[發(fā)明專利]一種汽輪發(fā)電機(jī)組軸系發(fā)生汽封碰磨故障分析方法及裝置

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202010469341.9
• 申請日: 2020-05-28
• 公開（公告）號: CN111651919B
• 公開（公告）日: 2023-04-25
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 崔亞輝;張俊杰;蔣東翔;陳景明;劉超;徐亞濤;陳創(chuàng)社;孫鵬;趙宗彬;渠福來
• 申請（專利權(quán)）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(xué)
• 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(chǎn)權(quán)代理有限公司 11315
• 代理人: 王思超

本發(fā)明實(shí)施例公開了一種汽輪發(fā)電機(jī)組軸系發(fā)生汽封碰磨故障分析方法及裝置，用于解決如何實(shí)現(xiàn)實(shí)際大型汽輪發(fā)電機(jī)組軸系發(fā)生汽封碰磨故障熱固耦合的問題，該方法包括：建立實(shí)際汽輪發(fā)電機(jī)組的軸系的有限元模型，并將汽封碰磨的模型與有限元模型關(guān)聯(lián)；根據(jù)關(guān)聯(lián)關(guān)系，轉(zhuǎn)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(guān)系，確定發(fā)生汽封碰磨；在發(fā)生汽封碰磨的情況下，確定汽封圈受彈簧片的預(yù)緊力、轉(zhuǎn)子在碰磨點(diǎn)的速度、轉(zhuǎn)子的受力；根據(jù)軸系各節(jié)點(diǎn)的平動位移向量、汽封圈受彈簧片的預(yù)緊力、轉(zhuǎn)子在碰磨點(diǎn)的速度和轉(zhuǎn)子的受力，確定轉(zhuǎn)子的彎矩；根據(jù)轉(zhuǎn)子的彎矩，確定發(fā)生汽封碰磨故障的轉(zhuǎn)子的摩擦熱源。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明實(shí)施例涉及汽輪發(fā)電機(jī)技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種汽輪發(fā)電機(jī)組軸系發(fā)生汽封碰磨故障分析方法及裝置。

背景技術(shù)

汽封碰磨是轉(zhuǎn)動的轉(zhuǎn)子與靜止的汽封之間的碰摩現(xiàn)象，是典型的動靜碰摩故障。動靜碰摩故障是旋轉(zhuǎn)機(jī)械在運(yùn)行過程中最為常見的故障之一，它是造成機(jī)械頻繁檢修和失效的主要原因。碰摩故障涉及的物理現(xiàn)象包括：不平衡響應(yīng)下的非線性、分形、混沌現(xiàn)象；因摩擦力產(chǎn)生的反向渦動失穩(wěn)現(xiàn)象；臨界轉(zhuǎn)速提高的剛化效應(yīng)；因摩擦生熱產(chǎn)生的Newkirk效應(yīng)等。前三類現(xiàn)象為碰磨的非線性特性產(chǎn)生的，多出現(xiàn)在高速輕載的轉(zhuǎn)子系統(tǒng)。而發(fā)生在600MW等級機(jī)組的汽封碰磨，由于轉(zhuǎn)子的質(zhì)量重慣性大，且工作轉(zhuǎn)速相對較低，因此動靜碰摩故障的非線性現(xiàn)象不明顯，而摩擦生熱產(chǎn)生的Newkirk效應(yīng)較為顯著。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明實(shí)施例提供一種汽輪發(fā)電機(jī)組軸系發(fā)生汽封碰磨故障分析方法及裝置，用于解決如何實(shí)現(xiàn)實(shí)際大型汽輪發(fā)電機(jī)組軸系發(fā)生汽封碰磨故障熱固耦合的問題。

本發(fā)明實(shí)施例采用下述技術(shù)方案：

第一方面，提供了一種汽輪發(fā)電機(jī)組軸系發(fā)生汽封碰磨故障分析方法，所述方法包括：

根據(jù)實(shí)際汽輪發(fā)電機(jī)組的軸系結(jié)構(gòu)，建立實(shí)際汽輪發(fā)電機(jī)組的軸系的有限元模型，并將汽封碰磨的模型與實(shí)際汽輪發(fā)電機(jī)組的軸系的有限元模型關(guān)聯(lián)；

根據(jù)所述關(guān)聯(lián)關(guān)系，所述實(shí)際汽輪發(fā)電機(jī)組的轉(zhuǎn)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(guān)系，確定發(fā)生汽封碰磨；

在發(fā)生汽封碰磨的情況下，確定汽封圈受彈簧片的預(yù)緊力、轉(zhuǎn)子在碰磨點(diǎn)的速度、轉(zhuǎn)子的受力；

根據(jù)軸系各節(jié)點(diǎn)的平動位移向量、所述汽封圈受彈簧片的預(yù)緊力、轉(zhuǎn)子在碰磨點(diǎn)的速度和轉(zhuǎn)子的受力，確定轉(zhuǎn)子的彎矩；

根據(jù)轉(zhuǎn)子的彎矩，確定發(fā)生汽封碰磨故障的轉(zhuǎn)子的摩擦熱源。

進(jìn)一步的，根據(jù)軸系各節(jié)點(diǎn)的平動位移向量、所述汽封圈受彈簧片的預(yù)緊力、轉(zhuǎn)子在碰磨點(diǎn)的速度和轉(zhuǎn)子的受力，確定轉(zhuǎn)子的彎矩，表達(dá)式為：

其中，為軸系各節(jié)點(diǎn)的加速度向量組，為軸系各節(jié)點(diǎn)的速度向量組，為軸系各節(jié)點(diǎn)的平動位移向量組，M為質(zhì)量矩陣，C為阻尼矩陣，G為陀螺效應(yīng)產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)矩陣，K為剛度矩陣，Ω為轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速，為轉(zhuǎn)子未發(fā)生碰磨前所受到的激振力，為轉(zhuǎn)子各節(jié)點(diǎn)因碰磨受到的摩擦力，為轉(zhuǎn)子各節(jié)點(diǎn)因碰磨受到的法向接觸力，為轉(zhuǎn)子因碰磨熱效應(yīng)受到的截面彎矩。

進(jìn)一步的，根據(jù)轉(zhuǎn)子的彎矩，確定發(fā)生汽封碰磨故障的轉(zhuǎn)子的摩擦熱源，表達(dá)式為：

其中，t為溫度，pc為熱容，λ為導(dǎo)熱系數(shù)，為摩擦熱源，k為轉(zhuǎn)子得到的摩擦熱百分比，h為對流換熱系數(shù)，其大小與換熱工質(zhì)和流動狀態(tài)有關(guān)。

進(jìn)一步的，轉(zhuǎn)子的受力包括轉(zhuǎn)子各節(jié)點(diǎn)因碰磨受到的法向接觸力，則確定轉(zhuǎn)子各節(jié)點(diǎn)因碰磨受到的法向接觸力的表達(dá)式為：