專利名稱：汽輪發(fā)電機(jī)組碰摩故障的彎扭耦合振動特性分析方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于旋轉(zhuǎn)機(jī)械轉(zhuǎn)子動力學(xué)技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種汽輪發(fā)電機(jī)組碰摩故障的彎扭耦合振動特性分析方法。
背景技術(shù)：
隨著汽輪發(fā)電機(jī)組向大容量高效率方向的發(fā)展，轉(zhuǎn)子與靜子的間隙越來越小，導(dǎo)致轉(zhuǎn)靜子的碰摩故障不斷發(fā)生，碰摩故障已成為機(jī)組嚴(yán)重的主要故障模式之一。碰摩一旦發(fā)生，往往導(dǎo)致機(jī)組結(jié)構(gòu)上的損壞，甚至導(dǎo)致災(zāi)難性的后果，因此研究大型旋轉(zhuǎn)機(jī)械的動靜摩擦的振動特性，對于充分利用振動信號診斷摩擦故障，防止轉(zhuǎn)子摩擦向中、晚期過渡，確保設(shè)備的安全穩(wěn)定運(yùn)行，具有非常重要的意義。關(guān)于轉(zhuǎn)子系統(tǒng)碰摩問題的研究一直是轉(zhuǎn)子動力學(xué)研究的重要課題，其振動動態(tài)特性響應(yīng)分析的研究是轉(zhuǎn)子動力學(xué)的主要內(nèi)容之一。目前已有眾多學(xué)者進(jìn)行了該方面的研究，但這些研究大多針對形如Jeffcott轉(zhuǎn)子的簡單轉(zhuǎn)子系統(tǒng)，而對復(fù)雜轉(zhuǎn)子系統(tǒng)(如汽輪發(fā)電機(jī)組轉(zhuǎn)子系統(tǒng))的碰摩故障的研究則比較少見，復(fù)雜轉(zhuǎn)子系統(tǒng)具有比簡單轉(zhuǎn)子系統(tǒng)更加復(fù)雜的動力學(xué)特性，所以有必要研究復(fù)雜轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的碰摩故障以揭示其動力學(xué)特性。分析復(fù)雜轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的方法主要有模態(tài)疊加法、直接時(shí)域積分法和傳遞矩陣法三類，對于汽輪發(fā)電機(jī)組這樣鏈?zhǔn)浇Y(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)子系統(tǒng)，采用傳遞矩陣法是一種簡單有效的方法；由于機(jī)組碰摩故障發(fā)生時(shí)，軸系彎振和扭振參量相互耦合，機(jī)組軸系是一個(gè)高度復(fù)雜的非線性振動系統(tǒng)，對于這樣的系統(tǒng)，采用線性振動理論中的一些求解方法，已不再適用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，提出一種汽輪發(fā)電機(jī)組碰摩故障的彎扭耦合振動特性分析方法，將逐步積分法的思想與傳統(tǒng)傳遞矩陣法相結(jié)合，對非線性方程組中各量進(jìn)行增量改造，將非線性微分方程轉(zhuǎn)化為關(guān)于振動狀態(tài)增量的線性微分方程，建立起機(jī)組基于Riccati變換的彎扭耦合振動增量傳遞矩陣表達(dá)式，可用于汽輪發(fā)電機(jī)組彎扭耦合振動瞬態(tài)動態(tài)響應(yīng)分析。為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提出的技術(shù)方案是，一種汽輪發(fā)電機(jī)組碰摩故障的彎扭耦合振動特性分析方法，其特征是所述方法包括:步驟1:設(shè)定初始時(shí)刻h和步進(jìn)長度Δ t ；步驟2:采集時(shí)刻h機(jī)組各節(jié)點(diǎn)的位移和速度,計(jì)算時(shí)刻h機(jī)組各節(jié)點(diǎn)的加速度；步驟3:令 Θ = O ；步驟4:根據(jù)時(shí)刻t# Θ At機(jī)組各節(jié)點(diǎn)的位移、速度和加速度,計(jì)算時(shí)刻t# Θ At機(jī)組各軸段的外力/外力矩；步驟5:將時(shí)刻tQ+ Θ At機(jī)組各軸段的外力/外力矩分別作為時(shí)刻tQ+( Θ +1) At機(jī)組各軸段的臨時(shí)外力/臨時(shí)外力矩；步驟6:根據(jù)時(shí)刻Θ +1) At機(jī)組各軸段的臨時(shí)外力/臨時(shí)外力矩，利用基于Riccati變換的軸系彎扭耦合振動增量傳遞矩陣計(jì)算時(shí)刻、+( Θ +1) At機(jī)組各節(jié)點(diǎn)的位移
增量；步驟7:根據(jù)時(shí)刻VK Θ +1) At機(jī)組各節(jié)點(diǎn)的位移增量,利用改進(jìn)的wilson- Θ增量表達(dá)式計(jì)算時(shí)刻、+( Θ+1) At的位移、速度和加速度；步驟8:根據(jù)時(shí)刻ν( Θ+1) At的位移、速度和加速度，計(jì)算時(shí)刻V ( Θ+1) At機(jī)組各軸段的外力/外力矩；步驟9:判斷是否滿足設(shè)定條件，如果滿足設(shè)定條件，則執(zhí)行步驟11 ;否則，執(zhí)行步驟10 ；所述設(shè)定條件為:時(shí)刻tQ+(0+l) At機(jī)組各軸段的外力/外力矩與時(shí)刻t0+( Θ +1) At機(jī)組各軸段的臨時(shí)外力/臨時(shí)外力矩的差值絕對值小于設(shè)定值；步驟10:令時(shí)刻tQ+( Θ +1) At機(jī)組各軸段的臨時(shí)外力/臨時(shí)外力矩等于時(shí)刻t0+( Θ +1) At機(jī)組各軸段的外力/外力矩，返回步驟6 ；步驟11:令Θ = Θ+1，返回步驟5。所述計(jì)算時(shí)刻Θ At機(jī)組各軸段的外力/外力矩具體為，當(dāng)軸段為碰摩軸段時(shí)，計(jì)算時(shí)刻tf θ Λ t機(jī)組該軸段的摩擦力矩；當(dāng)軸段為軸頸軸段時(shí)，計(jì)算時(shí)刻tf θ Λ t機(jī)組該軸段的油膜力；當(dāng)軸段為動葉柵所在軸段時(shí)，計(jì)算時(shí)刻h+θ At機(jī)組動葉柵受到的蒸汽彎曲力矩；當(dāng)軸段為發(fā)電機(jī)繞組軸段時(shí)；計(jì)算時(shí)刻Θ At機(jī)組的發(fā)電機(jī)繞組軸段受到的電磁力矩。所述利用基于Riccati變換的軸系彎扭耦合振動增量傳遞矩陣計(jì)算時(shí)刻t0+( Θ +1) At機(jī)組各節(jié)點(diǎn)的位移增量的計(jì)算公式為:
權(quán)利要求
1.種汽輪發(fā)電機(jī)組碰摩故障的彎扭耦合振動特性分析方法，其特征是所述方法包括: 步驟1:設(shè)定初始時(shí)刻td和步進(jìn)長度Δ t ； 步驟2:采集時(shí)刻h機(jī)組各節(jié)點(diǎn)的位移和速度,計(jì)算時(shí)刻h機(jī)組各節(jié)點(diǎn)的加速度； 步驟3:令Θ = O ； 步驟4:根據(jù)時(shí)刻td Θ At機(jī)組各節(jié)點(diǎn)的位移、速度和加速度,計(jì)算時(shí)刻td Θ At機(jī)組各軸段的外力/外力矩； 步驟5:將時(shí)刻θ Λ t機(jī)組各軸段的外力/外力矩分別作為時(shí)刻、+( Θ+1) At機(jī)組各軸段的臨時(shí)外力/臨時(shí)外力矩； 步驟6:根據(jù)時(shí)刻‘+(Θ+Ι) At機(jī)組各軸段的臨時(shí)外力/臨時(shí)外力矩，利用基于Riccati變換的軸系彎扭耦合振動增量傳遞矩陣計(jì)算時(shí)刻、+( Θ +1) At機(jī)組各節(jié)點(diǎn)的位移增量； 步驟7:根據(jù)時(shí)刻、+( Θ +1) At機(jī)組各節(jié)點(diǎn)的位移增量，利用改進(jìn)的wilson- Θ增量表達(dá)式計(jì)算時(shí)刻、+( Θ+1) At的位移、速度和加速度； 步驟8:根據(jù)時(shí)刻Θ +1) At的位移、速度和加速度,計(jì)算時(shí)刻Θ +1) At機(jī)組各軸段的外力/外力矩； 步驟9:判斷是否滿足設(shè)定條件， 如果滿足設(shè)定條件，則執(zhí)行步驟11 ;否則，執(zhí)行步驟10 ； 所述設(shè)定條件為:時(shí)刻tQ+( Θ +1) At機(jī)組各軸段的外力/外力矩與時(shí)刻tQ+( Θ +1) At機(jī)組各軸段的臨時(shí)外力/臨時(shí)外力矩的差值絕對值小于設(shè)定值； 步驟10:令時(shí)刻‘+(Θ+Ι) At機(jī)組各軸段的臨時(shí)外力/臨時(shí)外力矩等于時(shí)刻t0+( Θ +1) At機(jī)組各軸段的外力/外力矩，返回步驟6 ； 步驟11:令θ = θ+1，返回步驟5。
2.據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征是所述計(jì)算時(shí)刻h+θAt機(jī)組各軸段的外力/外力矩具體為，當(dāng)軸段為碰摩軸段時(shí)，計(jì)算時(shí)刻Θ △ t機(jī)組該軸段的摩擦力矩；當(dāng)軸段為軸頸軸段時(shí)，計(jì)算時(shí)刻h+θ At機(jī)組該軸段的油膜力；當(dāng)軸段為動葉柵所在軸段時(shí)，計(jì)算時(shí)刻Θ At機(jī)組動葉柵受到的蒸汽彎曲力矩；當(dāng)軸段為發(fā)電機(jī)繞組軸段時(shí)；計(jì)算時(shí)刻t0+ Θ At機(jī)組的發(fā)電機(jī)繞組軸段受到的電磁力矩。
3.據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征是所述利用基于Riccati變換的軸系彎扭耦合振動增量傳遞矩陣計(jì)算時(shí)刻、+( Θ +1) At機(jī)組各節(jié)點(diǎn)的位移增量的計(jì)算公式為:
4.據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征是所述利用改進(jìn)的Wilson-Θ增量表達(dá)式計(jì)算時(shí)刻、+( Θ +1) At的位移、速度和加速度的計(jì)算公式為:.
5.據(jù)權(quán)利要求1所述 的方法，其特征是所述設(shè)定值為0.2%。
全文摘要
本發(fā)明公開了旋轉(zhuǎn)機(jī)械轉(zhuǎn)子動力學(xué)技術(shù)領(lǐng)域中的一種汽輪發(fā)電機(jī)組碰摩故障的彎扭耦合振動特性分析方法。該方法將逐步積分法的思想與傳統(tǒng)傳遞矩陣法相結(jié)合，對非線性方程組中各量進(jìn)行增量改造，將非線性微分方程轉(zhuǎn)化為關(guān)于振動狀態(tài)增量的線性微分方程；在對表達(dá)式進(jìn)行增量改造基礎(chǔ)上，建立起機(jī)組基于Riccati變換的彎扭耦合振動增量傳遞矩陣表達(dá)式，通過代入多次迭代計(jì)算的外力和外力矩，即可進(jìn)行機(jī)組碰摩時(shí)彎扭耦合振動瞬態(tài)動態(tài)響應(yīng)分析。本發(fā)明可適用于類似汽輪發(fā)電機(jī)組這樣的復(fù)雜轉(zhuǎn)子系統(tǒng)，分析結(jié)果更準(zhǔn)確；也可用于強(qiáng)非線性系統(tǒng)的求解，拓展了傳遞矩陣法在非線性領(lǐng)域的應(yīng)用。
文檔編號G01M15/00GK103091107SQ20131001122
公開日2013年5月8日 申請日期2013年1月11日 優(yōu)先權(quán)日2013年1月11日
發(fā)明者何成兵, 顧煜炯, 王爭明, 劉京 申請人:華北電力大學(xué)