【摘要】：核電汽輪機組轉(zhuǎn)子系統(tǒng)是將核能轉(zhuǎn)化為電能的核心部件,為確保其持續(xù)平穩(wěn)安全運行必須要抑制葉片產(chǎn)生危險振動造成的疲勞、斷裂等失效。針對目前工程中多采用圍帶結(jié)構(gòu)通過約束葉片運動和圍帶間摩擦耗能增阻來抑振,但因不能確定圍帶振動位移及接觸-摩擦-分離時間,迄今尚無對轉(zhuǎn)子系統(tǒng)運行中葉片振動導致相鄰圍帶間摩擦阻尼的定量計算方法,目前在設(shè)計階段只能憑經(jīng)驗設(shè)計圍帶結(jié)構(gòu)及參數(shù),面臨著先設(shè)計制造再實驗仿真后分析優(yōu)化可能造成“先天不足”且浪費制造資源拖延生產(chǎn)周期等技術(shù)難題。本文建立考慮圍帶參數(shù)(接觸角、摩擦系數(shù)、接觸剛度、間隙)及轉(zhuǎn)速影響的轉(zhuǎn)子系統(tǒng)遲滯運動微分方程,建立圍帶摩擦內(nèi)阻尼定量計算方法,為在設(shè)計階段準確設(shè)計圍帶優(yōu)化轉(zhuǎn)子系統(tǒng)動態(tài)特性,有效利用葉片圍帶摩擦阻尼消耗振動能量同時提高系統(tǒng)剛度的被動自愈抑振技術(shù)解決上述問題,為汽輪機轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的設(shè)計、制造提供理論依據(jù)和方法,對確保汽輪機安全運行具有重要理論意義和工程應(yīng)用價值。以平行四邊形圍帶為例,建立考慮摩擦系數(shù)、接觸角、接觸剛度、初始間隙及轉(zhuǎn)速影響的圍帶三維宏觀滑移遲滯摩擦模型,基于諧波平衡法據(jù)圍帶摩擦模型建立圍帶摩擦內(nèi)阻尼模型。采用CN群論和有限元法建立考慮圍帶摩擦內(nèi)阻尼和剛度的葉片-圍帶-轉(zhuǎn)子系統(tǒng)遲滯運動微分方程,求解對應(yīng)的齊次方程的特征根,在頻域內(nèi)考慮圍帶摩擦內(nèi)阻尼求解頻響函數(shù),分析系統(tǒng)的質(zhì)量、阻尼、剛度對系統(tǒng)的動態(tài)特性的影響。據(jù)轉(zhuǎn)子系統(tǒng)運動微分方程求解圍帶摩擦內(nèi)阻尼定量計算公式,建立基于瞬態(tài)響應(yīng)幅值包絡(luò)線的圍帶摩擦內(nèi)阻尼定量計算方法(SDQM),以某1000MW核電汽輪機低壓缸轉(zhuǎn)子系統(tǒng)為例,使用所提出的SDQM定量計算圍帶摩擦內(nèi)阻尼,比較有無圍帶摩擦阻尼的轉(zhuǎn)子系統(tǒng)模態(tài)特性,得出圍帶摩擦內(nèi)阻尼對轉(zhuǎn)子系統(tǒng)固有頻率和振型的影響規(guī)律;在不同轉(zhuǎn)速等效離心載荷激勵下考慮圍帶摩擦內(nèi)阻尼對系統(tǒng)進行頻響分析,探討內(nèi)阻尼的減振效果、遲滯特性、頻響特性,并采用干態(tài)靜止轉(zhuǎn)子系統(tǒng)測量振動響應(yīng)的試驗驗證本文中建立的圍帶摩擦內(nèi)阻尼模型及定量計算方法。采用多因素多水平正交法和響應(yīng)曲面法辨識影響圍帶摩擦內(nèi)阻尼的敏感變量(單變量及各變量間交互影響),采用二次多元回歸擬合得到關(guān)于圍帶各參數(shù)的摩擦內(nèi)阻尼定量計算公式,計算得到不同轉(zhuǎn)速下各變量對圍帶摩擦內(nèi)阻尼影響規(guī)律;闡明圍帶間約束限位改變動剛度限制振動位移及相鄰圍帶間位姿重構(gòu)誘發(fā)摩擦內(nèi)阻尼耗散振動能量的減振機理.基于譜振圖分析不同轉(zhuǎn)速下各因素對系統(tǒng)響應(yīng)特性的影響:隨著轉(zhuǎn)速升高,摩擦系數(shù)和接觸剛度的增大使振幅下降幅度增大,減振率增大;接觸角和初始間隙的增大,使振幅下降幅度先增大后減小,減振率先增大后減小。建立考慮圍帶摩擦內(nèi)阻尼的轉(zhuǎn)子系統(tǒng)穩(wěn)定性判據(jù),分析不同轉(zhuǎn)速下圍帶參數(shù)(摩擦系數(shù)、接觸剛度、接觸角、初始間隙)對系統(tǒng)穩(wěn)定性的影響,得出隨著轉(zhuǎn)速和圍帶參數(shù)變化系統(tǒng)穩(wěn)定區(qū)域的變化范圍。為提高系統(tǒng)運行穩(wěn)定性,建立基于結(jié)構(gòu)攝動修改動態(tài)優(yōu)化圍帶摩擦內(nèi)阻尼的方法,確定以圍帶摩擦內(nèi)阻尼在不同工況下達到總體最優(yōu)為目標函數(shù),在約束條件下攝動修改設(shè)計變量,對修改后的圍帶結(jié)構(gòu)重分析,直至符合目標函數(shù),得出優(yōu)化后的圍帶參數(shù)。優(yōu)化后的圍帶摩擦內(nèi)阻尼使振幅下降幅度增大,減振率增大,尤其在常規(guī)運行轉(zhuǎn)速下,圍帶摩擦內(nèi)阻尼消耗振動能量,抑制系統(tǒng)的振動響應(yīng),減振率達到71%,驗證優(yōu)化后的圍帶能高效抑振。
【圖文】：

－，（１０００ＭＷ以上）的低壓缸轉(zhuǎn)子系統(tǒng)，具有特大／重型、長軸系（軸系長超過３０ｍ）、逡逑大柔性葉片（末級葉片長超過１．３ｍ）及圍帶、拉筋等復雜結(jié)構(gòu)特點，一般工作逡逑轉(zhuǎn)速在１？２階臨界轉(zhuǎn)速以上，不平衡激勵、濕蒸汽激勵、隨機激勵等工況下轉(zhuǎn)逡逑子系統(tǒng)末級葉片易產(chǎn)生彎扭振動與機箱發(fā)生碰摩，尤其是汽輪機在不更換轉(zhuǎn)子逡逑的前提下由供電轉(zhuǎn)為電熱雙供狀態(tài)導致末級葉片顫振，減少轉(zhuǎn)子運行壽命且危逡逑及整個系統(tǒng)的持續(xù)平穩(wěn)運行。目前工程中多采用圍帶約束葉片運動或圍帶間摩逡逑擦耗能來抑振，但無法定量計算葉片振動變形導致相鄰圍帶間位姿重構(gòu)誘發(fā)的逡逑摩擦阻尼，現(xiàn)在多憑經(jīng)驗設(shè)計相鄰圍帶間的參數(shù)（接觸角、摩擦系數(shù)、接觸剛度、逡逑初始間隙）及其結(jié)構(gòu)，，面臨著先設(shè)計制造后分析優(yōu)化可能造成“先天不足”且逡逑浪費制造資源拖延生產(chǎn)周期等技術(shù)難題。本章旨在闡述該課題的研究背景及意逡逑義，通過綜述前人相關(guān)的理論成果，找出創(chuàng)新之處，并由此引出所開展的研究逡逑工作。逡逑

S，摩擦桂
【學位授予單位】：山東大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：TM623

【參考文獻】

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本文編號：2658884