工程實際中,臨界轉速影響因素有哪些?怎樣測量確定轉子臨界轉速?

本期將著重闡述兩個問題,從工程的角度,匯總下汽輪發電機組影響轉子臨界轉速的因素有哪些,以及機組臨界轉速現場如何測量確定。

下圖為哈電集團研制的60萬千瓦空冷汽輪機組,汽輪發電機組完整呈現在我們面前,蔚為壯觀!

工程實際中,臨界轉速影響因素有哪些?怎樣測量確定轉子臨界轉速?的圖1

下圖為采用轉子-軸承動力學分析軟件DyRoBeS對某機組軸系建立的有限元模型

工程實際中,臨界轉速影響因素有哪些?怎樣測量確定轉子臨界轉速?的圖2

一、影響汽輪發電機組轉子臨界轉速有哪些因素?

轉子的臨界轉速除取決于轉子本身的結鉤、尺寸、材質等,還受軸承的位置、形式和工作條件等因素影響。

  1. 轉子溫度變化對臨界轉速的影響。轉子的溫度沿轉子軸向是變化的,溫度的變化引起轉子材料彈性模量沿轉子軸向變化。轉子的臨界轉速與轉子的彈性模量的平方根成正比。因此,轉子溫度的變化引起彈性模量的變化從而引起轉子臨界轉速的變化。

  2. 轉子結構形式對臨界轉速的影響。葉輪裝在軸上,使軸剛度有一定程度增加,因而提高了轉子的臨界轉速。不同的轉子結構形式影響不一樣,如整鍛轉子的輪 盤對軸的剛度影響小,對其臨界轉速影響也不大;套裝轉子的輪 盤是套裝在軸上的,輪轂的寬度、內外徑及輪 盤與軸之間的過盈值都會使軸的剛度增加,臨界轉速有所增加。

  3. 聯軸器對臨界轉速的影響。軸系是用聯軸器連接,聯軸器的剛性愈大,轉子之間連接剛性愈大,因而相對于單個轉子,軸系的臨界轉速升高愈多。汽輪機經常采用剛性、半撓性和齒輪聯軸器,其中剛性聯軸器較其他兩種聯軸器對臨界轉速影響大。

  4. 支承剛度對臨界轉速的影響。支承剛度綜合反映了軸承油膜,軸承座和有關基座的剛度,它對臨界轉速有很大影響。支承剛度低,各階臨界轉速都降低,剛度高,臨界轉速也都升高。而且在支承剛度的某些范圍內,臨界轉速的變化十分劇烈。

按剛性支承計算的臨界轉速要比按彈性計算的高出很多,實際上軸承座、軸承油膜都不是絕對剛性的.因此.在對于大中型機組設計中必須按彈性支承條件來進行計算轉子的臨界轉速。如果按剛性支承座來計算,實測值和計算值就會有一很大偏差。

二、機組臨界轉速現場怎樣測量確定,應注意什么?

機組實際運行狀態下的臨界轉速與制造廠給定的設計值存在偏差,因此需在現場利用機組升降速過程和超速過程中實測得到,作為指導運行依據。

現場測取軸承座或軸振動的幅值和相位,振動量值隨轉速變化的關系稱為幅頻特性,相位隨轉速變化關系稱為相頻特性。通過幅頻和相頻特性曲線查到振動量值峰位和相位變化率最大點對應的轉速,該轉速為臨界轉速,有時兩者不完全對應,通常把振動量值最大的轉速作為臨界轉速。

臨界轉速確定時應注意以下幾點:

  1. 非臨界轉速時的振動量值峰值高于臨界轉速時的振動量值峰值。實際測量中,幅頻特性曲線常出現非臨界轉速下的振動量值峰值高于臨界轉速時的振動量值峰值,如受軸承座共振影響存在非臨界轉速的峰值較大,而此時由于轉子平衡狀態良好,臨界轉速的共振峰較小。這種情況單一通過幅頻特性曲線難于確定真實的臨界轉速值,必須借助于相頻特性曲線,通過相位的變化率進行臨界轉速的確定。

  2. 軸振動峰值較多。受其他轉子主振型等因素影響,轉子存在多個軸振動峰值。

  3. 這種情況采用軸振動峰值難以準確認定臨界轉速,然而用軸承座垂直方向的振動量值峰值能更好地確定轉子臨界轉速。

  4. 過臨界轉速時,升速中相位是增加的,降速中相位是減小的,理論上,過臨界轉速時相位應反轉180°,實際上變化量往往沒有這樣大。如果振動量值特性曲線出現明顯峰位,同時相位約有70°的變化,就可以認定共振峰值對應額定轉速是臨界轉速。

  5. 機組受升速率影響,通常升速時間比降速時間要短,因此在降速時測量臨界轉速比升速時更為準確。

注:本文來源于《汽輪發電機組振動診斷技術問答》,郭寶仁、常浩編著,中國電力出版社,在此對兩位旋轉機械工程技術領域的專家表示十分感謝。該著作內容豐富,工程指導性強,小編節選一部分刊載。

來源:DyRoBeS公眾號

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