【摘要】：核電汽輪機(jī)組轉(zhuǎn)子系統(tǒng)是將核能轉(zhuǎn)化為電能的核心部件,為確保其持續(xù)平穩(wěn)安全運(yùn)行必須要抑制葉片產(chǎn)生危險(xiǎn)振動(dòng)造成的疲勞、斷裂等失效。針對(duì)目前工程中多采用圍帶結(jié)構(gòu)通過約束葉片運(yùn)動(dòng)和圍帶間摩擦耗能增阻來抑振,但因不能確定圍帶振動(dòng)位移及接觸-摩擦-分離時(shí)間,迄今尚無對(duì)轉(zhuǎn)子系統(tǒng)運(yùn)行中葉片振動(dòng)導(dǎo)致相鄰圍帶間摩擦阻尼的定量計(jì)算方法,目前在設(shè)計(jì)階段只能憑經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)圍帶結(jié)構(gòu)及參數(shù),面臨著先設(shè)計(jì)制造再實(shí)驗(yàn)仿真后分析優(yōu)化可能造成“先天不足”且浪費(fèi)制造資源拖延生產(chǎn)周期等技術(shù)難題。本文建立考慮圍帶參數(shù)(接觸角、摩擦系數(shù)、接觸剛度、間隙)及轉(zhuǎn)速影響的轉(zhuǎn)子系統(tǒng)遲滯運(yùn)動(dòng)微分方程,建立圍帶摩擦內(nèi)阻尼定量計(jì)算方法,為在設(shè)計(jì)階段準(zhǔn)確設(shè)計(jì)圍帶優(yōu)化轉(zhuǎn)子系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性,有效利用葉片圍帶摩擦阻尼消耗振動(dòng)能量同時(shí)提高系統(tǒng)剛度的被動(dòng)自愈抑振技術(shù)解決上述問題,為汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、制造提供理論依據(jù)和方法,對(duì)確保汽輪機(jī)安全運(yùn)行具有重要理論意義和工程應(yīng)用價(jià)值。以平行四邊形圍帶為例,建立考慮摩擦系數(shù)、接觸角、接觸剛度、初始間隙及轉(zhuǎn)速影響的圍帶三維宏觀滑移遲滯摩擦模型,基于諧波平衡法據(jù)圍帶摩擦模型建立圍帶摩擦內(nèi)阻尼模型。采用CN群論和有限元法建立考慮圍帶摩擦內(nèi)阻尼和剛度的葉片-圍帶-轉(zhuǎn)子系統(tǒng)遲滯運(yùn)動(dòng)微分方程,求解對(duì)應(yīng)的齊次方程的特征根,在頻域內(nèi)考慮圍帶摩擦內(nèi)阻尼求解頻響函數(shù),分析系統(tǒng)的質(zhì)量、阻尼、剛度對(duì)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性的影響。據(jù)轉(zhuǎn)子系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)微分方程求解圍帶摩擦內(nèi)阻尼定量計(jì)算公式,建立基于瞬態(tài)響應(yīng)幅值包絡(luò)線的圍帶摩擦內(nèi)阻尼定量計(jì)算方法(SDQM),以某1000MW核電汽輪機(jī)低壓缸轉(zhuǎn)子系統(tǒng)為例,使用所提出的SDQM定量計(jì)算圍帶摩擦內(nèi)阻尼,比較有無圍帶摩擦阻尼的轉(zhuǎn)子系統(tǒng)模態(tài)特性,得出圍帶摩擦內(nèi)阻尼對(duì)轉(zhuǎn)子系統(tǒng)固有頻率和振型的影響規(guī)律;在不同轉(zhuǎn)速等效離心載荷激勵(lì)下考慮圍帶摩擦內(nèi)阻尼對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行頻響分析,探討內(nèi)阻尼的減振效果、遲滯特性、頻響特性,并采用干態(tài)靜止轉(zhuǎn)子系統(tǒng)測(cè)量振動(dòng)響應(yīng)的試驗(yàn)驗(yàn)證本文中建立的圍帶摩擦內(nèi)阻尼模型及定量計(jì)算方法。采用多因素多水平正交法和響應(yīng)曲面法辨識(shí)影響圍帶摩擦內(nèi)阻尼的敏感變量(單變量及各變量間交互影響),采用二次多元回歸擬合得到關(guān)于圍帶各參數(shù)的摩擦內(nèi)阻尼定量計(jì)算公式,計(jì)算得到不同轉(zhuǎn)速下各變量對(duì)圍帶摩擦內(nèi)阻尼影響規(guī)律;闡明圍帶間約束限位改變動(dòng)剛度限制振動(dòng)位移及相鄰圍帶間位姿重構(gòu)誘發(fā)摩擦內(nèi)阻尼耗散振動(dòng)能量的減振機(jī)理.基于譜振圖分析不同轉(zhuǎn)速下各因素對(duì)系統(tǒng)響應(yīng)特性的影響:隨著轉(zhuǎn)速升高,摩擦系數(shù)和接觸剛度的增大使振幅下降幅度增大,減振率增大;接觸角和初始間隙的增大,使振幅下降幅度先增大后減小,減振率先增大后減小。建立考慮圍帶摩擦內(nèi)阻尼的轉(zhuǎn)子系統(tǒng)穩(wěn)定性判據(jù),分析不同轉(zhuǎn)速下圍帶參數(shù)(摩擦系數(shù)、接觸剛度、接觸角、初始間隙)對(duì)系統(tǒng)穩(wěn)定性的影響,得出隨著轉(zhuǎn)速和圍帶參數(shù)變化系統(tǒng)穩(wěn)定區(qū)域的變化范圍。為提高系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定性,建立基于結(jié)構(gòu)攝動(dòng)修改動(dòng)態(tài)優(yōu)化圍帶摩擦內(nèi)阻尼的方法,確定以圍帶摩擦內(nèi)阻尼在不同工況下達(dá)到總體最優(yōu)為目標(biāo)函數(shù),在約束條件下攝動(dòng)修改設(shè)計(jì)變量,對(duì)修改后的圍帶結(jié)構(gòu)重分析,直至符合目標(biāo)函數(shù),得出優(yōu)化后的圍帶參數(shù)。優(yōu)化后的圍帶摩擦內(nèi)阻尼使振幅下降幅度增大,減振率增大,尤其在常規(guī)運(yùn)行轉(zhuǎn)速下,圍帶摩擦內(nèi)阻尼消耗振動(dòng)能量,抑制系統(tǒng)的振動(dòng)響應(yīng),減振率達(dá)到71%,驗(yàn)證優(yōu)化后的圍帶能高效抑振。
【圖文】：

－，（１０００ＭＷ以上）的低壓缸轉(zhuǎn)子系統(tǒng)，具有特大／重型、長(zhǎng)軸系（軸系長(zhǎng)超過３０ｍ）、逡逑大柔性葉片（末級(jí)葉片長(zhǎng)超過１．３ｍ）及圍帶、拉筋等復(fù)雜結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，一般工作逡逑轉(zhuǎn)速在１？２階臨界轉(zhuǎn)速以上，不平衡激勵(lì)、濕蒸汽激勵(lì)、隨機(jī)激勵(lì)等工況下轉(zhuǎn)逡逑子系統(tǒng)末級(jí)葉片易產(chǎn)生彎扭振動(dòng)與機(jī)箱發(fā)生碰摩，尤其是汽輪機(jī)在不更換轉(zhuǎn)子逡逑的前提下由供電轉(zhuǎn)為電熱雙供狀態(tài)導(dǎo)致末級(jí)葉片顫振，減少轉(zhuǎn)子運(yùn)行壽命且危逡逑及整個(gè)系統(tǒng)的持續(xù)平穩(wěn)運(yùn)行。目前工程中多采用圍帶約束葉片運(yùn)動(dòng)或圍帶間摩逡逑擦耗能來抑振，但無法定量計(jì)算葉片振動(dòng)變形導(dǎo)致相鄰圍帶間位姿重構(gòu)誘發(fā)的逡逑摩擦阻尼，現(xiàn)在多憑經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)相鄰圍帶間的參數(shù)（接觸角、摩擦系數(shù)、接觸剛度、逡逑初始間隙）及其結(jié)構(gòu)，，面臨著先設(shè)計(jì)制造后分析優(yōu)化可能造成“先天不足”且逡逑浪費(fèi)制造資源拖延生產(chǎn)周期等技術(shù)難題。本章旨在闡述該課題的研究背景及意逡逑義，通過綜述前人相關(guān)的理論成果，找出創(chuàng)新之處，并由此引出所開展的研究逡逑工作。逡逑

S，摩擦桂
【學(xué)位授予單位】：山東大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TM623

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2658884