[發明專利]一種汽輪發電機組軸系發生汽封碰磨故障分析方法及裝置

有效

• 申請號: 202010469341.9
• 申請日: 2020-05-28
• 公開（公告）號: CN111651919B
• 公開（公告）日: 2023-04-25
• 發明（設計）人: 崔亞輝;張俊杰;蔣東翔;陳景明;劉超;徐亞濤;陳創社;孫鵬;趙宗彬;渠福來
• 申請（專利權）人: 中國神華能源股份有限公司國華電力分公司;神華國華（北京）電力研究院有限公司;清華大學
• 主分類號: G06F30/23
• 分類號: G06F30/23;G06F119/14;G06F119/08
• 代理公司: 北京國昊天誠知識產權代理有限公司 11315
• 代理人: 王思超

1.一種汽輪發電機組軸系發生汽封碰磨故障分析方法，其特征在于，包括：

根據實際汽輪發電機組的軸系結構，建立實際汽輪發電機組的軸系的有限元模型，并將汽封碰磨的模型與實際汽輪發電機組的軸系的有限元模型關聯；

根據所述關聯關系，所述實際汽輪發電機組的轉子中心和汽封圈中心的相對位移，汽封圈的間隙半徑，及相對位移與汽封圈的間隙半徑的關系，確定發生汽封碰磨；

在發生汽封碰磨的情況下，確定汽封圈受彈簧片的預緊力、轉子在碰磨點的速度、轉子的受力；

根據軸系各節點的平動位移向量、所述汽封圈受彈簧片的預緊力、轉子在碰磨點的速度和轉子的受力，確定轉子的彎矩；

根據轉子的彎矩，確定發生汽封碰磨故障的轉子的摩擦熱源；

所述根據軸系各節點的平動位移向量、所述汽封圈受彈簧片的預緊力、轉子在碰磨點的速度和轉子的受力，確定轉子的彎矩，表達式為：

其中，為軸系各節點的加速度向量組，為軸系各節點的速度向量組，為軸系各節點的平動位移向量組，M為質量矩陣，C為阻尼矩陣，G為陀螺效應產生的旋轉矩陣，K為剛度矩陣，Ω為轉子的轉速，為轉子未發生碰磨前所受到的激振力，為轉子各節點因碰磨受到的摩擦力，為轉子各節點因碰磨受到的法向接觸力，為轉子因碰磨熱效應受到的截面彎矩；

所述根據轉子的彎矩，確定發生汽封碰磨故障的轉子的摩擦熱源，表達式為：

其中，t為溫度，pc為熱容，λ為導熱系數，為摩擦熱源，k為轉子得到的摩擦熱百分比，h為對流換熱系數，其大小與換熱工質和流動狀態有關。

2.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，轉子的受力包括轉子各節點因碰磨受到的法向接觸力，則確定轉子各節點因碰磨受到的法向接觸力的表達式為：

其中，k_s為彈簧片的等效剛度，為軸系各節點的平動位移值，F_in為彈簧片的預緊力。

3.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，轉子的受力包括轉子各節點因碰磨受到的摩擦力，則確定轉子各節點因碰磨受到的摩擦力的表達式為：

其中，μ_s為摩擦系數，的方向由汽封與轉子在摩擦點切向相對速度決定。

4.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，確定汽封圈受彈簧片的預緊力的表達式為：

其中，彈簧片的工作半徑為R，ks為彈簧片的等效剛度。

5.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，轉子在碰磨點的速度的表達式為：

其中，為軸系各節點的速度向量，彈簧片的工作半徑為R，ks為彈簧片的等效剛度，K為剛度矩陣。

6.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，在根據轉子的彎矩，確定發生汽封碰磨故障的轉子的摩擦熱源之后，包括：

根據熱邊界條件和轉子的摩擦熱源，確定轉子與汽封發生碰磨的運動軌跡。

7.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，根據熱邊界條件和轉子的摩擦熱源，確定轉子與汽封發生碰磨的運動軌跡，表達式為：

M_thz＝∫_Aγ₀Et(y,z)ydA

M_thy＝∫_Aγ₀Et(y,z)zdA

其中，幅值衰減率γ＝0.005。

8.一種汽輪發電機組軸系發生汽封碰磨故障分析裝置，其特征在于，所述裝置包括：

建立模塊，用于根據實際汽輪發電機組的軸系結構，建立實際汽輪發電機組的軸系的有限元模型，并將汽封碰磨的模型與實際汽輪發電機組的軸系的有限元模型關聯；

第一確定模塊，用于根據所述關聯關系，所述實際汽輪發電機組的轉子中心和汽封圈中心的相對位移，汽封圈的間隙半徑，及相對位移與汽封圈的間隙半徑的關系，確定發生汽封碰磨；

第二確定模塊，用于在發生汽封碰磨的情況下，確定汽封圈受彈簧片的預緊力、轉子在碰磨點的速度、轉子的受力；

第三確定模塊，用于根據軸系各節點的平動位移向量、所述汽封圈受彈簧片的預緊力、轉子在碰磨點的速度和轉子的受力，確定轉子的彎矩；

第四確定模塊，用于根據轉子的彎矩，確定發生汽封碰磨故障的轉子的摩擦熱源；

所述第三確定模塊根據軸系各節點的平動位移向量、所述汽封圈受彈簧片的預緊力、轉子在碰磨點的速度和轉子的受力，確定轉子的彎矩，表達式為：

其中，為軸系各節點的加速度向量組，為軸系各節點的速度向量組，為軸系各節點的平動位移向量組，M為質量矩陣，C為阻尼矩陣，G為陀螺效應產生的旋轉矩陣，K為剛度矩陣，Ω為轉子的轉速，為轉子未發生碰磨前所受到的激振力，為轉子各節點因碰磨受到的摩擦力，為轉子各節點因碰磨受到的法向接觸力，為轉子因碰磨熱效應受到的截面彎矩；

所述第四確定模塊根據轉子的彎矩，確定發生汽封碰磨故障的轉子的摩擦熱源，表達式為：

其中，t為溫度，pc為熱容，λ為導熱系數，為摩擦熱源，k為轉子得到的摩擦熱百分比，h為對流換熱系數，其大小與換熱工質和流動狀態有關。