本文關(guān)鍵詞：高速渦輪動力軸系穩(wěn)定性評價與實驗研究

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【摘要】：能源是國家經(jīng)濟社會發(fā)展的重要保證,而能源安全也是國家能源可持續(xù)供給、社會經(jīng)濟健康發(fā)展的重要保證。分布式能源系統(tǒng)能夠以小規(guī)模、小容量等方式方便地布置在用戶端,可以在很大程度上彌補現(xiàn)有的集中式供電的缺點,并與大電網(wǎng)相輔相成。在分布式能源系統(tǒng)當(dāng)中,有相當(dāng)多的旋轉(zhuǎn)機械作為動力裝備出現(xiàn),并朝著高速化、小型化與集成化的方向發(fā)展。尤其是近十年來空氣潤滑技術(shù)與高速柔性轉(zhuǎn)子一體化設(shè)計的進展,使得空氣軸承取得了快速發(fā)展與應(yīng)用,包括在微小型燃氣輪機、內(nèi)燃機、膨脹制冷機等動力機械上的應(yīng)用。針對這些微小型動力機械中氣體軸承支撐的高轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)子的穩(wěn)定性問題也越來越受到人們的重視。在以微型燃氣輪機、膨脹制冷機、透平發(fā)電機為代表的高速旋轉(zhuǎn)動力機械中,高速渦輪動力軸系穩(wěn)定性的研究具有重要意義,而其中針對高速渦輪動力軸系穩(wěn)定性的評價則是重中之重。評價方法的好壞直接關(guān)系到對高速軸系振動穩(wěn)定與否的判斷,進而影響到對動力機械的后續(xù)操作,最終關(guān)系到高速旋轉(zhuǎn)動力機械能否穩(wěn)定與安全運行。本文針對高速渦輪動力軸系穩(wěn)定性評價與實驗研究開展了以下幾方面工作：1.通過論述非線性振動穩(wěn)定性分析方法中的四種解析模型：Lund模型、Muszynska模型、尤里模型以及耦合振動模型,對比分析幾種軸系失穩(wěn)判別準(zhǔn)則各自的特點與適用性情況,說明耦合振動模型及工程穩(wěn)定性判別準(zhǔn)則在非線性振動分析中的特點,并提出軸系非線性振動圖譜分析方法。2.根據(jù)實驗平臺的頂層設(shè)計,結(jié)合對實驗臺功能及性能要求,搭建了高速透平發(fā)電機實驗平臺。主要研究包括：動力源及氣體管路系統(tǒng)、遠程控制及在線監(jiān)測系統(tǒng)及同軸結(jié)構(gòu)的高速壓氣機-透平-發(fā)電機軸系等。完成了實驗臺傳感器類型選型及其安裝設(shè)計,確定了鍵相槽位置及尺寸等相關(guān)參數(shù),應(yīng)用DASP軟件對軸系進行了動平衡。3.針對在實驗過程DASP振動采集與分析軟件使用中暴露出來的問題,進行了鍵相信號優(yōu)化處理分析；針對伯德圖與極坐標(biāo)圖、軸心軌跡等進行了慢滾動矢量補償優(yōu)化分析,使振動信號的測試達到“能測到”、“測的準(zhǔn)”、“分析準(zhǔn)”的目的；針對軸承供氣壓力對軸承-轉(zhuǎn)子系統(tǒng)穩(wěn)定性的影響進行了分析,獲得了高速透平發(fā)電機的基本振動特性。4.針對由碰摩引起的各種振動現(xiàn)象,包括自動降速、軸向與徑向碰摩、周期性碰摩,以及轉(zhuǎn)速飛升等典型故障現(xiàn)象,從現(xiàn)場測試與控制調(diào)整的角度驗證了穩(wěn)定性評價方法的合理性和有效性。給出了典型故障現(xiàn)象的振動特征圖譜,并依據(jù)工程穩(wěn)定性判別準(zhǔn)則及其推論對實驗過程中的軸承-轉(zhuǎn)子系統(tǒng)穩(wěn)定性進行了評價；依據(jù)耦合調(diào)頻思想,通過改變設(shè)備結(jié)構(gòu)、調(diào)整軸承供氣壓力、調(diào)整驅(qū)動氣流量等主動控制措施,達到了控制“混沌邊界”、提高軸系穩(wěn)定性的目的,驗證了耦合調(diào)頻技術(shù)的有效性。開展了高速透平發(fā)電機冷、熱、電聯(lián)供實驗,分析了設(shè)備的振動、熱力及發(fā)電特性,為針對高速透平發(fā)電機的功能、性能實驗提供了基礎(chǔ)實驗數(shù)據(jù)。
【學(xué)位授予單位】：華北電力大學(xué)(北京)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TK05

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本文編號：1150683