大型汽輪發(fā)電機作為發(fā)電廠必不可少的一部分,其裝機容量隨著國內(nèi)各行業(yè)對電力需求量的增加在不斷增加。為了提高能量的利用效率以及加大環(huán)境保護的力度,大部分電廠采用大型超臨界和超臨界汽輪發(fā)電機組。大型汽輪發(fā)電機組與小型發(fā)電機組對比,發(fā)電機組的單機容量大大增加,而軸系的體積變大,長度變長,軸系的結(jié)構(gòu)也變得更加復(fù)雜,從而導(dǎo)致軸系的剛度下降。
因此,當(dāng)大型汽輪發(fā)電機組受到來自外部的激勵時,很可能會出現(xiàn)彎曲振動以及扭轉(zhuǎn)振動的危險情況,極大降低軸系零部件的壽命,從而威脅整個機械設(shè)備。彎曲振動的振動現(xiàn)象比較明顯,20世紀(jì)初許多學(xué)者已經(jīng)開始研究。
由于扭轉(zhuǎn)振動不易發(fā)現(xiàn)且對軸系造成的損傷隱蔽性特別強,所以當(dāng)達到發(fā)電機軸系能承受的臨界點時,很有可能造成軸系斷裂,進而導(dǎo)致巨大的災(zāi)難和經(jīng)濟損失。
許多國內(nèi)外學(xué)者對發(fā)電機軸系扭振特性進行了深入研究。對發(fā)電機軸系進行研究之前,需要對發(fā)電機軸系進行建模,一般的建模方法有分段質(zhì)量模型、集中質(zhì)量模型和連續(xù)質(zhì)量模型。
在過去幾十年中,國內(nèi)外學(xué)者在對軸系扭振特性的研究中取得了重大的突破。
Riccati傳遞矩陣法具有計算結(jié)果精確、計算速度快、占內(nèi)存少等優(yōu)點,使得它已成為分析計算汽輪發(fā)電機組軸系的扭轉(zhuǎn)振動固有特性的常用方法。改進Riccati傳遞矩陣法通過Riccati變換,把微分方程的兩點邊值問題變成一點初值問題,在保留傳統(tǒng)傳遞矩陣法所有優(yōu)點的同時,從根本上解決了傳遞矩陣法的數(shù)值穩(wěn)定性問題,還提高了計算精度。因此,本文總結(jié)過去軸系扭振特性計算的經(jīng)驗,用改進的Riccati傳遞矩陣法對某大型汽輪發(fā)電機組軸系進行固有頻率的計算。
圖4 用Ansys建立的某汽輪發(fā)電機軸系模型