第
31
卷第
23
期
振动与冲击
JOURNAL
OF
VIBRATION
AND
SHOCK
Vo
l.
31
No.23
2012
转子轴系弯扭糯合振动的次同步谐振分析
李军,陈予恕
(哈尔滨工业大学航天学院,哈尔滨
150001
)
摘
要:考虑次同步谐振对汽轮发电机转子轴系的影响,建立了低压缸转子和发电机转子弯扭捐合振动系统的非
线性动力学模型。质量偏心是引起弯扭搞合振动的重要因素,偏心量越大弯扭捐合越明显。应用平均法得到系统的分岔
方程,通过奇异性理论分析得出:转迁集将参数平面划分为四个不同区域,在不同的参数区域内系统的运动模式不同。应
用解析和数值的方法分析了系统的分岔特性比较发现:在次同步谐振作用下,仅考虑扭转振动是不全面的,应该将弯曲振
动和扭转振动同时考虑更为合理。该结果可以为该系统的参数设计和故障诊断提供理论依据。
关键词:弯扭捐合;次同步谐振;奇异性理论
中图分类号
0322;T
H1
33
文献标识码
A
Sub-synchronous
resonance
of
a
rotor
system
with
bending-tor
世
onal
coupling
vibration
LI
Jun , CHEN Yu-shu
(School
of
Astronautics
,
Harbin
Institute
of
Technology
,
Harbin
150001
, China)
Abstract:
Th
e nonlinear dynamic model of a low pressure cylinder-generator system was established considering
sub-synchronous resonances. The unbalanced mass aroused bending-torsional coupling vibration of the rotor system and the
larger the unbalance
, the more serious the vibration. The bifurcation equations
of
the rotor with bending-torsional coupling
were obtained by using the average method. Transition sets and bifurcation diagrams were obtained according to the
singularity theory. The parameter plane was divided into four regions. In different regions
, there were different bifurcation
modes. The bifurcation characteristics were analyzed with analytical and numerical results. It was found that
under
the
sub-synchronous resonance
, only considering the torsional vibration of the rotor system is incomplete
and
its bending-
torsion coupling vibration analysis is more reasonable. All these results presented here provided a theoretical basis for
optimal design and fault diagnosis of rotor systems.
Key
words:
bending-torsional coupling; sub-synchronous resonance; singularity theory
随着社会经济的发展,人们对电力的需求越来越
旺盛,这使得汽轮发电机组的研制、生产向巨型化、大
容量的方向发展,相应的汽轮发电机组的振动问题也
越来越突出。在实际的汽轮发电机组中,由于质量不
平衡和外激励等多种因素的存在,从而导致汽轮发电
机组的弯扭搞合振动问题越来越突出。所以在对系统
进行动力学分析时,有必要考虑系统的弯扭榈合振动
问题。在最近几十年,有一批关于转子弯扭稠合振动
方面的研究出版
AI-Hussain
等
[1
-2]
分别应用拉格朗日
函数,建立了考虑平行不对中和倾角不对中的弯扭搞
合转子系统的数学模型。在平行不对中的研究中得
出:平行不对中能引起扭转振动和侧向振动;在倾角不
对中的研究中,以倾角不对中对系统稳定性的影响为
基金项目:国家自然科学基金项目资助
(10632040
,
10772056)
收稿日期
2011
一
08
-22
修改稿收到日期
:2011
-11 -
29
第一作者李军男,博士生,
1982
年生
研究对象,得出:倾角不对中增加或者搞合刚度增加,
系统的稳定区域也相应的增加。
Papadopoulos
等
[3
-4]
建立了三自由度
Timoshenko
梁的弯扭搞合振动方程,
研究了自由振动轴的动力学响应,分析表明:弯曲振动
对扭转振动有很大的影响。刘占生等
[5]
建立了
Jeffcott
转子的非线性弯扭搞合模型,并对该系统在较宽的参
数域内进行了分岔分析,得出不平衡量是判断什么时
候发生弯扭组合共振的决定条件。弯扭组合共振可能
引起系统潜在的不稳定,应该尽量避免系统参数选在
弯扭组合共振区间。
我国的电力需求逐年增加,有时需要长距离和大
容量的输送电能。为了提高传输效率和减少电路的损
耗,常常应用串联补偿线路。然而这将有可能引起次
同步谐振
(sub-synchronous
resonance)
。次同步谐振是
严重的电网问题,当满足次同步谐振的条件时,电网和
发电机将发生剧烈的能量交换,可以引起汽轮发电机
组轴系的大幅振动。因此专家学者对次同步谐振现象