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百万千瓦级核电汽轮发电机轴承座刚度计算

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  • 更新日期:2014-09-04 16:25
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摘要:通过对百万千瓦级核电汽轮发电机端盖式轴承座及其汽轮发电机基础刚度的有限元分析,获得了百万千瓦级核电汽轮发电机轴承支撑刚度数据。在此基础上,研究了不同轴承支撑刚度对百万千瓦级核电汽轮发电机转子轴系临界转速的影响。结果表明: 百万千瓦级核电汽轮发电机端盖式轴承座刚度有限元分析值和经验值比较接近,汽轮发电机转子临界转速对较低数值范围的轴承支撑刚度变化更明显,设计时应保证足够大的轴承支撑刚度。

  关键词: 端盖式轴承座,支撑刚度, 临界转速, 百万千瓦级核电汽轮发电机

  1 问题的提出

   汽轮发电机组是核电常规岛的核心设备,其转子支撑系统的动特性对整个机组的安全、稳定运行有着重要影响。而大型汽轮发电机组的支撑轴承是转子支撑系统的重要组成部分,其轴承动刚度( 特别是较高转速时的动刚度) 对转子系统临界转速影响较大。百万千瓦级核电汽轮发电机转子多在超过一阶临界转速的区域内使用,因此,汽轮发电机轴承座刚度的好坏直接影响汽轮发电机转子- 轴承- 基础这一系统能否安全运行[1 - 3]。随着设备安装和运行情况的变化,轴承座刚性也会有所变化,从而导致汽轮发电机轴系的动力特性变化。为使转子的工作转速避开临界转速,往往会采用改变支承刚性的方法。核电汽轮发电机所采用的滑动轴承支撑主要分为轴承箱支撑和基座端盖支撑,也就是轴承箱式落地轴承座和端盖式轴承座。百万千瓦级核电半速机组汽轮发电机采用了端盖式轴承座,由于端盖式轴承座承担着汽轮发电机转子的静、动载荷以及由于传递扭矩而带来的反作用力,可获得其端盖式轴承座的刚度特性,研究其转子动力特性对轴承刚度变化的敏感性,对采用端盖式轴承座的同类核电汽轮发电机设计尤其是动特性设计是很重要的。

  目前,在国内百万千瓦级核电半速汽轮发电机组轴系动特性设计计算时,轴承支撑刚度尤其是汽轮发电机转子轴承支撑刚度通常采用已有的经验值。在工程实际中,可通过计算或用模型试验方法研究不同支撑刚性对于转子振动特性的影响,但轴承座模型设计、制造和试验需要一定的周期,造成设计周期的延长,而模型试验时各种原因造成的误差也不能避免。百万千瓦级核电机组动力特性研究系统通常由转子、轴承、轴承座及框架基础等多个子结构组成,其中汽轮发电机轴承采用端盖式轴承座。汽轮发电机转子系统支承边界模型如图1 所示。

  图1 中: kij,cij分别为轴承油膜刚度和阻尼; kp为轴承座支撑刚度; kb为汽轮发电机基础轴承座位置的支撑刚度。决定轴系动态特性的重要因素之一是转子系统的支承特性,而支承特性又与轴承的油膜刚度阻尼特性、轴承座及基础的支撑刚度有关[4]。轴承油膜动刚度阻尼可由专门的分析软件计算获得,轴承支座及基础的刚度则通常由经验值获得,但经验值的准确性有待于进一步研究确认。

  本文采用国际通用的大型有限元软件ANSYS分析了百万千瓦级核电半速机组汽轮发电机端盖式轴承座及其汽轮发电机基础的刚度[5 - 7],获得了珍贵的轴承座刚度数值分析结果。综合考虑轴承座计算值和汽轮发电机基础支撑刚度计算值,参照汽轮发电机轴承支撑刚度经验数据,本文通过计算来研究轴承座刚度在一定范围内变化时对大型汽轮发电机转子临界转速的影响。

 
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