核電汽輪機(jī)葉柵-軸系統(tǒng)振動特性研究.pdf

1、隨我國能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)的持續(xù)升級，核電所占的比重正逐步提升，我國目前已投入運(yùn)營及在建核電機(jī)組中，功率等級多在1000MW以上，機(jī)組低壓缸中超長葉片的應(yīng)用使得葉柵與軸間的振動耦合更加顯著，且由此引發(fā)的問題主要在系統(tǒng)受電氣擾動時出現(xiàn)。本文圍繞葉柵與軸間的振動耦合，針對將葉片與軸分離或等效為空心圓柱、多質(zhì)量-彈簧等，不能或難以反映二者振動耦合的問題，采用數(shù)值分析的方法，對葉柵-軸系統(tǒng)的模態(tài)特性及其隨葉柵柔性、轉(zhuǎn)速的變化，電氣故障扭矩、尾跡激勵下系

2、統(tǒng)的振動響應(yīng)進(jìn)行了系統(tǒng)、深入的研究。
　　提出利用“利用轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)旋轉(zhuǎn)對稱性-評判葉柵相對柔性”對葉柵-軸的結(jié)構(gòu)進(jìn)行簡化，建立考慮葉柵柔性、轉(zhuǎn)速、電氣故障扭矩、尾跡激勵的葉柵-軸系統(tǒng)動力學(xué)模型。基于等質(zhì)量及等轉(zhuǎn)動慣量原則，將相對柔性較小的葉柵等效為空心圓柱體，并利用系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的旋轉(zhuǎn)對稱性及CN群理論，將對系統(tǒng)整體的分析約化至單個基本扇區(qū)以降低系統(tǒng)維度;采用三維實體單元對所取基本扇區(qū)進(jìn)行離散，并基于能量法推導(dǎo)所取基本扇區(qū)的運(yùn)動微分方程及

3、其動力學(xué)特性的求解方法。
　　考慮葉柵柔性，研究葉柵-軸系統(tǒng)模態(tài)特性并探討葉柵相對柔性、轉(zhuǎn)速對系統(tǒng)模態(tài)特性的影響以及葉柵柔性對倍頻共振的影響。采用QR阻尼法求解系統(tǒng)靜止時的模態(tài)特性，結(jié)果表明所建立的模型能識別出葉柵與軸間的振動耦合模態(tài)，與結(jié)構(gòu)未簡化的系統(tǒng)固有頻率對比，驗證“利用轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)旋轉(zhuǎn)對稱性-評判葉柵相對柔性”的正確性，與忽略葉柵柔性系統(tǒng)的固有頻率對比，說明考慮葉柵柔性的必要性;調(diào)整葉柵相對軸的柔性，得出葉柵柔性變化對軸的彎曲

4、振動基本無影響，而其他振型對應(yīng)的固有頻率隨葉柵相對柔性降低而增大;計算系統(tǒng)在不同轉(zhuǎn)速下的模態(tài)，得出轉(zhuǎn)速變化對軸的彎曲振動基本無影響，而其他振型對應(yīng)的固有頻率隨轉(zhuǎn)速升高而增大，同時考慮葉柵柔性后倍頻激勵可能激發(fā)葉柵共振。
　　考慮葉柵柔性，采用Newmark法分別計算系統(tǒng)在兩相短路、三相短路、120°非同期并網(wǎng)及180°非同期并網(wǎng)故障下的瞬態(tài)響應(yīng)，得出兩相短路下系統(tǒng)危險節(jié)點處的應(yīng)力、轉(zhuǎn)角峰值及響應(yīng)速度高于其他故障，兩相短路故障對系統(tǒng)

5、的危害程度更大，且各故障扭矩均會激起系統(tǒng)中葉柵的共振?？紤]葉柵與軸間的振動耦合，基于勻質(zhì)流動和平衡凝結(jié)模型，計算葉柵通道中的瞬態(tài)流動，根據(jù)動葉表面壓力在空間及時域的變化近似求解動葉所受的尾跡激振力，并計算系統(tǒng)在尾跡激勵下的諧響應(yīng)，得出蒸汽載荷對轉(zhuǎn)動引起的節(jié)點位移有較大的抑制作用，并對計算尾跡激勵下動葉的響應(yīng)過程中葉片根部的邊界處理方法進(jìn)行了可行性分析。
　　本文的研究工作受到山東省科技發(fā)展計劃“核電汽輪機(jī)長軸系在濕蒸汽中氣液固耦合