弯曲的汽轮发电机转子动力学行为

Amaris

理想的汽轮发电机组转子在运行中围绕自身静挠曲曲线旋转，但因质心往往偏离几何中心(不 平衡及弯曲)并在空间回转，汽轮发电机组转子原始不平衡和因弯曲造成的质量偏心，是促成转子 在空间同步回转的主要因素。均以工频振动形式表现，振动特征非常相似。但两者在动力学行为上 存在本质上的区别。

(一)转子弯曲的测量计算

1、开缸后的转子弯曲测量首先盘动转子不应低于 2 小时，以消除转子静态弹性弯曲。在转子 轴向同一水平面均布百分表，应保证转子中间部位布置一块百分表。转子圆周 8 等分(也可更多) 盘动转子，转子盘动到每个点分别读取百分表读数。弯曲测量示意图如图 2-1

图 2-1 转子弯曲测量示意图↑↑

圆周 8 个点分别读取转子轴向每一百分表读数后计算转子弯曲并画出转子弯曲图

例 1:转子弯曲计算如表 1

表 1:轴向百分表读数及弯曲值计算

根据转子弯曲计算值描绘出转子弯曲图 2-2

图 2-2 转子弯曲图↑↑

由表1和图2-2及可清晰直观的看出转子弯曲数值及方向

2. 不开缸转子弯曲估算

不开缸下可对转子弯曲估算，但须解体转子两端联轴器，以消除来自于另两端转子的约束。连续盘车不低于 2 小时消除静态弹性弯曲，在支撑轴承外端架设百分表观察晃度数值及方向均稳定后 记录数据并估算转子弯曲值。

转子弯曲计算示意图如图 2-3

注:转子弯曲方向非常重要，每次测量转子弯曲均应记录弯曲方向，并进行对比，以确定转子 弯曲是否改变。

(二) 仅存在弯曲，理想平衡状态下的的转子动力学行为

1. 弯曲转子的质心偏离旋转中心，因弯曲本身形成新的“不平衡”其偏心距及扰动力分别为:

2. 弯曲转子在低速下因不平衡力很小，转子动态响应主要为原始弯曲状态下呈现的晃摆值 A2，

3. 因振动响应是力与动力学刚度的比值，所以弯曲转子速度升高后的动态响应为低速下的晃 摆和因弯曲造成的不平衡两种响应的合成。

4. 当转速远离共振转速时，质量刚度MΩ2起主导作用，径向刚度K与切向刚度iD(1-λ)Ω， 均可被忽略，式 2-4 变为:

式 2-5 说明弯曲的转子在远离共振转速下，因质心偏离旋转中心而造成的转子挠曲变形与原始弯曲反向，式中 2re 非常小并趋近于 0，也即是弯曲转子在远离共振转速的高速下实现“自我平衡”

(三) 质量不平衡转子的动力学行为

1. 质量不平衡扰动力为 mrΩ 2，在低速下因Ω 值非常小，所以无动态响应。高速下因质量不平衡造成的转子挠曲为

2. 远离共振转速下同样因质量刚度 MΩ 2 远大于径向弹簧刚度 K 与切向刚度 iD(1-λ )Ω，该两项弹簧刚度忽略的情况下式 2-6 变为:

综合式 2-3 至 2-8，弯曲并含有质量不平衡的转子在低速时总响应主要受弯曲影响，为转子原 始弯曲晃摆 A2;超过共振转速时，弯曲逐渐完成自我平衡趋近于 0，剩下的只有不平衡质量在高速下的响应 ，且式中负号表明转子不平衡质量与转子挠曲呈反向，转子此时以很小的振幅围绕转子质心回转。所以在单一模态下转子动态响应在经过临界转速后快速减小。

(五) 弯曲转子和质量不平衡共同作用下的转子临界转速下行为

弯曲转子和质量不平衡共同作用下使转子通过临界转速行为变得非常复杂，并取决于转子弯曲高点与原始不平衡之间的夹角。共振转速下转子行为如图 2-4

图 2-4 弯曲叠加质量不平衡共振转速下转子行为

不平衡质量和转子弯曲同时存在的情况下，如果只有一个因素主导转子过临界振动响应，临界 转速下的相位和振幅响应均较典型。但是如果大的不平衡量并叠加较大的转子弯曲，在升速的过程 中因不平衡导致的挠曲以及因转子弯曲导致的不平衡相互叠加交叉影响，转子的总挠曲曲线形状、 方向和刚度不断被修正，临界转速区域被影响的非常宽，相位和振幅变化变得不再典型，给现场动 平衡实施带来很大困难，容易出现较大的角度偏差，且影响系数线性较差，平衡过程多有反复甚至于失败。所以过大的转子弯曲不建议利用动平衡手段强制补偿。