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邹县发电厂超超临界1000MW汽轮发电机组轴系稳定性计算结果分析
转自： 时间：2008年12月12日09:14

　　0 概述邹县发电厂四期工程是引进日立技术制造的超超临界1000MW火力发
电机组，无论就其功率（单轴）和轴系长度而言，均为目前世界一流，且制造厂
又没有此类机组的制造和运行业绩。由于其轴系（总长54.2米，其中汽轮机四个
转子总长37.9米）长出以往机组很多，且蒸汽参数又为超超临界（25.0MPa/600
℃/600℃），所以汽流、油膜半频左右的轴系失稳激振趋势不可轻视，因为以往
无论是国产的还是进口技术生产的大型机组都曾有大概率的发生，且至今没能很
好地解决；轴系加长后，轴系的稳定性目前没有理论及工程计算支持，只有日立
公司的其它较短轴系的随功率加大在几乎是线性算术级别上的简单累加。这些都
不能完全、精确地证明此未经实践证明了的1000MW机组的轴系一定是稳定的。为
把风险降低到最小，进行邹县发电厂超超临界1000MW汽轮发电机组轴系稳定性的
计算是必要的，以使引进工作万无一失。

      1 轴系概况邹县发电厂引进的1000MW汽轮发电机组轴系由汽轮机高压转子、
中压转子、A 低压转子、B 低压转子和发电机转子组成；汽轮机高压转子、中压
转子、两根低压转子全部采用整锻转子；各转子之间采用刚性联轴器联接；每根
转子各有两个支持轴承，根据各轴承的工作条件，为保证轴系安全、稳定运行，
高压转子、中压转子支持轴承选用可倾瓦轴承，两个低压转子及发电机转子支持
轴承选用椭圆轴承。轴系简图如图1 所示，图2 为汽轮机的纵剖面示意图。

                                        图1 　轴系简图

各转子基本参数见表1。
                                                 表1  转子基本参数

 
高压转子
中压转子
A低压转子
B低压转子
发电机转子
转子长度 mm
7864.2
8840
9588
10144
16006
转子质量   kg
24699
29600
72934
72425
104748
支承内跨距  mm
5800
5650
6550
6550
11805
转动惯量  kg*m2
2190
3719
27171
27084
18957
 
轴承基本参数见表2。
                                                 表2  轴承基本参数
轴承号
1#
2#
3#
4#
5#
6#
7#
8#
轴颈D mm
406
508
533
533
533
558
558
584
轴承宽度mm mmL/D
254
254
279
305
381
381
381
381
轴承型式
可倾瓦
椭圆瓦
2  转子静力特性
根据转子的有关参数，计算出各轴承在工作状态下的负荷分配，计算结果见表3。
表3  轴承负荷             （单位: kN）
轴承号
1
2
3
4
5
6
7
8
支反力
106.58
135.63
168.243
121.91
352.4
362.48
359.1
350.78
 
3  轴系横振特性计算
3.1临界转速
1000MW汽轮发电机组轴系各单跨及轴系临界转速计算结果见表 4。
 
                 表 4 临界转速计算结果         （单位: r/min）
阶 次
1 阶
2 阶
3 阶
4阶
5阶
6阶
7阶
单跨
高压转子
1945
>4500
 
 
 
 
 
中压转子
2020
>4500
 
 
 
 
 
A低压转子
1672
3695
 
 
 
 
 
B低压转子
1705
3850
 
 
 
 
 
电机转子
820
2390
 
 
 
 
 
轴系
临界转速
841
1683
1718
1971
2048
2366
3683
对应振型
电机一阶
A低压一阶
B低压一阶
高压一阶
中压一阶
电机二阶
A低压二阶
3.2不平衡响应
按设计规范所规定的转子不平衡质量大小和分布，计算了轴系各轴段的响应峰值大小，其中工作转速下轴系各轴颈处的响应峰值计算结果列于表5。
表5  转子轴颈处不平衡响应计算值     转速：3000r/min   峰-峰：μm

　

轴颈号
#1
#2
#3
#4
#5
#6
#7
#8
#9
#10
响应值
11
14
11
17
20
22
18
20
24
23
　

由计算结果可知，各轴颈的振动响应值均满足设计规范规定的小于50μm的要求。
 
4 轴系稳定性计算
根据轴承各转速下动特性对轴系的失稳转速进行了计算,其结果为失稳转速大于4000r/min，满足规范要求的大于工作转速的125%。
额定转速下轴系稳定性计算结果见表6。由表6可知轴系的最小对数衰减率为0.235，其中高压转子的最小对数衰减率为0.345，考虑汽隙激振后高压转子的最小对数衰减率为0.295，大于0.20，具有足够的稳定性裕度。
表6 轴系稳定性计算结果
模态
不考虑汽流激振力
考虑汽流激振力
No
部位
实部
虚部
对数衰减率
实部
虚部
对数衰减率
1
电机
-3.291
87.96
0.235
-3.291
87.96
0.235
2
A低压
-9.255
176.77
0.329
-9.254
176.76
0.329
3
B低压
-9.233
181.17
0.320
-9.231
181.15
0.320
4
高压
-11.288
205.77
0.345
-9.719
206.94
0.295
5
中压
-14.167
214.99
0.414
-13.768
215.64
0.401
6
电机
-29.916
245.46
0.766
-29.916
245.46
0.766
7
A低压
-57.628
384.85
0.941
-57.628
384.85
0.941
 
5  轴系扭振特性计算
轴系扭振固有频率及发电机发生两相短路时的最大剪切应力计算结果见表7和表8。
表7  轴系扭振固有频率计算结果（单位: Hz）
阶数
1
2
3
4
5
6
扭振频率
13.26
23.28
26.54
56.79
92.65
133.46
表8  轴系扭振晌应（扭转剪应力）计算结果
 
位置
正常最大工况
机端二相短路
扭矩Nm
应力MPa
扭矩Nm
应力MPa
高压后轴颈处
9.90E+05
38.46
2.04E+06
79.25
中压前轴颈处
9.90E+05
38.46
2.64E+06
102.56
中压后轴颈处
1.90E+06
73.81
4.40E+06
170.94
A低压前轴颈处
1.90E+06
63.91
4.92E+06
165.48
A低压后轴颈处
2.50E+06
73.28
6.17E+06
180.89
B低压前轴颈处
2.50E+06
73.28
6.43E+06
188.37
B低压后轴颈处
3.20E+06
81.82
1.16E+07
297.64
 
 
 
表9  转子材料
转子
高压、中压转子
低压转子
材料牌号
12Cr
30Cr2Ni4MoV
屈服强度σ0.2  MPa
760
760
许用剪应力[τ]  MPa
438
438
设计规范规定，轴系扭振频率f要满足：f≤45Hz； 55Hz≤f≤93Hz；f≥108Hz；对于发电机机端发生两相短路的最大剪应力应小于材料剪切应力的屈服强度，即：[τ]max≤0.577σ0.2
从表7和表8中看出，轴系扭振频率满足设计规范规定的避开率要求，两相短路最大剪应力也满足规范要求。表9为转子材料的强度特性。
6  结论
6.1 轴系各阶临界转速分布满足设计要求
从单个和轴系的弹性支承临界转速计算和分析结果来看, 引进的1000MW汽轮发电机组轴系各阶临界转速计算值均避开工作转速15%，同时也避开暖机转速。
6.2 轴系不平衡响应峰值较小
从轴系不平衡响应计算结果可知,轴系各轴颈处的最大不平衡响应峰－峰值小于50μm,满足设计规范要求。
6.3  轴系的扭振特性是安全的
轴系扭振频率避开工频和倍频的范围，满足设计要求；发电机两相短路工况下，各截面的最大应力均满足设计规范要求，小于许用应力。
6.4 轴系的稳定性满足设计要求
轴系的失稳转速大于额定工作转速的125%，且额定工作转速下的对数衰减率大于0.20，具有足够的稳定裕度。
(编辑：韦唯敏)
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