理。

增加輔助支承后轉子各項參數見表2，通過對比就可以看出，增加輔助支承后各項參數還是有很大變化的。

表2 增加輔助支承后轉子各項力學參數

通過對比可知，增加輔助支承后轉子的增長因子減小，對數衰減增大，說明在轉子末端增加一個軸承會使轉子穩定性更好，從而起到抑制軸承失穩的效果。而Q因子也會減小，說明幅頻曲線會變得相對平坦，幅值對轉速的敏感性減弱，峰值較小，而兩軸承情況下幅頻曲線較陡峭，峰值較大，幅值對轉速的敏感性加強，因此增加輔助支承后會有效控制轉子振幅。

3 結論

增加輔助支承后會使轉子穩定性更好，從而起到抑制軸承失穩的效果。而Q因子也會減小，說明幅頻曲線會變得相對平坦，幅值對轉速的敏感性減弱，峰值較小，而兩軸承情況下幅頻曲線較陡峭，峰值較大，幅值對轉速的敏感性加強，幅值對轉速的敏感性加強，因此增加輔助支承后會有效控制轉子振幅。

［1］ 田永偉.汽輪發電機組懸臂轉子振動特征分析［J］.電站系統工程，2013（4）：19-20.

［2］ 田昊洋，楊建剛.帶有外伸懸臂端的汽輪發電機組動平衡方法研究［J］.汽輪機技術，2011（2）：151-153.