强声波激励下转子叶片的振动分析

某亚临界600 MW机组励磁机转子振动分析及处理
赵鑫;冀丰强;张丰;崔彦亭
【期刊名称】《机电信息》
【年(卷),期】2024()1
【摘要】针对某亚临界600 MW机组励磁机转子启动过程中振动不稳定且一阶临界转速下轴振超标和运行中振动持续爬升问题,分析振动特征和故障原因,诊断启动过程中振动不稳定的原因为励磁机末端轴承载荷下降,经检查发现末端轴承球面垫块磨损严重且出现裂纹,更换球面顶丝和垫块后,机组顺利并网运行。

励磁机一阶临界转速下轴振超标和运行中振动持续爬升的根本原因为发励联轴器止口间隙异常,检查发现发励联轴器止口间隙超出设计值,利用检修机会补焊发励联轴器止口、返厂进行高速动平衡,启动并网后振动持续爬升和一阶临界转速下振动问题均得到有效解决。

【总页数】4页(P66-69)
【作者】赵鑫;冀丰强;张丰;崔彦亭
【作者单位】天津大唐国际盘山发电有限责任公司;大唐华北电力试验研究院【正文语种】中文
【中图分类】TK268.1
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汽轮机调节级动叶片强度振动分析和安全评价摘要：汽轮机组的第一级叶片由于级功率的增加以及处于高温、高压的工作环境，叶片的安全性都需要特别考虑。

通常，该类叶片的静强度均能得到较好的满足，叶片的动强度是结构设计需要重点考虑的内容。

采用喷嘴配汽后的第一级叶片称为调节级叶片，相对节流配汽的第一级叶片来说，由于级的焓降及压差更大以及部分进汽激振力的作用，叶片强度设计条件更加恶劣，为了保留足够的强度裕度，调节级动叶片具有更大刚性，结构复杂等特点。

基于此，本文主要对汽轮机调节级动叶片强度振动和安全评价进行分析探讨。

关键词：汽轮机；调节级动叶片；强度振动；安全评价前言大功率汽轮机组的第一级叶片由于大负荷、高温以及部分进汽等因素，无论从经济性还是从安全性方面来看，调节级在大功率汽轮机所有零部件中，其工作条件都是最恶劣的。

从历史的角度和在世界范围内来看，设计和开发一个相对高效率、安全和制作较容易的调节级，其本身就是一大挑战。

调节级设计中面临的具体问题很多。

由于成圈结构对叶片动强度的明显改善，世界各透平制造厂家早就尝试对调节级使用成圈结构，但由于激振力大和温度高等原因难度极大。

因为短叶片（即大刚度叶片），尤其是高温段的短叶片成圈结构其频率特性是很难把握的。

调节级叶片的使用对机组功率几乎无限制要求，考虑强度工况，单调节级机组功率可以达到700MW，对于更大功率的机组，综合考虑叶片安全性及级损失，一般考虑设计成双调节级结构。

工作状况恶劣以及单机功率的增加，要求调节级动叶片频率必须避开共振，以降低叶片振动应力。

为了满足调节级动叶基本的强度要求以及增加叶片刚性，调节级叶片通常会采用一些特殊的结构，如在大功率汽轮机用得较多的自带围带加铆接围带结构。

由于高刚性以及高温对叶片最终运行状态的影响，调节级叶片工作状态下频率通常很难用试验方法获得，采用常规振动计算方法时，由于此类叶片结构复杂以及大刚性的影响，很难考虑振动下传以及铆接围带对频率的影响，导致频率计算可靠性较差。

0引言如今，风力发电是非常常见的。

而且这种能源是比较安全可靠的。

当中风力发电机是必不可少的。

而风机叶片就是其中的一个部件。

如果风机叶片出现故障的话，是会影响到风力发电的。

1风机叶片振动在利用风力发电机进行发电的过程中，风机叶片会出现什么样子的故障呢？又应该怎么对风机叶片的振动进行检测呢？以下主要是针对风机叶片振动的检测方面进行分析和介绍。

1.1检测其实，风机出现故障的原因有很多。

其中，这个风机振动就是最大的原因之一。

通常情况之下，风机设备出现故障问题，其相关的信息主要是通过风力发电机中的振动信号来传递出去的。

因此，在风力发电及运行的过程当中是通过利用相关的设备来检测振动的信号的。

而且还要对这个信号中携带的数据进行一个合理恰当的分析，从而才能真正了解到风力发电机设备的健康情况。

对于风力发电机来说，出现故障是非常常见的。

风力发电机的实时运营情况，是发现风电设备的故障和维修的重要依据。

而对于风机叶片来说，它的加速度是可以利用相关的传感器来测试的，它的参数是可以反映出风机设备当中的叶片的振动程度的。

其速度大小可以通过数学的方式来计算出来。

同时，风机的叶片振动幅度的快慢，也可以通过速度表现的方式来进行表达，从而可以对风机叶片的振动幅度进行分析。

1.2检测方案首先，我们应该设置风机的三个叶片。

分别把风机的三个叶片标注为1、2、3。

在这三个叶片上面，我们要均匀的配置五个加速度传感器。

而且要对这个传感器进行编号，分别标为ABCDE。

通过这种方式，我们就可以检验出叶片上不同位置上的三维方向的加速度的数值。

然后，再通过计算的方式，我们就可以得到每个叶片当中的空间振动模态。

同时，也可以利用三个叶片不同的位置来进行分析风机叶片系统的平衡状态。

在进行这一个步骤的时候，是一定少不了这个风机故障预测系统的。

2工作原理分析在此处要做的一个介绍就是在风力发电过程当中的风机叶片振动的一个原理进行一个详细的介绍。

因为在风力发电的过程当中震动的方式，它不仅仅可以反映设备的运行的情况，除此之外它还能够反映设备发生一些故障的可能性，因为在风力发电的过程当中每一片风机叶片都有它固定的工作频率。

透平膨胀机是回收能量的主要设备之一，是利用有一定压力的气体在透平膨胀机内进行绝热膨胀对外做功而消耗气体本身的内能，透平膨胀机内工作过程更接近于等熵过程，具有效率高的优点，又具有尺寸小，重量轻、通过气量大、运转周期长、工作稳定等特点，作为能量回收使用时，和其它动力机械相比，透平膨胀机又具有级焓降大等特点，因此在废能与余能的综合利用中，透平膨胀机占有重要的地位[1]。

本装置使用的空压机组由电机驱动，转子成H型排列。

膨胀机组由装置产生的尾气驱动，叶轮采用高效半开式三元叶轮。

机组运行几年后，膨胀机一级转子振动时有偏高报警。

1　膨胀机结构在对故障的分析处理前有必要了解一下透平膨胀机的结构和工作原理。

透平膨胀机组的组成包括膨胀机本体、制动设备、减速机构、润滑系统、换热设备及气封、安全保护设备和监测仪控系统等。

其中膨胀机部分由叶轮、轴承、气封、形环、蜗壳、扩压器及导叶调节机构组成。

制动设备部分包括压缩机及联轴器，压缩机包括蜗壳、叶轮、联轴器等，电机制动属于功率回收型的制动器。

减速机构包括大齿轮轴、大齿轮、小齿轮轴、小齿轮，将膨胀机叶轮转速降到电机同步速度，其输出功由另一端的制动器所吸收。

机组的润滑系统用来为轴承、齿轮及其它摩擦零件润滑和冷却。

由于透平膨胀机转速高，润滑采用带压力连续循环润滑，进入润滑点的油压控制在0.25MPa，油温不高于35℃，为保证安全还有紧急供油箱，安置在机房顶部，利用重力自动供油，一旦供油压力消失，可以维持机组一分钟点内润滑。

气封采用迷宫密封，利用流体通过迷宫产生阻力并使其流量减少的机能即“迷宫效应”达到密封作用。

2　振动分析机械振动是物体或质点在其平衡位置附近所作有规律的往复运动。

振动的强弱用振动来衡量，振动量可以是振动体的位移、速度或加速度。

振动量如果超过允许范围，机械设备将产生较大的动载荷和噪声，从而影响其工作性能和使用寿命。

透平膨胀机要达到较高的效率，其转子必须在高速下运转，因此，轴承能否在高速下保证具有足够的稳定性始终是膨胀机运行中的关键。

风能发电装置振动特性分析与振动控制随着能源需求的不断增加，越来越多的国家和地区开始重视风能的使用，尝试利用风力发电来应对能源不足和环境污染等问题。

风能发电技术已逐渐成熟，但由于风力发电机转子受到空气力的作用，容易产生振动，严重影响风能发电机的效率和寿命。

因此，对风能发电装置的振动特性进行研究和控制具有重要意义。

一、风能发电装置振动特性分析1. 风能发电机结构和振动模型风能发电机主要由发电机、转子、塔架和基础等组成。

在运行中，风通过叶片将转子带动旋转，同时也会对转子、塔架和基础等结构产生振动。

风能发电机的振动特性主要包括结构刚度、振动频率、振动模式和振幅等。

2. 风能发电机的自由振动风能发电机在运行中，由于弹性变形和质量不平衡等原因，存在自由振动。

自由振动可以分为前后摆动和扭转，分别对应着风向和风力的影响。

3. 风能发电机的强迫振动风能发电机在运行中，由于受到风力和颤振等原因，还会出现强迫振动。

强迫振动的主要特点是在一定频率下，振幅会逐渐增强，直至结构破坏。

4. 风能发电机振动特性分析方法目前，对于风能发电机的振动特性分析方法主要包括有限元方法、实验测试和计算流体力学等。

有限元方法通过建立精细的数学模型进行振动分析，可以得到较为准确的振动频率和振动模式等参数。

实验测试则通过模拟出发电机真实工作状态下的振动情况，进而分析和控制振动。

计算流体力学则主要用于分析风力对发电机的影响，包括风速、风向和风向偏角等参数。

二、风能发电装置振动控制方法1. 主动振动控制主动振动控制是指采用一系列控制算法和技术，对风能发电机的结构特点和振动模式进行实时监测和控制，从而达到减少振动、提高效率和延长寿命的目的。

2. 被动振动控制被动振动控制是指采用一些机械结构和材料，通过调整风能发电机内部的结构和强度等参数，来减少振动并提高发电效率。

被动振动控制常用的材料包括弹簧、阻尼材料和减振板等。

3. 智能振动控制智能振动控制是指采用智能技术和实时监测系统，对风能发电机的振动和频率等参数进行分析，从而主动调整发电机的结构和调节风速等参数，减少振动并提高发电效率和寿命。

结构强度与振动实验技术报告学院：能源与动力学院姓名：学号：SX1导师：指导教师：沈承同组人员：2015年6月实验一 单自由度系统的动力吸振实验一、实验目的通过对单自由度系统施加动力吸振器，减小其振动量，观察实验现象，灵活掌握动力减振实验方法。

二、实验内容基于二自由度反共振原理设计动力吸振的基本理论，测试单自由度系统的固有频率，了解动力吸振器的设计过程，采用动力吸振器后单自由度系统的减振效果。

三、实验原理所谓吸振就是将原系统的振动能量转移到附加系统，从而使原系统的振动减小。

动力吸振器利用联结在振动系统上的附加质量的动力来实现吸振，即将原振动系统的振动能量转移到附加的弹簧质量振动系统上了。

单式动力吸振器是一个单自由度振动系统，与单自由度振动主系统一起构成二自由度系统，力学模型如右图所示。

主系统质量1m ，刚度1k ，位移1y 。

吸振器质量m ，刚度k ，位移y 。

激扰力为sin F t ω。

系统的运动微分方程如下（无阻尼）：()1112122sin m y k k y k y F t ω++-=()122210m y k y y +-=设其稳态响应为11sin y A t ω=22sin y A t ω=代入得到：()()()2221222121222F k m A kk m km kωωω-=+---()()22222121222Fk A k k m k m k ωω=+--- 令111/k m ω=——主系统的固有角频率； 222/k m ω=——动力吸振器的固有角频率； 1/st F k δ=——主系统的静位移；21/m m μ=——质量比值；上式可以改变为无量纲形式：()()()()()22122222122211/1//1//stA ωωδμωωωωωωμωω-=⎡⎤⎡⎤+---⎣⎦⎣⎦()()()()2222221222111//1//stA δμωωωωωωμωω=⎡⎤⎡⎤+---⎣⎦⎣⎦当单式动力吸振器的固有角频率2ω等于外力的角频率ω时，外力正好等于动力吸振器的弹性恢复力22k A ，此时设备不振动，从而达到了减震的目的。

风力发电机叶片振动特性分析随着环保意识的日益增强，风力发电作为一种绿色能源逐渐受到关注。

其中，风力发电机的叶片是风能转化为机械能的关键部件，叶片的振动特性直接影响了风力发电机的效率和寿命。

因此，本文针对风力发电机叶片振动特性进行了分析。

一、叶片振动的原因风力发电机叶片振动的原因主要有以下两个方面：1.风的影响。

当风吹过叶片的表面时，会产生流体的力和压力，这些力和压力会使得叶片产生弯曲和扭转，从而出现振动。

2.机械问题。

风力发电机叶片自身的材料、设计和生产工艺等方面存在一定的问题，这些问题也会导致叶片振动。

二、叶片振动的类型风力发电机叶片振动分为自由振动和强迫振动两种类型。

1.自由振动。

自由振动是指在无外力驱动作用下，叶片自身的弹性形变在时间上的变化。

自由振动分为弯曲自由振动和扭转自由振动两种类型，其中弯曲自由振动是指叶片在平面内的自由弯曲形变，扭转自由振动是指叶片在垂直平面上的自由扭曲形变。

2.强迫振动。

强迫振动是指叶片在外力驱动作用下的振动。

强迫振动也分为弯曲强迫振动和扭转强迫振动两种类型，其中弯曲强迫振动是指叶片在平面内的弯曲振动，扭转强迫振动是指叶片在垂直平面上的扭转振动。

三、叶片振动诊断方法叶片振动是风力发电机运行过程中的一种常见故障，对于风电厂运营和维护来说是一个非常重要的问题。

因此，对于叶片振动的诊断方法也是研究的重点之一。

1.模拟分析。

通过数学模型对叶片振动进行分析，可以预测叶片振动的情况，从而指导叶片的设计和生产。

其中，利用有限元分析方法可以对叶片进行模拟分析，可以得到叶片的应力、振动以及动态特性等信息。

2.监测检测。

通过在叶片上安装振动传感器，可以进行实时的振动监测，并对叶片的振动情况进行分析。

3.视觉检查。

通过对叶片进行目视检查，可以发现叶片表面的裂纹、腐蚀和变形等问题，从而判断叶片是否需要更换。

四、叶片振动的抑制方法为了抑制风力发电机叶片振动，可以采取以下措施：1.优化叶片设计。