200MW汽轮机组低压段转子—轴承系统的非线性动力学分析

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对于大型—转子轴承系统,滑动轴承的油膜力引起的转子运动系统油模失稳现象是突出问题,直接关系到机组的灾变防治和安全可靠运行。实际转子—轴承系统是高维非线性的,直接分析求解十分困难。本文针对200MW汽轮发电机组低压转子—轴承系统,采用了一种系统的降维分析方法:利用有限元方法建立了转子—轴承系统的有限元模型,然后利用固定界面模态综合法显著地降低系统的维数。降维之后,采用有效的数值计算方法分析系统的动响应和稳定性,利用Floquet理论分析其运动状态和分岔类型。  首先,本文采用有限元法建立了200MW汽轮机组低压转子—轴承系统的非线性动力学模型,基于固定界面模态综合法对非线性振动方程进行降维,使系统自由度数由原来的112个降到8个,并结合Runge-Kutta法对其进行数值求解,分析了圆柱瓦轴承支撑的低压转子—轴承系统升降速过程的非线性动力学特性,模拟了油膜振荡现象的典型特征和发生油膜失稳的转速。采用打靶法计算低压转子—轴承系统的Floquet乘子,利用Floquet理论分析其运动状态和分岔类型。  其次,对降维后的低压转子—轴承系统的非线性动力学方程,计算了圆柱瓦轴承支撑的转子系统的振动稳定性在固定转速下随偏心距、轴承长径比、润滑油动力粘度和轴承间隙比的变化规律,并分析了转子前轴承轴颈的失稳转速与转子偏心距、轴承长径比、润滑油动力粘度和轴承间隙比之间的关系,同时利用Floquet理论分析其运动状态和分岔类型。  最后,基于椭圆瓦油膜力模型下的低压转子—轴承系统,采用Runge-Kutta法对降维后非线性动力学方程进行计算,分析了转子升降速过程的振动特性,并利用Floquet理论分析其运动状态和分岔类型。模拟和比较了转子在椭圆瓦和修正圆瓦油膜力模型作用下发生油膜失稳的典型特征。  研究结果将为定量分析了200MW汽轮发电机组转子—轴承系统的稳定性提供了理论依据。
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