核電汽輪機葉柵-軸系統(tǒng)振動特性研究.pdf

1、隨我國能源消費結構的持續(xù)升級，核電所占的比重正逐步提升，我國目前已投入運營及在建核電機組中，功率等級多在1000MW以上，機組低壓缸中超長葉片的應用使得葉柵與軸間的振動耦合更加顯著，且由此引發(fā)的問題主要在系統(tǒng)受電氣擾動時出現(xiàn)。本文圍繞葉柵與軸間的振動耦合，針對將葉片與軸分離或等效為空心圓柱、多質量-彈簧等，不能或難以反映二者振動耦合的問題，采用數(shù)值分析的方法，對葉柵-軸系統(tǒng)的模態(tài)特性及其隨葉柵柔性、轉速的變化，電氣故障扭矩、尾跡激勵下系

2、統(tǒng)的振動響應進行了系統(tǒng)、深入的研究。
　　提出利用“利用轉子結構旋轉對稱性-評判葉柵相對柔性”對葉柵-軸的結構進行簡化，建立考慮葉柵柔性、轉速、電氣故障扭矩、尾跡激勵的葉柵-軸系統(tǒng)動力學模型?；诘荣|量及等轉動慣量原則，將相對柔性較小的葉柵等效為空心圓柱體，并利用系統(tǒng)結構的旋轉對稱性及CN群理論，將對系統(tǒng)整體的分析約化至單個基本扇區(qū)以降低系統(tǒng)維度;采用三維實體單元對所取基本扇區(qū)進行離散，并基于能量法推導所取基本扇區(qū)的運動微分方程及

3、其動力學特性的求解方法。
　　考慮葉柵柔性，研究葉柵-軸系統(tǒng)模態(tài)特性并探討葉柵相對柔性、轉速對系統(tǒng)模態(tài)特性的影響以及葉柵柔性對倍頻共振的影響。采用QR阻尼法求解系統(tǒng)靜止時的模態(tài)特性，結果表明所建立的模型能識別出葉柵與軸間的振動耦合模態(tài)，與結構未簡化的系統(tǒng)固有頻率對比，驗證“利用轉子結構旋轉對稱性-評判葉柵相對柔性”的正確性，與忽略葉柵柔性系統(tǒng)的固有頻率對比，說明考慮葉柵柔性的必要性;調整葉柵相對軸的柔性，得出葉柵柔性變化對軸的彎曲

4、振動基本無影響，而其他振型對應的固有頻率隨葉柵相對柔性降低而增大;計算系統(tǒng)在不同轉速下的模態(tài)，得出轉速變化對軸的彎曲振動基本無影響，而其他振型對應的固有頻率隨轉速升高而增大，同時考慮葉柵柔性后倍頻激勵可能激發(fā)葉柵共振。
　　考慮葉柵柔性，采用Newmark法分別計算系統(tǒng)在兩相短路、三相短路、120°非同期并網(wǎng)及180°非同期并網(wǎng)故障下的瞬態(tài)響應，得出兩相短路下系統(tǒng)危險節(jié)點處的應力、轉角峰值及響應速度高于其他故障，兩相短路故障對系統(tǒng)

5、的危害程度更大，且各故障扭矩均會激起系統(tǒng)中葉柵的共振?？紤]葉柵與軸間的振動耦合，基于勻質流動和平衡凝結模型，計算葉柵通道中的瞬態(tài)流動，根據(jù)動葉表面壓力在空間及時域的變化近似求解動葉所受的尾跡激振力，并計算系統(tǒng)在尾跡激勵下的諧響應，得出蒸汽載荷對轉動引起的節(jié)點位移有較大的抑制作用，并對計算尾跡激勵下動葉的響應過程中葉片根部的邊界處理方法進行了可行性分析。
　　本文的研究工作受到山東省科技發(fā)展計劃“核電汽輪機長軸系在濕蒸汽中氣液固耦合