大型发电机转子轴系横振评判标准分析

胡佩俊+贾子龙+顾敏

摘要：为了保证大容量汽轮发电机组转子轴系在电厂的长期安全运行，其横振特性在设计及运行阶段均须满足相应的评判标准.总结了国内外标准及行业标准中对于发电机组转子轴系横振特性的评判要求，运用Riccati轴系传递矩阵法分别计算了600 MW、1 000 MW等级大型发电机组轴系临界转速，并结合权威测试机构对机组的现场升降速试验数据进行了调研，将多组计算和试验得到的转子轴系临界转速与相关标准进行了对比.分析结果表明，现行横振评判标准具有较好的适用性，并建议可将频率、响应、敏感度等指标结合，以评判发电机组横振特性的优劣，进一步提高标准的适用性，从而提高大型汽轮发电机组轴系设计的可实现性.

关键词：发电机组； 评判标准； 横振； 临界转速

中图分类号： TK 263 文献标志码： A

Abstract：To ensure the longterm safe run of large capacity turbogenerators，the rotor shaft system should meet the evaluation criteria of lateral vibration in the design and operation process.The criteria at home and abroad as well as industrial standards for the shaft lateral vibration were collected and summarized in this paper.Several groups of critical speed for 600 MW and 1 000 MW turbogenerators rotor shaft were calculated using Riccati transfer matrix method.At the same time，those critical speeds from the authoritys field testing were presented.Comparative analysis between these calculated and testing results was conducted.It found that the existing evaluation criteria or standards were proved to have relatively high applicability.Some suggestions were provided that more factors such as vibration frequency，response and sensitivity should be included to judge the lateral vibration performance of generator set，which could make the existing evaluation criteria or standards more applicability.Therefore，the rotor shaft design of large capacity turbinegenerator set had good realizability.

Keywords：generator set； evaluation criteria； lateral vibration； critical speed

大容量发电机组由于转子细长比的减小，其轴系临界转速走低是普遍存在且较难避免的现实问题.评判轴系横振动力特性是否符合设计要求涉及到选用何种设计标准.目前，国内外标准及行业标准对于轴系设计横振特性的评判不尽相同，有些规定临界转速须避开量为主要评判标准，有些则更关注轴系在不平衡量作用下横向振动响应水平.标准的制定是一项系统性工程，涉及到大量计算和试验，合理的标准应在保证机组长期安全运行的前提下具有较高的适用性，使绝大部分发电机轴系设计能够顺利实现.国内各大汽轮发电机组设计制造厂商在评判轴系横振特性时综合考虑了轴系临界转速、不平衡响应、转速峰值响应灵敏度、现场试验等因素[1-2].本文分别以600 MW、1 000 MW等级大型汽轮发电机组为研究载体，结合成熟的基于Riccati轴系传递矩阵法的理论计算和权威机构的现场试验，将各机组转子轴系临界转速计算值和试验值与现行通用标准进行对比，分析标准的适用性，为标准运用及部分标准的修改及制定提供参考.

1 大型发电机组轴系横振理论分析

1.1 传递矩阵法

轴系横振特性理论分析主要包括横振固有频率、不平衡响应、失稳特性等计算内容.传递矩阵法是常用的计算轴系特性的方法之一，在转子动力学计算中占有主导地位.其原理是将一个连续系统离散化为一系列相互连接的子系统，选取一系列状态向量，各个连接子系统间的关系可以通过由这些状态向量组成的传递矩阵表示，再根据边界条件，得到系统的固有频率和模态向量.传递矩阵法的主要特点是编程简单、占内存少、运算速度快，特别适用于像转子这样的链式系统.转递矩阵法与机械阻抗、直接积分等方法相配合，还可以求解复杂转子系统的问题.

1.2 大型发电机组轴系横振特性计算

分别以600 MW、1 000 MW等级大型汽轮发电机组为研究对象，利用Riccati传递矩阵法对轴系进行横振固有频率计算，得到的机组临界转速如表1、2所示.

两台机组的临界转速计算结果均符合通用的设计标准，即发电机临界转速设计值须避开工作频率±10%的范围.

2 大型发电机组轴系临界转速试验

2.1 试验方法和原理