CN112464529A - 柔性支撑汽轮发电机组运行状态下载荷分配实时计算方法 - Google Patents

Abstract

柔性支撑汽轮发电机组运行状态下载荷分配实时计算方法，1)使用有限元法建立轴系及轴承模型，使用轴承原始标高计算刚性支撑静载荷分配，在此基础上考虑弹簧弹性及油膜厚度影响，迭代计算得到柔性基础汽轮发电机组运行状态下的载荷分配；2)计算得到运行状态下柔性支撑载荷分配与刚性支撑静载荷分配的影响系数关系曲线；3)按照曲线可在实际运行时实时计算得到当前转速下的轴系载荷分配。为更精确的计算运行状态下的载荷分配必须考虑到柔性基础本身的变形量以及轴承油膜的厚度，其关键技术就是柔性支撑、运行状态下载荷分配影响系数曲线的确定。

Description

柔性支撑汽轮发电机组运行状态下载荷分配实时计算方法

技术领域

本发明涉及旋转机械状态监测技术领域，特别涉及柔性支撑汽轮发电机组运行状态下载荷分配实时计算方法。

背景技术

目前国内大多数汽轮发电机组均使用刚性支撑基础，由于刚性支撑刚度较大，支撑本身的变化量在载荷分配计算中可忽略不计，因此其载荷分配容易计算。近年来，随着柔性基础在大容量火电、核电机组上的广泛应用，柔性基础带来了轴系载荷分配的变化，同时运行状态下载荷分配一直没有特别准确有效的测量方法。为更精确的计算运行状态下的载荷分配，辅助判断轴系运行状态，必须考虑到柔性基础本身的变形量以及轴承油膜的厚度，其关键技术就是柔性支撑、运行状态下载荷分配影响系数曲线的确定。

发明内容

为了克服以上技术问题，本发明的目的在于提供一种柔性支撑汽轮发电机组运行状态下载荷分配实时计算方法，为使用柔性基础的汽轮发电机组轴系运行状态监测提供数据支持。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种柔性支撑汽轮发电机组运行状态下载荷分配实时计算方法，包括以下步骤；

1)使用有限元法建立轴系及轴承模型，使用轴承原始标高计算刚性支撑静载荷分配，在此基础上考虑弹簧弹性及油膜厚度影响，迭代计算得到柔性基础汽轮发电机组运行状态下的载荷分配；

2)计算得到运行状态下柔性支撑载荷分配与刚性支撑静载荷分配的影响系数关系曲线；

3)按照曲线可在实际运行时实时计算得到当前转速下的轴系载荷分配。

所述步骤1)具体步骤如下：

1)按照转子质量和抗弯刚度不变的等效原则，按有限元法将大型汽轮发电机组简化为集总质量模型，确定各轴承处原始标高h_i ⁽⁰⁾，使用有限元法根据轴段的力平衡和变形关系得到刚性基础静止状态下的各轴承载荷分配W_i ⁽⁰⁾(i是轴承编号)；

2)按照W_i ⁽⁰⁾的静载荷分配计算各轴承处垂直方向油膜厚度与转子转速关系曲线，确定不同转速下第i个轴承处垂直方向油膜厚度

(r)(i是轴承编号，r是转速，其取值从垂直方向油膜厚度与转子转速关系曲线图中读取)；

3)根据W_i ⁽⁰⁾及相应轴承处支撑刚度k_i的大小确定第i个轴承处弹簧伸缩量l_i ⁽¹⁾，使得：

4)使用计算得到的h_i ⁽¹⁾(r)代替h_i ⁽⁰⁾后重复步骤1)，得到新的载荷分配W_i ⁽¹⁾(r)；

5)比较W_i ⁽ⁿ⁾(n)与W_i ^(n-1)(n)之间的差别，当

时，使用

(r)和W_i ⁽ⁿ⁾(r)代替

(r)和W_i ^(n-1)(r)并重复步骤1)至步骤4)，当

时，W_i ⁽ⁿ⁾(r)即柔性支撑、运行状态下的计算真实载荷。

所述步骤2)具体步骤如下：

计算运行状态下柔性支撑与刚性支撑间载荷分配的影响系数曲线：

所述步骤3)具体步骤如下：

针对具体机组，按照步骤1)和步骤2)计算得到其刚性支撑状态下的轴系静载荷分配，以及运行状态下柔性支撑与刚性支撑间载荷分配的影响系数曲线，即可在实际运行时实时计算得到当前转速下的轴系载荷分配。

W_i ⁽ⁿ⁾(r)＝W_i ⁽⁰⁾×α_i(n)。

本发明的有益效果：

1)当前载荷分配主要是依靠静态下测量计算，但运行状态与静止状态的载荷分配存在显著差别，使本发明可以计算使用柔性基础的机组运行状态下的实际载荷分配；

2)运行状态下的轴系载荷分配需要实测运行时的标高变化，测量成本巨大，且受测点安装因素影响存在误差，本发明是通过精确计算得到运行状态下的载荷分配，有效减少了测量成本；

3)本方法实现了载荷分配的实时计算，可以为机组轴系运行安全状态的检验分析提供及时的支持。

附图说明：

图1为本发明有限元法将大型汽轮发电机组简化为集总质量模型。

图2为运行状态下柔性支撑载荷分配与刚性支撑静载荷分配的影响系数关系曲线。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细说明。

柔性支撑汽轮发电机组运行状态下载荷分配实时计算方法分成柔性基础汽轮发电机组运行状态下的载荷分配的计算、影响系数关系曲线的确定和运行状态下轴系载荷分配的确定三个步骤，三个步骤一起共同实现准确、高效的现场动平衡。具体如下：

1、使用有限元法建立轴系及轴承模型，使用轴承原始标高计算刚性支撑静载荷分配，在此基础上考虑弹簧弹性及油膜厚度影响，迭代计算得到柔性基础汽轮发电机组运行状态下的载荷分配；

1)按照转子质量和抗弯刚度不变的等效原则，按有限元法将大型汽轮发电机组简化为集总质量模型(如附图1)，确定各轴承处原始标高h_i ⁽⁰⁾，使用有限元法根据轴段的力平衡和变形关系得到刚性基础静止状态下的各轴承载荷分配W_i ⁽⁰⁾(i是轴承编号)；

2)按照W_i ⁽⁰⁾的静载荷分配计算各轴承处垂直方向油膜厚度与转子转速关系曲线，确定不同转速下第i个轴承处垂直方向油膜厚度

(r)(i是轴承编号，r是转速，其取值从垂直方向油膜厚度与转于转速关系曲线图中读取)；

3)根据W_i ⁽⁰⁾及相应轴承处支撑刚度k_i的大小确定第i个轴承处弹簧伸缩量l_i ⁽¹⁾，使得：

4)使用计算得到的h_i ⁽¹⁾(r)代替h_i ⁽⁰⁾后重复步骤1)，得到新的载荷分配W_i ⁽¹⁾(r)；

5)比较W_i ⁽ⁿ⁾(n)与W_i ^(n-1)(n)之间的差别，当

时，使用

(r)和W_i ⁽ⁿ⁾(r)代替

(r)和W_i ^(n-1)(r)并重复步骤1)至步骤4)，当

时，W_i ⁽ⁿ⁾(r)即柔性支撑、运行状态下的计算真实载荷；

3、计算得到运行状态下柔性支撑载荷分配与刚性支撑静载荷分配的影响系数关系曲线(如附图2)：

计算运行状态下柔性支撑与刚性支撑间载荷分配的影响系数曲线：

4、按照曲线可在实际运行时实时计算得到当前转速下的轴系载荷分配：

针对具体机组，按照步骤1)和步骤2)计算得到其刚性支撑状态下的轴系静载荷分配，以及运行状态下柔性支撑与刚性支撑间载荷分配的影响系数曲线，即可在实际运行时实时计算得到当前转速下的轴系载荷分配。

W_i ⁽ⁿ⁾(r)＝W_i ⁽⁰⁾×α_i(n)。

Claims (4)

1.一种柔性支撑汽轮发电机组运行状态下载荷分配实时计算方法，其特征在于，包括以下步骤；

1)使用有限元法建立轴系及轴承模型，使用轴承原始标高计算刚性支撑静载荷分配，在此基础上考虑弹簧弹性及油膜厚度影响，迭代计算得到柔性基础汽轮发电机组运行状态下的载荷分配；

2)计算得到运行状态下柔性支撑载荷分配与刚性支撑静载荷分配的影响系数关系曲线；

3)按照曲线可在实际运行时实时计算得到当前转速下的轴系载荷分配。

2.根据权利要求1所述的一种柔性支撑汽轮发电机组运行状态下载荷分配实时计算方法，其特征在于，所述步骤1)具体步骤如下：

1)按照转子质量和抗弯刚度不变的等效原则，按有限元法将大型汽轮发电机组简化为集总质量模型，确定各轴承处原始标高h_i ⁽⁰⁾，使用有限元法根据轴段的力平衡和变形关系得到刚性基础静止状态下的各轴承载荷分配W_i ⁽⁰⁾(i是轴承编号)；

2)按照W_i ⁽⁰⁾的静载荷分配计算各轴承处垂直方向油膜厚度与转子转速关系曲线，确定不同转速下第i个轴承处垂直方向油膜厚度

(i是轴承编号，r是转速，其取值从垂直方向油膜厚度与转子转速关系曲线图中读取)；

3)根据W_i ⁽⁰⁾及相应轴承处支撑刚度k_i的大小确定第i个轴承处弹簧伸缩量l_i ⁽¹⁾，使得：

4)使用计算得到的h_i ⁽¹⁾(r)代替h_i ⁽⁰⁾后重复步骤1)，得到新的载荷分配W_i ⁽¹⁾(r)；

5)比较W_i ⁽ⁿ⁾(n)与W_i ^(n-1)(n)之间的差别，当

时，使用

和W_i ⁽ⁿ⁾(r)代替

和W_i ^(n-1)(r)并重复步骤1)至步骤4)，当

时，W_i ⁽ⁿ⁾(r)即柔性支撑、运行状态下的计算真实载荷。

3.根据权利要求1所述的一种柔性支撑汽轮发电机组运行状态下载荷分配实时计算方法，其特征在于，所述步骤2)具体步骤如下：

计算运行状态下柔性支撑与刚性支撑间载荷分配的影响系数曲线：

4.根据权利要求1所述的一种柔性支撑汽轮发电机组运行状态下载荷分配实时计算方法，其特征在于，所述步骤3)具体步骤如下：

针对具体机组，按照步骤1)和步骤2)计算得到其刚性支撑状态下的轴系静载荷分配，以及运行状态下柔性支撑与刚性支撑间载荷分配的影响系数曲线，即可在实际运行时实时计算得到当前转速下的轴系载荷分配；

W_i ⁽ⁿ⁾(r)＝W_i ⁽⁰⁾×α_i(n)。

Images