登錄  |  注冊
河北華利機械配件有限公司

軸承穩定性與支承軸承的關系

2013/9/26 10:23:23

軸系穩定性往往是制約大型旋轉機組能否穩定、安全運行的主要問題之一設計時需要不斷修改軸系的設計參數以保證機組有足夠的穩定性裕度。由于軸系可供修改的參數較多,如果盲目修改眾多的設計參數. 通常很難達到提高穩定性的目的。理論和實踐都表明, 改變滑動軸承的結構型式或設計參數可以有效地提高軸系的穩定性。但是, 象大型汽輪發電機組這樣復雜的軸系共有7一10 個滑動軸承.
有些軸承對軸系穩定性的影響較大, 有些軸承的影響則較小。只有改變哪些對穩定性有較大影響的軸承的結構型式或設計參數才有可能達到提高穩定性的目的。
本文根據穩定性界限狀態下各軸承力所作的功定義了軸承對軸系穩定性的貢獻系數和敏感軸承, 研究了軸系穩定性與每個支承軸承的內在關系。理論分析與數值計算表明, 本文對提高大型轉子一軸承系統的穩定性及旋轉機械的故障診斷具有重要意義。
2 穩定性界限狀態下油膜力作的功軸系的自由振動方程為(幾ZM + 幾D + K )Z 二0 (1 )式中: 幾為特征值,M, D . K 分別是質量、阻尼及剛度矩陣, Z 是位移矢量。當軸承處于穩定性界限狀態時. 方程(1) 具有一對實部為零的特征值久一士J。以及相應的一對共扼特征向量巾和西。本文討論位移響應是實數的情況, 那么與這一對共扼模態對應的復模態參數、也是共扼成對的。在穩定性界限狀態下軸系對初始條件的響應為。在一周內作的功不但是系統本征參數的函數, 而且還是復模態參數的函數。復模態參數是由系統的初始條件決定的, 故油膜系數截_、作的功還是系統初始條件的函數。對于一臺實際機組來說. 隨機干擾總是存在, 難以確定機組真實的初始條件.3 車由承對軸系穩定性的貢獻系數與敏感軸承第i 個軸承對軸系穩定性的貢獻系數定義為B 二一W / G (1 3 )式中G 是所有小于零的相對功的和, 這樣處理使所有大于零的貢獻系數的總和等于l 。假設軸系中只有滑動軸承消耗或向系統提供能量, 那么在穩定性界限狀態下所有軸承作功的總和為零, 也即貢獻系數的總和等于零。
通常, 作負功的軸承消耗系統的能量, 促使系統穩定. 作的負功越大即貢獻系數越大的第2 期徐龍祥等: 軸系穩定性與支承軸承的關系1 7 1軸承, 它對軸系穩定性的貢獻也越大; 相反, 作正功的軸承在渦動的過程中不斷向系統提供能量, 激發系統不穩定, 作的正功越大即貢獻系數越小的軸承越容易激發系統不穩定。根據這一常識, 軸系穩定性與每個支承軸承的關系可表述為:(1) 貢獻系數大于零的軸承促使系統穩定, 貢獻系數越大的軸承對穩定性的貢獻也越大。(2) 貢獻系數小于零的軸承激發系統不穩定, 貢獻系數最小的軸承是軸系中最危險的軸承, 油膜失穩或油膜振蕩往往由這個軸承首先激發。(3) 軸系穩定性主要取決于敏感軸承的動特性系數, 適當改變這些軸承的結構型式或設計參數可以有效地提高軸系的穩定性; 而改變非敏感軸承的結構型式或設計參數, 軸系穩定性變化甚小。
4 算例及討論是一個模型轉子一軸承系統, 共有5 個滑動軸承。
 軸段與軸段的交界處稱為自然節點, 此外轉子的左、右端面也稱為自然節點, 這樣轉子共有27 個自然節點。.時轉子被離散成25 個集總質里.每個集總質覺的具體位片。(l) 第2 、第5 號軸承的貢獻系數大于零. 他們促使系統穩定, 而其他三個軸承則激發系統不穩定。(2 ) 軸承3 的貢獻系數最小. 它是軸系中最危險的軸承; 軸承5 的貢獻系數最大. 它是軸系中最安全的軸承,這三個軸承的貢獻系數的絕對值遠大于其他兩個軸承. 這說明上述王個軸承均是敏感軸承而軸承1.2 是非敏感軸承。
軸承的穩定性主要取決于敏感軸承的動特性系數. 適當改變敏感軸承的結構型式或設計參數可以有效地提高軸系的穩定性; 但改變非敏感軸承的結構型式或設汁參數. 軸系穩定性變化不大。汽輪機與發電機的4 根轉子用聯軸器聯成一體后支承在7 個三油楔軸承上。計算表明該機組的失穩轉速為3 2 30 (r / m in ) . 每個軸承的貢獻系數及其絕對值的計算結果示于表6 。, 第6 、第7 這兩個軸承是敏感軸承, 這說明機組的穩定性主要取決于這兩個軸承。適當改變這兩個軸承的結構型式或設計參數, 機組穩定性可望得到大幅度地提高,而改變其他5 個軸承的結構型式或設計參數, 機組穩定性變化不大。二S ,T 分別表示氣油楔與橢圓軸承, 軸承按紊流計算由于國產20 0MW 汽輪發電機組的穩定性裕度偏低, 近年來發生了不同程度的軸承油膜失穩甚至油膜振蕩, 造成了巨大的經濟損失川。為了確保這些機組穩定、安全運行, 需要對現役2 0 M w 機組軸系進行改造設計, 由表6 知道將發電機端的第6 、7 兩個軸承改換為橢圓軸承, 不但可以有效地提高軸系穩定性, 而且改造費用最低。國內有關單位曾對徐州電廠6 號機組進行了軸承改造的工業性試驗, 結果表明將部分軸承改換為橢圓軸承后, 機組運行情況良好川。超速試驗至3 3 4 。(r / m in )時未發生油膜振蕩, 而且振動比軸承改型前大為減小。這說明軸承改型后, 機組軸系穩定性裕度得到了較大的提高。由表6 還可以看到, 第6 號軸承的貢獻系數最小, 它是整個機組中最危險的軸承, 油膜失穩或油膜振蕩往往由這個軸承首先激發。這一結論已為數臺國產2 0 M w 機組的實測結果所證實。例如徐州電廠的6 號機組于1 9 8 6 年因事故大修后啟動, 發現6 號軸承的振動較大, 超速試驗至3 2() 。(r / m in ) 以上時發生油膜振蕩, 且每次振蕩均由6 號軸承首先激發。
5 結論
(l) 軸系穩定性主要取決于敏感軸承的動態性能, 適當改變這些軸承的結構型式或設計參數可以有效地提高軸系的穩定性裕度。
(2) 貢獻系數最小的軸承是軸系中最危險的軸承, 油膜振蕩往往由這個軸承首先激發。這一結論已為數臺國產20 oMW 汽輪發電機組的實測結果所證實。

華利膠木手輪