受迷宫汽封汽流力影响的汽轮机转子动特性系数研究

第57卷第2期2015年4月汽轮机技术TURBINETECHN0L0GYV0157NO2APR2015受迷宫汽封汽流力影响的汽轮机转子动特性系数研究吴立明，初世明哈尔滨汽轮机厂有限责任公司，哈尔滨150046摘要用等效刚度和阻尼系数对某汽轮机迷宫汽封蒸汽对转子的流体力进行描述，归纳汽轮机转子各位置处汽封等效刚度与阻尼系数的变化规律，进而分析参数变化对机组稳定性的影响，为机组的安全稳定运行提供技术支持。分析表明汽轮机转子不同位置处的汽封等效刚度与阻尼系数存在一定的变化规律，单纯更改汽封间隙不是提高机组转子稳定性的有效办法。关键词迷宫汽封；刚度与阻尼；稳定性；汽封间隙分类号TK26361文献标识码A文章编号10015884201502012503THESTUDYOFDYNAMICCOEFFICIENTOFTHETURBINESTEAMROTORAFFECTEDBYTHESTEAMFLOWFORCEONTHELABYRINTHSEALWULIRUINGCHUSHIRUINGHARBINTURBINCOMPANYLIMITED，HARBIN150046，CHINAABSTRACTUSETHEEQUIVALENTSTIFFNESSANDDAMPINGCOEFFICIENTTODESCRIBETHETURBINESTEAMFORCEBETWEENTHEROTORANDLABYRINTHSEAL，SUMMARIZETHELAWOFTHESTIFFNESSANDDAMPINGCOEFFICIENTATTHEDIFFERENTPOSITIONOFROTORSSTEAMSEA1THENTHESTABILITYEFFECTSOFTHEPARAMETERVARIATIONAREANALYZED，ANDPROVIDETECHNICALSUPPORTFORSAFEANDSTABLEOPERATIONOFTHEUNITITISFOUNDTHATTHESTIFFNESSANDDAMPINGCOEFFICIENTVARIATIONHASALAWATTHEDIFFERENTPOSITIONOFROTORSSTEAMSEAL，ANDCHANGETHESTEAMSEALSCLEARANCEISNOTAVALIDMETHODTOIMPROVETHESTABILITYOFTHEROTORKEYWORDSLABYRINTHSEAL；STIFFNESSANDDAMPINGCOEFFICIENTS；STABILITY；STEAMSEALSCLEARANCE0前言随着汽轮机技术的发展，对机组热效率经济性要求的提高，对现有通流部分要求进行不断地改进，迷宫汽封被广泛应用于透平旋转机械中，改进的同时也增加了转子发生不稳定的可能性。由于汽封的存在，在一定条件下，汽封与转子间的不定常流体力可能诱发轴系产生自激振动，从而造成转子失稳，降低机组运行的可靠性。尤其对于高参数的透平机械，汽封间隙激振已成为影响机组安全稳定运行的重要因素。因此，对汽轮机迷宫汽封汽流力动特性的研究具有重要意义。L汽封流体力蒸汽激振主要是由于较高的蒸汽压力与汽封共同作用产生的交叉耦合力，其振动频谱与油膜振荡类似，不同的是，蒸汽激振产生的激振源为蒸汽，油膜振荡产生的激振源为油膜，但两者不稳定性的机理是完全一致的。蒸汽激振与蒸汽负荷有关。往往存在一个负荷点，在这一点负荷附近涡动将迅速增，其空B救措施是限制负荷，改善汽封结构、尺寸或改收稿日期20140106变汽轮机结构等以提高汽轮机运行的稳定性。迷宫汽封的力一位移的关系为一】2汽封流体力等效刚度、阻尼系数计算汽封的刚度与阻尼系数，如KKK、C、CC、C下文中相对应的表示为K11、KL2、K21、K22、CC12、C21、C22，与径向滑动轴承的动特性系数相似，它们之间的区别在于其间的介质不同，汽封与轴之间的介质为蒸汽，轴承与轴之间的介质为润滑油。汽封中的轴向压力降产生汽封中的径向刚度。以某电厂汽轮发电机组为例，主要对机组高中压的端汽封、高压排汽平衡环、高压进汽平衡环、中压进汽平衡环以及高中压的叶顶汽封和隔板汽封进行分析，图1是机组高中压通流图。根据相应位置的汽封压力、温度、流速及汽封和转子几何尺寸等相关参数，对汽封汽流力进行等效刚度、阻尼系数计算。机组端汽封、高压排汽平衡环、高压进汽平衡环、中压进汽平衡环汽封的温度和压力的分布如图2所示。其中，O代作者简介吴立明1980，男，工程师，主要从事汽轮机设计及现场振动处理工作。第2期吴立明等受迷宫汽封汽流力影响的汽轮机转子动特性系数研究1273小结通过对以上计算进行分析，得到结论如下1高压进汽平衡环的等效主刚度和交叉刚度最大，按照刚度、阻尼系数数值大小依次为高压进汽平衡环、高压排汽平衡环、中压进汽平衡环、叶顶汽封、隔板汽封、端汽封。2通过更改汽封的径向间隙可以发现，间隙越大主刚度越小，而交叉刚度无明显变化规律。由于汽封引起失稳的主要起因与交叉刚度有直接关系，因此单纯更改汽封间隙不是提高机组稳定性的有效办法。参考文献23赵三星，孟光，荆建平，等汽封力作用下的转子一轴承系统稳定性研究J汽轮机技术，2007，494，280284杨树涛，秦成虎迷宫汽封振动频率对转子动特性系数的影响J汽轮机技术，2003，453，142144陈蓉，柳平，张晓丽蒸汽激振及振动稳定性研究A2003大型发电机组振动和转子动力学学术会议C，上海2O03上接第110页2通过流固耦合分析可得，补焊前简体与封头连接处靠近进汽口端的区域等效应力、总应变最大，且最大主应力为拉应力；补焊后，虽仍为拉应力，但残余应力分布更均匀。3壳体的残余应力分布特征显示壳体实际减薄处残余应力最大，而补焊后壳体内流场分布更加均匀，壳体的应力集中情况得到改善。流体的冲刷作用是壳体减薄的重要原因之一，通过补焊使局部结构改变，可以减弱这种作用。2参考文献刘忠，刘春波，郑玉贵碳钢在单相流中流动加速腐蚀的数值模拟J核动力工程，2009，54853刘景军，林玉珍，田兴玲，等碳钢在固液两相流条件下流动腐蚀的数值模拟J化工学报，2004，2231236EJGAMMALM，MAZHARH，COUONJS，ETA1THEHYDRODYNAMICEFFECTSOFSINGLEPHASEFLOWONFLOWACCELERATEDCORROSIONINA90一DEGREEELBOWJNUCLEARENGINEERINGANDDESIGN，2010，240615891598BOZZINIB，RICOTTIME，BONIARDIM，ETA1EVALUATIONOFEROSIONCORROSIONINMUHIPHASEFLOWVIACFDANDEXPERIMENTALANALYSISJWEAR，2003，2551237245刘春波，郑玉贵核电行业中流动促进腐蚀的模型和数值模拟研究进展J腐蚀科学与防护技术，2008，6436439BOZZINIB，RICOTTIME，BONI