[發明專利]汽輪發電機組軸系扭振暫態響應實時計算方法

無效

• 申請號: 200910243087.4
• 申請日: 2009-12-25
• 公開（公告）號: CN102110186A
• 公開（公告）日: 2011-06-29
• 發明（設計）人: 鄭巍;常富杰;劉全;張濤
• 申請（專利權）人: 北京四方繼保自動化股份有限公司;北京四方博能自動化設備有限公司
• 主分類號: G06F19/00
• 分類號: G06F19/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及一種機械軸系扭振暫態響應實時計算方法，尤其是適用于電廠接入的電網出現故障時的發電機組軸系扭振響應的實時計算。

背景技術

當電網發生單相瞬態、單相永久、三相永久等故障時，發電機組軸系將產生扭轉振動，計算故障從開始到結束這一段時間內扭轉振動造成的機組軸系疲勞壽命損傷是極為必要的，而機組軸系的聯軸器部位是最易發生疲勞破壞的位置，因此需要給出這一段時間內軸系扭轉振動響應，尤其是聯軸器部位的扭矩。

計算汽輪發電機組軸系扭轉振動響應，目前廣泛應用的有實驗測試法(汽輪發電機組扭振測試系統的研究，振動、測試與診斷，2000年第20卷第2期，134-138)和有限元軟件分析法(600MW汽輪發電機組軸系非線性動力學響應分析，熱能動力工程，2005年第20卷第2期，178-181)。實驗測試法是根據軸系扭轉動力特性來測試和監測扭振狀態。扭轉動特性測試的目的是獲取扭振動力參數，主要包括扭振固有頻率、振型和阻尼系數等。扭振的激勵可以采用方式有：并網、甩負荷、短路、重合閘等，這種人為實驗方法能得到軸系扭轉振動響應的真實數據，但實驗經濟成本很高。有限元軟件分析法是根據大型商用有限元軟件如ANSYS、ABAQUS等，建立機組軸系的三維實體模型，劃分網格，施加一段時間內的激振力，分析得到軸系扭轉振動響應；這種方法受到模型規模和精度的影響，同時汽輪發電機組軸系尺寸大、幾何形狀復雜，造成這種方法計算時間很長。

因此，目前尚缺乏一種應用于在線實時測量、適用于檢測裝置，成本適當的、能快速得到汽輪發電機組軸系扭轉振動響應的適合工程計算的方法。

發明內容

本發明的技術解決問題：提供一種以汽輪發電機組軸系多質量塊模型為對象的扭轉振動暫態響應數值的實時計算方法，能夠實現一段時間內每一瞬時聯軸器部位扭矩的快速計算。

本發明的技術方案是：汽輪發電機組軸系扭轉振動暫態響應數值的實時計算方法，其方法流程如下：

(1)將汽輪發電機組軸系分解為多個質量塊，由各質量塊的基本數據和各質量塊的激振力數據構成軸系扭轉的自由振動方程和受迫振動方程；

(2)由軸系扭轉的自由振動方程求解軸系扭轉振動的固有頻率和固有振型，構成振型矩陣；

(3)將軸系扭轉的受迫振動方程從實際坐標下變換到模態坐標下；

(4)由模態坐標下的軸系扭轉受迫振動方程求解軸系在模態坐標下的扭轉振動響應；

(5)將軸系扭轉振動響應從模態坐標下變換回實際坐標下，得到軸系扭轉振動響應的真實數據。

所述步驟(1)中的多個質量塊分別代表汽輪發電機組各個轉子。各質量塊基本數據為各質量塊的轉動慣量和扭轉剛度。

所述步驟(1)中的激振力數據為計算時間內每一瞬時各質量塊上的作用力。自由振動方程和受迫振動方程由牛頓第二定律推導得出。

所述步驟(2)中由軸系扭轉的自由振動方程求解軸系扭轉振動的固有頻率和固有振型，求解方法為復模態法。振型矩陣是由固有振型組成的高階矩陣。

所述步驟(3)中將軸系扭轉受迫振動方程從實際坐標下變換到模態坐標下，方法是利用振型矩陣進行矩陣線性變換。

所述步驟(4)中由模態坐標下的軸系扭轉受迫振動方程求解軸系在模態坐標下的扭轉振動響應。軸系在模態坐標下的扭轉振動響應，是指計算時間內每一瞬時各質量塊的位移和速度。

所述步驟(5)中將軸系扭轉振動響應從模態坐標下變換回實際坐標下，方法是利用振型矩陣的逆矩陣進行矩陣線性變換。軸系扭轉振動響應的真實數據，是指計算時間內每一瞬時每兩個質量塊之間，即聯軸器部位的扭矩。

本發明與現有技術相比的有益效果是：應用本發明不需對汽輪發電機組軸系的扭轉振動響應進行實際測試實驗，避免了高額實驗費用；另一方面，本發明是基于公理和通用數值算法的純數學計算過程，避免了使用有限元軟件分析的三維建模、網格劃分等過程，大大縮短了計算時間(在CPU主頻1.8GHz，內存512MB計算機環境下測試，15000個瞬時計算點花費時間約為5秒，每個計算點花費時間約為0.35毫秒)。因此，本發明是一種低成本的、能快速并且實時得到汽輪發電機組軸系扭轉振動響應的工程計算方法。

附圖說明

圖1為本發明所例四質量塊模型。

圖2為本發明適用裝置采集圖。

圖3為本發明的方法流程圖。

具體實施方式

如圖3所示，本發明的方法流程如下(以四個質量塊為例，見圖1)：

1.建立四質量塊系統的振動方程