热电联产汽轮机瞬变流量工况下流体激励及自愈抑振研究

• 作 者: 李南宜
• 出 处: 山东大学
• 发表日期: 2020年11期
• 关键词: 转子系统 瞬变流量工况 流体激励 自愈抑振

大型热电联产汽轮机组因其能源利用率高、有害气体排放量低等突出优势成为解决城市集中供热供求矛盾,提升能量转化热效率的主要发展趋势。瞬变流量工况下流体激励及其特有的诱振失稳机制等研究基础薄弱成为限制我国热电联产机组大规模应用的主要壁垒。本文以瞬变流量工况下的汽轮机转子为例,通过研究瞬变进气扰动诱发的流体激励及求解方法,建立统一描述柔性叶片几何非线性与围带摩擦阻尼激励依赖非线性的转子系统动力学模型,阐明流体诱振机理,建立基于围带阻尼的自愈抑振技术,为建立汽轮机转子进气参数优化设计方法和高效增稳减振技术提供理论基础。以探明瞬变流量工况下流体诱振机理为研究目标,建立瞬变流量工况流体激励模型及其数值计算方法。流体激励模型包括在叶片表面瞬态分布压力模型和时空离散模型,首先基于连续性方程、泰勒公式,建立瞬变流量工况下流体激励在叶片表面的瞬态分布压力模型,并采用时空离散方法,建立瞬变流量工况下流体激励时空离散模型,将瞬态分布激励离散为瞬态均布与稳态分布两个部分,统一在模型中,以同时求解流体激励“时间分布”和“空间分布”问题。通过建立瞬变流量工况流体激励求解方法获得叶片表面瞬态分布压力,利用反距离加权插值法求解稳态非均布激励,利用快速傅里叶变换求解瞬态均布激励,获得瞬变流量工况下流体激励。基于瞬变流量工况下流体激励求解方法进行流场仿真,获取不同抽汽工况下末级叶栅流场计算域和不同叶高上的流线分布,瞬态压力分布及脉动,揭示末级叶栅流场内不稳定流动特性受不同进气量变化率αG影响的规律及流体激励产生机理,讨论进气速度变化率αv和进气角变化率αη对流体激励幅频特性的影响。建立可统一描述具有双柔性结构非线性、围带阻尼非线性以及受瞬变流量工况下流体激励影响的转子系统动力学模型及求解方法,采用相对动柔度法与CN群论对模型简化降维,分析双柔性结构非线性及围带摩擦阻尼非线性对转子系统固有特性影响,研究不同进气量变化率αG流体激励下转子系统振动特性。根据围带阻尼的抑振机理,建立适合瞬变流量工况特点的转子系统稳定性的预测方法,以机组在振幅不超标且不失稳的前提下尽可能缩短抽气时间为优化目标,建立基于围带阻尼的转子系统自愈抑振方法。