上海电气6MW燃气轮机转子动力学特性分析报告Word文档格式.docx
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500度:
176
7890
透平端四级轮盘、燃机端鼓筒
20Cr3MoWVA
211
180
7790
透平和压气机轮盘部件的质量、转动惯量和重心位置数据见表2和表3。
表2透平轮盘在三种工况的质量参数
Blade
-
Rotor1
Rotor2
Rotor3
Rotor4
CenterofGravity
mm
21.1
139.69
259.09
377.63
Case4
N
rpm
6583
BladeNo.
69
BladeMass
kg
18.68476
24.68914
28.63873
32.80063
BladeInertia,IP
kg*mm2
2718381
3826540
4784019
5903873
BladeInertia,IT
1361381
1918095
2395086
2955556
Case5
6912.15
22.41514
26.00095
29.77952
3474095
4343386
5360095
1741429
2174486
2683333
Case6
7241.3
66
17.87238
21.44057
24.87048
28.48476
2600190
3323048
4154543
5127048
1302190
1665714
2079943
2566667
010-84924950 FAX:
表3压气机轮盘在三种工况的质量参数
Rotor5
Rotor6
Rotor7
Rotor8
Rotor9
Rotor10
Rotor11
Rotor12
Rotor13
93.33901
234.3684
369.807
505.2227
640.5325
775.8986
906.3095
1009.991
1113.512
1216.536
1320.232
1423.589
1526.658
53
48
60
65
63
12.17556674
37.13
7.547
7.0197
6.69
6.35
4.713
4.952727
4.435418
4.562182
4.721364
4.494455
3.64
1684906.977
3755900
985160
893300
839100
783800
573200
596727.3
529276.4
539236.4
552618.2
520945.5
489272.7
844055.814
1895500
493600
447600
420450
392800
287000
298690.9
265007.3
270000
276663.6
260827.3
244636.4
43
55
9.87829
5.365455
4.970727
4.942364
1367000
646454.5
593154.5
584172.7
684800
323581.8
296990.9
292500
6
建模完成后,对转子关键属性数据检查比对(以Case4轮盘参数为基准):
*******************RotorEquivalentRigidBodyProperties*******************
Rotor
no
LeftEnd
Location
Length
C.M.
Mass
Diametral
Inertia
Polar
Speed
Ratio
(mm)
(kg)
(kg-m^2)
1
.000
4517.500
1936.095
4207.4
4764.
232.539
1.0000
其中,转子模型长度为 4517.5mm,与AutoCAD设计图数据一致;
并确认
支承位置及支承跨距数据等也与设计图纸均一致。
模型转子重量4207.4kg。
分析得到转子的静态挠曲线及两支承反力如下图3所示。
图3转子静态挠曲线及支承反力
2.3轴承动态特性参数
根据上海电气燃机所提供的轴承参数,轴承刚度和阻尼参数如下表4所示。
表4 轴承在三种工况下的动态特性参数
case4:
6583r/min下的油膜特性参数
KXX
KXY
KYX
KYY
CXX
CXY
CYX
CYY
107N/m
108N/m
105N*s/m
106N*s/m
透平
侧轴承
8.514
-1.733
2.895
4.805
3.431
-1.048
-1.008
1.099
压气机
7.033
-3.524
4.182
7.048
5.377
-4.014
-3.962
1.866
18
case5:
6912.15r/min下的油膜特性参数
8.775
-1.822
2.962
4.956
3.383
-1.075
-1.036
1.08
6.479
-3.69
4.317
7.326
5.304
-4.231
-4.175
1.845
case6:
7241.3r/min下的油膜特性参数
8.915
-1.924
2.967
5.024
3.3
-1.116
-1.079
1.052
6.293
-3.867
4.458
7.539
5.44
-4.296
-4.25
1.832
从上表中可以看出,交叉刚度和阻尼系数可知有些不合理,在确认了瓦块宽度、轴瓦间隙、瓦块包角、预负荷等参数后,轴承参数如下表5所示。
表5 轴承结构参数
类别
单位
透平侧轴承
压气机侧轴承
轴承直径
m
0.16
轴承宽度
0.114
0.142
轴承型式
——
椭圆瓦
润滑油牌号
#22透平油
进轴承油温
℃
45
轴瓦最小间隙
0.119
0.115
瓦块包角
°
150
预负荷
0.5
case4载荷
20950
20310
case5载荷
20890
20290
case6载荷
20850
20280
根据表5中参数,应用DyRoBeS软件对透平侧轴承建模,如图4所示。
图4透平侧轴承参数建模(以Case4为准)
分析得出轴承刚度和阻尼系数如图5所示。
图5透平侧轴承刚度和阻尼随转速变化曲线
同理,可对压气机侧轴承进行建模,如图6所示。
刚度和阻尼系数如图7所示。
图6压气机侧轴承参数建模(以Case4为准)
图7压气机侧轴承刚度和阻尼随转速变化曲线
7241rpm
6583rpm
为分析转子临界转速与支承刚度间变化关系,进行转子临界转速图谱分析,其中工作转速范围为6583rpm–7241rpm。
图8转子临界速度图谱
从上图可知,该转子工作在一阶临界转速之上,若支承刚度 >
5×
105N/mm,则转子运行在二阶临界转速之下,反之则运行在二阶临界转速之上。
为考虑刚性支承下转子的临界转速,先将转子模型中的两支承刚度取为
1×
108 N/mm,进行前两阶临界转速分析(以Case4数据为例),结果如图
9。
图9前两阶刚支下转子临界速度及振型同时,进行转子应变能分析,结果如图10所示。
图10前两阶刚支下转子应变能情况分布
同理,可进行Case5和Case6下的分析,汇总结果如下表6所示。
表6 刚支下转子在三种工况下的临界转速值
Case4(6583rpm)
Case5(6912rpm)
Case6(7241rpm)
DyRoBeS
上海电气
刚支下Ncr1
4540
3747
4550
3748
4543
3750
刚支下Ncr2
11602
10500
11618
10516
11613
10523
从以上分析可知,采用DyRoBeS进行分析计算的刚支下转子临界转速均较上海电气提供的计算值偏高,但三种工况下的工作转速均能避开刚支下临界转速值的10%以上。
2.6考虑油膜刚度的临界转速分析
将轴承建模计算分析出的刚度和阻尼系数导入rotor模块,分析考虑油膜刚度临界转速,得到前两阶Y方向转子临界转速及应变能,如图11和12所示。
图11考虑油膜刚度的前两阶转子临界速度及振型
图12考虑油膜刚度的前两阶转子应变能情况分布同理,对Case5和Case6进行分析,结果如下表6所示。
表6 考虑油膜刚度的转子在三种工况下的Y向临界转速值
Kxx
Kyy
Ncr1
1728
3393
1727
3397
1726
3396
Ncr2
3282
7632
3292
7661
7650
Ncr3
10102
11129
10134
11135
10107
11131
以Case4为例分析,得到Campbell图及前六阶进动振型,如图13所示。
图13 Campbell图及相应阶次进动振型
根据以上分析,取1X谐波激励线与正进动曲线的交点(即临界转速点),可知前三阶阻尼临界转速值分别为:
1009rpm、2009rpm、10268rpm。
同理分析Case5和Case6下的前三阶阻尼临界转速值,结果如下表7所示。
表7 转子在三种工况下的阻尼临界转速值
阻尼临界值
1009
2983
1005
2992
1007
2991
2009
8024
2003
8040
8027
10268
10294
10273
2.8固定轴承动态参数的转子特性分析
若单独以三种工况下(即6583、6912、7241rpm)的轴承动态特性进行临界转速计算,分析出三种转速下的轴承刚度和阻尼系数如表8所示。
表8 采用DyRoBeS计算轴承在三种工况下的动态特性参数
N/mm
N-s/mm
1.10E+05
6.73E+04
-3.19E+05
4.62E+05
2.36E+02
-9.42E+01
1.02E+03
9.07E+04
1.52E+05
-3.26E+05
4.72E+05
3.20E+02
4.98E+01
1.23E+03
6912r/min下的油膜特性参数
1.08E+05
7.32E+04
-3.18E+05
4.61E+05
2.31E+02
-7.97E+01
9.80E+02
9.05E+04
1.59E+05
-3.28E+05
4.76E+05
3.10E+02
5.61E+01
1.19E+03
7241r/min下的油膜特性参数
1.06E+05
7.92E+04
-3.17E+05
2.26E+02
-6.66E+01
9.44E+02
8.84E+04
1.67E+05
-3.33E+05
4.83E+05
3.05E+02
6.65E+01
1.16E+03
将以上计算的轴承参数代入转子模型中,分析考虑固定线性轴承动态特性系数下转子的临界转速及振型,以Case4为例,结果如下图11所示。
同理,对Case5和Case6进行分析,汇总结果如表9所示。
表9 固定轴承特性系数下转子在三种工况时的临界转速值
1908
3258
1902
3264
1887
3269
3627
7125
3628
7166
3589
7176
10166
10968
10194
10982
10163
同时,以Case4为例,分析得到Campbell图,以及前六阶进动振型和对数衰减系数值,如图1
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