专利名称：汽轮发电机组碰摩故障的弯扭耦合振动特性分析方法
技术领域：
本发明属于旋转机械转子动力学技术领域，尤其涉及一种汽轮发电机组碰摩故障的弯扭耦合振动特性分析方法。
背景技术：
随着汽轮发电机组向大容量高效率方向的发展，转子与静子的间隙越来越小，导致转静子的碰摩故障不断发生，碰摩故障已成为机组严重的主要故障模式之一。碰摩一旦发生，往往导致机组结构上的损坏，甚至导致灾难性的后果，因此研究大型旋转机械的动静摩擦的振动特性，对于充分利用振动信号诊断摩擦故障，防止转子摩擦向中、晚期过渡，确保设备的安全稳定运行，具有非常重要的意义。关于转子系统碰摩问题的研究一直是转子动力学研究的重要课题，其振动动态特性响应分析的研究是转子动力学的主要内容之一。目前已有众多学者进行了该方面的研究，但这些研究大多针对形如Jeffcott转子的简单转子系统，而对复杂转子系统(如汽轮发电机组转子系统)的碰摩故障的研究则比较少见，复杂转子系统具有比简单转子系统更加复杂的动力学特性，所以有必要研究复杂转子系统的碰摩故障以揭示其动力学特性。分析复杂转子系统的方法主要有模态叠加法、直接时域积分法和传递矩阵法三类，对于汽轮发电机组这样链式结构的转子系统，采用传递矩阵法是一种简单有效的方法；由于机组碰摩故障发生时，轴系弯振和扭振参量相互耦合，机组轴系是一个高度复杂的非线性振动系统，对于这样的系统，采用线性振动理论中的一些求解方法，已不再适用。
发明内容
本发明针对现有技术的不足，提出一种汽轮发电机组碰摩故障的弯扭耦合振动特性分析方法，将逐步积分法的思想与传统传递矩阵法相结合，对非线性方程组中各量进行增量改造，将非线性微分方程转化为关于振动状态增量的线性微分方程，建立起机组基于Riccati变换的弯扭耦合振动增量传递矩阵表达式，可用于汽轮发电机组弯扭耦合振动瞬态动态响应分析。为了实现上述目的，本发明提出的技术方案是，一种汽轮发电机组碰摩故障的弯扭耦合振动特性分析方法，其特征是所述方法包括:步骤1:设定初始时刻h和步进长度Δ t ；步骤2:采集时刻h机组各节点的位移和速度,计算时刻h机组各节点的加速度；步骤3:令 Θ = O ；步骤4:根据时刻t# Θ At机组各节点的位移、速度和加速度,计算时刻t# Θ At机组各轴段的外力/外力矩；步骤5:将时刻tQ+ Θ At机组各轴段的外力/外力矩分别作为时刻tQ+( Θ +1) At机组各轴段的临时外力/临时外力矩；步骤6:根据时刻Θ +1) At机组各轴段的临时外力/临时外力矩，利用基于Riccati变换的轴系弯扭耦合振动增量传递矩阵计算时刻、+( Θ +1) At机组各节点的位移
增量；步骤7:根据时刻VK Θ +1) At机组各节点的位移增量,利用改进的wilson- Θ增量表达式计算时刻、+( Θ+1) At的位移、速度和加速度；步骤8:根据时刻ν( Θ+1) At的位移、速度和加速度，计算时刻V ( Θ+1) At机组各轴段的外力/外力矩；步骤9:判断是否满足设定条件，如果满足设定条件，则执行步骤11 ;否则，执行步骤10 ；所述设定条件为:时刻tQ+(0+l) At机组各轴段的外力/外力矩与时刻t0+( Θ +1) At机组各轴段的临时外力/临时外力矩的差值绝对值小于设定值；步骤10:令时刻tQ+( Θ +1) At机组各轴段的临时外力/临时外力矩等于时刻t0+( Θ +1) At机组各轴段的外力/外力矩，返回步骤6 ；步骤11:令Θ = Θ+1，返回步骤5。所述计算时刻Θ At机组各轴段的外力/外力矩具体为，当轴段为碰摩轴段时，计算时刻tf θ Λ t机组该轴段的摩擦力矩；当轴段为轴颈轴段时，计算时刻tf θ Λ t机组该轴段的油膜力；当轴段为动叶栅所在轴段时，计算时刻h+θ At机组动叶栅受到的蒸汽弯曲力矩；当轴段为发电机绕组轴段时；计算时刻Θ At机组的发电机绕组轴段受到的电磁力矩。所述利用基于Riccati变换的轴系弯扭耦合振动增量传递矩阵计算时刻t0+( Θ +1) At机组各节点的位移增量的计算公式为:
权利要求
1.种汽轮发电机组碰摩故障的弯扭耦合振动特性分析方法，其特征是所述方法包括: 步骤1:设定初始时刻td和步进长度Δ t ； 步骤2:采集时刻h机组各节点的位移和速度,计算时刻h机组各节点的加速度； 步骤3:令Θ = O ； 步骤4:根据时刻td Θ At机组各节点的位移、速度和加速度,计算时刻td Θ At机组各轴段的外力/外力矩； 步骤5:将时刻θ Λ t机组各轴段的外力/外力矩分别作为时刻、+( Θ+1) At机组各轴段的临时外力/临时外力矩； 步骤6:根据时刻‘+(Θ+Ι) At机组各轴段的临时外力/临时外力矩，利用基于Riccati变换的轴系弯扭耦合振动增量传递矩阵计算时刻、+( Θ +1) At机组各节点的位移增量； 步骤7:根据时刻、+( Θ +1) At机组各节点的位移增量，利用改进的wilson- Θ增量表达式计算时刻、+( Θ+1) At的位移、速度和加速度； 步骤8:根据时刻Θ +1) At的位移、速度和加速度,计算时刻Θ +1) At机组各轴段的外力/外力矩； 步骤9:判断是否满足设定条件， 如果满足设定条件，则执行步骤11 ;否则，执行步骤10 ； 所述设定条件为:时刻tQ+( Θ +1) At机组各轴段的外力/外力矩与时刻tQ+( Θ +1) At机组各轴段的临时外力/临时外力矩的差值绝对值小于设定值； 步骤10:令时刻‘+(Θ+Ι) At机组各轴段的临时外力/临时外力矩等于时刻t0+( Θ +1) At机组各轴段的外力/外力矩，返回步骤6 ； 步骤11:令θ = θ+1，返回步骤5。
2.据权利要求1所述的方法，其特征是所述计算时刻h+θAt机组各轴段的外力/外力矩具体为，当轴段为碰摩轴段时，计算时刻Θ △ t机组该轴段的摩擦力矩；当轴段为轴颈轴段时，计算时刻h+θ At机组该轴段的油膜力；当轴段为动叶栅所在轴段时，计算时刻Θ At机组动叶栅受到的蒸汽弯曲力矩；当轴段为发电机绕组轴段时；计算时刻t0+ Θ At机组的发电机绕组轴段受到的电磁力矩。
3.据权利要求1所述的方法，其特征是所述利用基于Riccati变换的轴系弯扭耦合振动增量传递矩阵计算时刻、+( Θ +1) At机组各节点的位移增量的计算公式为:
4.据权利要求1所述的方法，其特征是所述利用改进的Wilson-Θ增量表达式计算时刻、+( Θ +1) At的位移、速度和加速度的计算公式为:.
5.据权利要求1所述 的方法，其特征是所述设定值为0.2%。
全文摘要
本发明公开了旋转机械转子动力学技术领域中的一种汽轮发电机组碰摩故障的弯扭耦合振动特性分析方法。该方法将逐步积分法的思想与传统传递矩阵法相结合，对非线性方程组中各量进行增量改造，将非线性微分方程转化为关于振动状态增量的线性微分方程；在对表达式进行增量改造基础上，建立起机组基于Riccati变换的弯扭耦合振动增量传递矩阵表达式，通过代入多次迭代计算的外力和外力矩，即可进行机组碰摩时弯扭耦合振动瞬态动态响应分析。本发明可适用于类似汽轮发电机组这样的复杂转子系统，分析结果更准确；也可用于强非线性系统的求解，拓展了传递矩阵法在非线性领域的应用。
文档编号G01M15/00GK103091107SQ20131001122
公开日2013年5月8日 申请日期2013年1月11日 优先权日2013年1月11日
发明者何成兵, 顾煜炯, 王争明, 刘京 申请人:华北电力大学