大型汽轮发电机结构振动分析

鲍宇; 何超; 朱建斌; 徐伟祖

doi:10.13832/j.jnpe.2022.S1.0157

大型汽轮发电机结构振动分析

doi: 10.13832/j.jnpe.2022.S1.0157

1.
海南核电有限公司，海口，572700
2.
中国核动力研究设计院，成都，610213

详细信息

作者简介:
鲍　宇(1988—)，男，高级工程师，现从事设备及管道系统性能试验研究工作，E-mail: baoyu@cnnp.com.cn

中图分类号: TL48；O328
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出版历程
- 收稿日期: 2022-01-18
- 修回日期: 2022-03-07
- 刊出日期: 2022-06-15

Structural Vibration Analysis of Large Turbogenerator

1.
Hainan Nuclear Power Co., Ltd., Haikou, 572700, China
2.
Nuclear Power Institute of China, Chengdu, 610213, China

摘要

摘要: 针对某大型汽轮发电机（简称“发电机”）发生结构振动超标问题，对发电机进行了三维建模仿真模拟及停机模态试验。结果表明，结构振动的原因可能是由于发电机固有频率接近转子工作频率（50 Hz）而引发的结构共振。针对结构共振问题，从理论与实际出发提出提升支撑刚度、增加阻尼吸振器和底载分配调频这3种解决共振的方案，最终采用了在发电机氢冷器管道上增加阻尼吸振器的减振方案，使得发电机汽、励两端的瓦振大幅降低，可保证发电机在长期安全运行范围内，解决了长期存在的发电机振动高重要缺陷。
- 发电机 /
- 仿真模拟 /
- 模态试验 /
- 共振 /
- 阻尼吸振器
Abstract: Aiming at the problem that the structural vibration of a large turbogenerator (hereinafter referred to as “generator”) exceeds the standard, the three-dimensional modeling simulation and shutdown modal test of the generator are carried out. The results show that the reason of structural vibration may be the structural resonance caused by the natural frequency of the generator close to the rotor working frequency (50 Hz). Based on the theory and practice of structural resonance, three solutions are proposed to solve the resonance, including increasing the support stiffness, adding the damping vibration absorber and bottom load distribution frequency modulation. Finally, by adding the damping vibration absorber on the generator hydrogen cooler pipe, the bushing vibration at both ends of the generator steam and excitation is greatly reduced, which can ensure that the generator can safely operate for a long time, and solve the long-standing important defect of high generator vibration.
- Generator /
- Simulation /
- Modal test /
- Resonance /
- Damping vibration absorber

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图 1 发电机仿真网格

Figure 1. Generator Simulation Grid

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图 2 发电机仿真模态及振型

Figure 2. Simulation Mode and Vibration Mode of Generator　　　　　　

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图 3 发电机停机模态试验结果

Figure 3. Generator Shutdown Modal Test Results

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图 4 吸振器原理图

Figure 4. Schematic Diagram of Vibration Absorber

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图 5 沙袋阻尼吸振器内部结构图

Figure 5. Internal Structure of Sandbag Damping Vibration Absorber

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图 6 承载要求

Figure 6. Loading Requirements

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图 7 发电机垫片布置图（单位：mm）

Figure 7. Generator Gasket Layout

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表 1 发电机模态分析频率及参与质量

Table 1. Generator Modal Analysis Frequency and Effective Mass　　　　　

序号	频率/Hz	参与质量（m₁）/t
序号	频率/Hz	X方向	Y方向	Z方向
1	42.22	265.562	0.011	0.021
2	48.01	0.003	0.012	0.160
3	54.24	0.007	230.863	0.048

序号	频率/Hz	参与质量（m₂）/t
序号	频率/Hz	X旋转方向	Y旋转方向	Z旋转方向
1	42.22	0.288	932.879	0.175
2	48.01	0.042	0.0713	2870.360
3	54.24	2855.230	0.0539	0.005

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表 2 发电机固有频率试验结果与仿真数据对比

Table 2. Comparison of Natural Frequency Test Results and Simulation Data of Generator

序号	试验频率/Hz	计算频率/Hz	振型	误差/%	阻尼比/%
1	41.49	42.22	Y扭振	1.8	1.51
2	47.45	48.01	Z扭振	1.2	1.23
3	57.69	54.24	X扭振	5.9	3.16

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表 3 发电机振动测量结果（改造前后）

Table 3. Vibration Measurement Results of Generator (Before And After Transformation)

阶段	位置
	汽端振动/μm			励端振动/μm
	轴振X	轴振Y	瓦振W	轴振X	轴振Y	瓦振W
改造前	62.3	87.0	55.3	67.4	55.6	47.5
改造后	58.8	67.9	22.8	29.1	28.2	19.7

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参考文献(6)

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[4]	吴东东,李娟. 大型汽轮发电机定子绕组三维模型建立及模态分析[J]. 电气技术,2018, 19(4): 5-9,27. doi: 10.3969/j.issn.1673-3800.2018.04.005
[5]	VIDHYA B, SRINIVAS K N. Vibration analysis including stator, rotor, housing and dynamic response analysis of flux reversal generator[J]. Journal of Electrical Systems and Information Technology, 2018, 5(2): 144-157. doi: 10.1016/j.jesit.2018.02.004
[6]	WANG Y X, WANG Y, LIN L. Virtual prototype and modal analysis of stator system of large turbo-generator[J]. Applied Mechanics and Materials, 2012, 190-191: 232-236. doi: 10.4028/www.scientific.net/AMM.190-191.232