1 100 MW级汽轮发电机轴系动力特性计算分析

陈锦辉，邵亚声

(上海电气电站设备有限公司发电机厂，上海 200240)

0 引言

汽轮发电机组轴系中发电机转子最长，临界转速最低，因此优良的发电机-励磁机转子组成轴系的振动特性是机组安全稳定运行的重要因素［1］。笔者以1 100 MW级汽轮发电机为计算模型，通过设计计算和分析研究，使得发电机-励磁机轴系有良好的振动特性［2］。计算模型见图1。

图1 计算模型图

1 模型化及计算规则

对于各轴段，需计算以下参数:

L——轴段长度;

W——轴段重量;

I——轴段惯性矩;

Di——轴段内径;

Do——轴段外径;

ρ——轴密度。

1.1 规格化轴段的计算

对于规格化轴段，如图2所示:

图2 规格化轴段计算图

1.2 非规格化轴段的计算

对非规格化轴段，根据其结构特点，采取不同模型化方法。如风扇段、绕组段，需考虑附加重量;本体段，需考虑垂直方向和水平方向的惯性矩I。

2 临界转速计算

通过计算得到小轴系临界转速，见表1。

表1 小轴系临界转速计算结果

根据GB/T 7064—2008透平型同步电机技术要求的规定:发电机转子临界转速设计值应避开额定转速的90%～110%。本型发电机额定转速为1 500 r/min，因此其临界转速应低于1 350 r/min或高于1 650 r/min。

经试验实测发电机一阶临界转速为800 r/min，这与计算值基本吻合。

各阶模态图见图3～图6。

3 高周疲劳应力计算

计算发电机转子本体两端面的高周疲劳应力，一侧端面处应力为σ1=17.8 MPa，另一端面处应力为σ2=11.0 MPa，高周疲劳许用应力［σ］=29 MPa，σ1＜［σ］，σ2＜［σ］，因此是安全的。

4 不平衡响应计算

通过计算，得到各转速下各处轴颈处的不平衡响应量，见表2。

表2 各转速下各处轴颈处的不平衡响应量计算结果 μm

由表2可知:额定转速及各阶临界转速下的轴颈不平衡响应值均满足规范中“额定转速下小于50 μm，各阶临界转速下小于225 μm”的要求，见图7～图9。

图9 一阶临界转速时3号轴颈处的不平衡响应图

5 结语

通过计算，小轴系临界转速、高周疲劳应力、不平衡响应均符合设计要求，这为机组的安全运行提供了可靠的依据。

［1］汪耕，李希明.大型汽轮发电机设计、制造与运行［M］.上海:上海科学技术出版社，2000.

［2］吴淇泰.振动分析［M］.杭州:浙江大学出版社，1989.