本文關(guān)鍵詞：透平機械轉(zhuǎn)子軸系振動故障特性分析及靶向抑制研究

  更多相關(guān)文章： 透平機械 靶向抑制 振動故障 多倍頻振動 N+1支撐軸系

【摘要】：汽輪發(fā)電機組、透平壓縮機組、燃氣輪機等大型透平機械是支撐國家經(jīng)濟命脈的電力、冶金、石化、航空等行業(yè)的關(guān)鍵設(shè)備。隨著透平機械結(jié)構(gòu)的大型化、復(fù)雜化,運行工況愈加苛刻,振動問題頻頻發(fā)生,且振動頻率成分愈加復(fù)雜和多樣化,給振動故障的診斷及抑制帶來了巨大困難。如不及時有效抑制透平機械系統(tǒng)的振動,隨著時間推移和生產(chǎn)的進行,振動狀態(tài)會進一步惡化最終導(dǎo)致停車事故,給企業(yè)造成巨大的經(jīng)濟損失。如N+1支撐軸系的超超臨界汽輪發(fā)電機組,該型機組的汽輪機軸系部分的四根轉(zhuǎn)子由五個軸承支承,每根轉(zhuǎn)子都成為了相鄰轉(zhuǎn)子的外伸端,轉(zhuǎn)子間振動耦合、相互影響大,給機組現(xiàn)場動平衡和軸系振動故障診斷及抑制帶來了非常大的困難。因此,本文以機器故障自愈論為指導(dǎo),開展了N+1支撐的轉(zhuǎn)子軸系不平衡、軸承座支撐剛度下降等故障特性,以及轉(zhuǎn)子-軸承系統(tǒng)振動靶向抑制的理論與實驗研究,為透平機械系統(tǒng)轉(zhuǎn)子軸系的現(xiàn)場故障診斷及振動主動抑制提供理論和方法支撐。論文的主要工作如下：(1)介紹了透平機械動力學(xué)系統(tǒng)建模的相關(guān)理論及方法,綜述了國內(nèi)外學(xué)者在透平機械轉(zhuǎn)子動力學(xué)、振動故障特性分析及主動控制方面的研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢。(2)以N+1支撐結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)子軸系系統(tǒng)為研究對象,建立了兩轉(zhuǎn)子-三支承系統(tǒng)有限元模型,計算了該模型的臨界轉(zhuǎn)速及模態(tài)振型,分析了兩轉(zhuǎn)子-三支承系統(tǒng)的不平衡響應(yīng)特性。采用商用軟件,完成了百萬千超超臨界汽輪發(fā)電機組N+1支撐軸系的有限元動力學(xué)建模,對該種軸系的動力學(xué)特性及不平衡、軸承座支撐剛度下降等振動故障進行了仿真分析,揭示了該軸系軸向不同位置不平衡激起的軸系振動響應(yīng)特性及轉(zhuǎn)子間的相互作用規(guī)律,以及軸承座支撐剛度下降對軸系振動的影響規(guī)律。(3)闡述了透平機械系統(tǒng)振動故障靶向抑制。借鑒當(dāng)代醫(yī)學(xué)的基因靶向技術(shù),論述了透平機械振動故障靶向抑制,并從能量流、信息流和物質(zhì)流三個層面,對透平機械振動故障靶點進行了描述,為實現(xiàn)透平機械振動故障的靶向抑制提供了理論基礎(chǔ)。(4)以12磁極電磁給力器為對象,采用理論推導(dǎo)和實驗驗證的方式研究了電磁給力器電磁力的特性,分別建立了慮及磁場損失和轉(zhuǎn)子振動位移的電磁給力器電磁力的計算模型,并對兩種電磁力計算模型中參數(shù)進行了識別,給出了電磁力和氣隙/電流的表達式。考慮了磁場損失和幾何結(jié)構(gòu)變形等影響因素,推導(dǎo)了慮及磁損、鐵損及銅損的電磁給力器電磁力與氣隙/電流的計算公式；考慮設(shè)備運行中因振動引起轉(zhuǎn)子偏心的因素,推導(dǎo)了基于轉(zhuǎn)子振動位移的電磁給力器的電磁力計算公式,并應(yīng)用最小二乘法對公式中的參數(shù)進行了識別；在此基礎(chǔ)上,搭建了電磁給力器電磁力實驗裝置,進行了實驗研究,實驗結(jié)果表明兩種電磁力公式的計算值與實驗測量值基本相符。(5)以透平機械振動故障靶向抑制為指導(dǎo),針對透平機械轉(zhuǎn)子-軸承系統(tǒng)的不平衡及多頻振動故障,開展了轉(zhuǎn)子-軸承系統(tǒng)振動故障的主動抑制研究。提出了一種基于比例-微分(PD)反饋的轉(zhuǎn)子-軸承系統(tǒng)不平衡振動故障快速、無超調(diào)靶向抑制方法。采用PD反饋對轉(zhuǎn)子施加電磁力,改變轉(zhuǎn)子-軸承系統(tǒng)的剛度和阻尼,實現(xiàn)對轉(zhuǎn)子-軸承系統(tǒng)的不平衡振動主動抑制�；谇梆伩刂圃�,提出一種轉(zhuǎn)子-軸承系統(tǒng)多頻振動的靶向抑制方法。該方法采用電磁給力器產(chǎn)生具有與轉(zhuǎn)子振動頻率相匹配的多頻旋轉(zhuǎn)電磁抑制力作用到轉(zhuǎn)子上,將整周尋優(yōu)及快速尋優(yōu)兩種尋優(yōu)策略應(yīng)用到電磁給力器控制電流的多個頻率成分的參數(shù)尋優(yōu)上,以獲取控制信號參數(shù),使施加的多個頻率成分的電磁力能夠削減轉(zhuǎn)子的多頻振動幅值,實現(xiàn)轉(zhuǎn)子系統(tǒng)多頻振動的主動抑制。并搭建實驗裝置進行實驗研究,結(jié)果表明所提出的方法能夠?qū)崿F(xiàn)透平機械不平衡振動故障及多頻振動故障的實時靶向抑制,效果明顯,為解決透平機械系統(tǒng)轉(zhuǎn)子的現(xiàn)場振動問題提供了新的方法和解決措施。
【關(guān)鍵詞】：透平機械 靶向抑制 振動故障 多倍頻振動 N+1支撐軸系
【學(xué)位授予單位】：北京化工大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TK14;TH165.3
【目錄】：

• 摘要5-8
• ABSTRACT8-13
• 符號說明13-24
• 第一章 緒論24-38
• 1.1 課題來源及研究的目的和意義24-26
• 1.2 透平機械動力學(xué)及振動故障機理研究26-28
• 1.2.1 透平機械轉(zhuǎn)子動力學(xué)發(fā)展現(xiàn)狀26-27
• 1.2.2 透平機械動力學(xué)特性及振動故障機理研究現(xiàn)狀27-28
• 1.3 透平機械轉(zhuǎn)子軸系的振動主動控制研究現(xiàn)狀28-35
• 1.3.1 透平機械振動控制28-31
• 1.3.2 透平機械轉(zhuǎn)子系統(tǒng)不平衡振動主動控制31-34
• 1.3.3 透平機械轉(zhuǎn)子系統(tǒng)多頻振動故障主動控制34-35
• 1.4 論文主要研究內(nèi)容和組織結(jié)構(gòu)35-36
• 1.4.1 論文研究內(nèi)容35
• 1.4.2 論文組織結(jié)構(gòu)35-36
• 1.5 論文的創(chuàng)新點36-38
• 第二章 透平機械N+1支撐軸系振動故障特性分析38-93
• 2.1 引言38
• 2.2 旋轉(zhuǎn)機械動力學(xué)系統(tǒng)建模38-47
• 2.2.1 單轉(zhuǎn)子-軸承系統(tǒng)建模38-40
• 2.2.2 轉(zhuǎn)子-軸承系統(tǒng)的有限元建模方法40-47
• 2.3 兩轉(zhuǎn)子-三支承軸系動力學(xué)特性分析47-53
• 2.3.1 兩轉(zhuǎn)子-三支承軸系系統(tǒng)模型47
• 2.3.2 兩轉(zhuǎn)子-三支承系統(tǒng)的臨界轉(zhuǎn)速分析47-49
• 2.3.3 兩轉(zhuǎn)子-三支承系統(tǒng)不平衡響應(yīng)分析49-53
• 2.4 N+1支撐軸系的超超臨界汽輪發(fā)電機組振動故障特性分析53-91
• 2.4.1 機組軸系結(jié)構(gòu)介紹53-55
• 2.4.2 超超臨界汽輪發(fā)電機組N+1轉(zhuǎn)子軸系模型55
• 2.4.3 機組軸系臨界轉(zhuǎn)速及振型55-58
• 2.4.4 機組軸系軸向不同位置失衡振動故障響應(yīng)分析58-75
• 2.4.5 支撐剛度下降故障對軸系振動的影響分析75-91
• 2.5 本章小結(jié)91-93
• 第三章 透平機械故障靶向抑制及電磁給力器特性分析93-114
• 3.1 引言93-94
• 3.2 透平機械振動故障靶向抑制94-97
• 3.2.1 透平機械系統(tǒng)振動故障靶向抑制的提出94-95
• 3.2.2 透平機械系統(tǒng)振動靶向抑制95-96
• 3.2.3 透平機械振動故障靶點的描述96-97
• 3.3 慮及磁損、鐵損及銅損的電磁給力器電磁力計算模型及參數(shù)識別97-102
• 3.3.1 U型電磁鐵電磁力計算模型97-99
• 3.3.2 慮及磁損、鐵損及銅損的電磁給力器電磁力計算模型99-101
• 3.3.3 基于實驗裝置的電磁力的計算模型101-102
• 3.4 基于轉(zhuǎn)子振動位移的電磁給力器電磁力計算模型及參數(shù)識別102-106
• 3.4.1 基于轉(zhuǎn)子振動位移的電磁給力器電磁力計算模型102-105
• 3.4.2 基于實驗裝置的電磁給力器單自由度電磁力計算的模型105-106
• 3.4.3 基于最小二乘法的參數(shù)識別106
• 3.5 實驗研究106-112
• 3.5.1 實驗裝置介紹106-109
• 3.5.2 慮及磁損、鐵損及銅損的電磁給力器電磁力特性實驗研究109-110
• 3.5.3 基于轉(zhuǎn)子振動位移的電磁給力器電磁力特性實驗研究110-112
• 3.6 本章小結(jié)112-114
• 第四章 轉(zhuǎn)子-軸承系統(tǒng)振動故障靶向抑制方法及實驗研究114-140
• 4.1 引言114
• 4.2 轉(zhuǎn)子-軸承系統(tǒng)動力學(xué)建模114-116
• 4.2.1 軸段、圓盤及軸承單元運動方程115
• 4.2.2 電磁給力器轉(zhuǎn)子單元運動方程115-116
• 4.2.3 系統(tǒng)運動方程116
• 4.3 基于電磁力的轉(zhuǎn)子-軸承系統(tǒng)不平衡振動靶向抑制116-117
• 4.4 基于電磁力的轉(zhuǎn)子-軸承系統(tǒng)多頻振動故障靶向抑制117-127
• 4.4.1 轉(zhuǎn)子-軸承系統(tǒng)多頻振動多靶點靶向抑制方法117-120
• 4.4.2 控制參數(shù)的尋優(yōu)策略120-127
• 4.5 實驗研究127-139
• 4.5.1 實驗裝置簡介127-128
• 4.5.2 基于電磁力的不平衡振動故障靶向抑制實驗研究128-131
• 4.5.3 基于電磁力的多頻振動故障靶向抑制實驗研究131-139
• 4.6 本章小結(jié)139-140
• 第五章 結(jié)論與展望140-142
• 5.1 論文研究總結(jié)140-141
• 5.2 研究展望141-142
• 參考文獻142-150
• 致謝150-151
• 研究成果及發(fā)表的學(xué)術(shù)論文151-152
• 在讀期間參與的科研項目152-153
• 導(dǎo)師簡介153
• 作者簡介153-154
• 附件154-155

，

本文編號：673529