上海电气6MW燃气轮机转子动力学特性分析报告.docx

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XECATURBOTECHNOLOGIES（BEIJING）CO.,LTD.

势加透博（北京）科技有限公司

北京市朝阳区红军营南路傲城融富中心A-1305 100107

TEL:

010-84924950

FAX:

010-84925792

6MW燃气轮机

转子动力学特性分析报告

撰写人员：

宾光富张学锋完成日期：

2013-08-02

5

目 录

一、前言

二、转子动力学分析

2.1转子基本信息

2.2有限元模型

2.3轴承刚度

2.4临界转速随支承刚度变化

2.5刚支下临界转速分析

2.6考虑油膜刚度临界转速

2.7阻尼临界转速分析

2.8固定轴承动态参数的转子特性分析三、结论

一、 前言

针对上海电气设计的6MW燃气轮机转子系统，应用基于有限元的转子动力学专业分析软件DyRoBeS建立了转子系统动力学模型，并进行动力学特性计算。

根据要求，选择最为关注的3个case，分析转子系统刚支临界转速值和阻尼临界转速值，对转子系统的设计方案进行分析验证,为转子方案确认和优化提供参考。

二、 转子动力学分析

2.1转子基本信息

6MW燃气轮机转子结构布局简图如图1所示。

转子由4级透平叶轮和13级压气机叶轮组成，转子全长4517.5mm，总重约为4200kg，采用两支点结构，两轴承跨距为3730mm。

透平侧和压气机侧轴承均设计为椭圆瓦轴承。

图1 6MW燃气轮机转子结构布局简图

2.2有限元模型

采用DyRoBeS软件对该燃气轮机转子系统进行转子动力学特性计算，建立的转子-支承系统有限元模型如图2所示。

图2转子-支承系统转子动力学有限元模型

在模型建立过程中，针对转子结构特点，确定了以下建模细则：

（1）将转子离散化为圆柱或锥形有限元单元；

（2）透平叶轮和压气机叶轮被看成刚性圆盘，在轴段的相应位置用集中质量和惯性矩来模拟（模型中用），其质量、转动惯量和质心位置利用三维模型计算获的（本例中采用上海电气提供数据），同时考虑了不同工作状态下叶轮质量特性的变化；（3）对一些小零件的材料和结构进行简化，忽略一些细小的局部结构（如倒角、退刀槽等）。

转子各部件材料及其性能参数见表1。

（本例中采用常温20℃下值进行分析）

表1 转子各部件材料参数

部件名

材料牌号

弹性模量/GPa

密度/（Kg/m3）

透平端轴头、压气机端鼓筒、压气机13级轮盘、压气机端轴

头

25Cr2NiMoV

20度：

210

500度：

176

7890

透平端四级轮盘、燃机端鼓筒

20Cr3MoWVA

20度：

211

500度：

180

7790

透平和压气机轮盘部件的质量、转动惯量和重心位置数据见表2和表3。

表2透平轮盘在三种工况的质量参数

Blade

-

Rotor1

Rotor2

Rotor3

Rotor4

CenterofGravity

mm

21.1

139.69

259.09

377.63

Case4

N

rpm

6583

6583

6583

6583

BladeNo.

-

69

69

69

69

BladeMass

kg

18.68476

24.68914

28.63873

32.80063

BladeInertia,IP

kg*mm2

2718381

3826540

4784019

5903873

BladeInertia,IT

kg*mm2

1361381

1918095

2395086

2955556

Case5

N

rpm

6912.15

6912.15

6912.15

6912.15

BladeNo.

-

69

69

69

69

BladeMass

kg

18.68476

22.41514

26.00095

29.77952

BladeInertia,IP

kg*mm2

2718381

3474095

4343386

5360095

BladeInertia,IT

kg*mm2

1361381

1741429

2174486

2683333

Case6

N

rpm

7241.3

7241.3

7241.3

7241.3

BladeNo.

-

66

66

66

66

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BladeMass

kg

17.87238

21.44057

24.87048

28.48476

BladeInertia,IP

kg*mm2

2600190

3323048

4154543

5127048

BladeInertia,IT

kg*mm2

1302190

1665714

2079943

2566667

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表3压气机轮盘在三种工况的质量参数

Blade

-

Rotor1

Rotor2

Rotor3

Rotor4

Rotor5

Rotor6

Rotor7

Rotor8

Rotor9

Rotor10

Rotor11

Rotor12

Rotor13

CenterofGravity

mm

93.33901

234.3684

369.807

505.2227

640.5325

775.8986

906.3095

1009.991

1113.512

1216.536

1320.232

1423.589

1526.658

Case4

N

rpm

6583

6583

6583

6583

6583

6583

6583

6583

6583

6583

6583

6583

6583

BladeNo.

-

53

48

48

48

48

48

60

65

63

65

65

65

65

BladeMass

kg

12.17556674

37.13

7.547

7.0197

6.69

6.35

4.713

4.952727

4.435418

4.562182

4.721364

4.494455

3.64

BladeInertia,IP

kg*mm2

1684906.977

3755900

985160

893300

839100

783800

573200

596727.3

529276.4

539236.4

552618.2

520945.5

489272.7

BladeInertia,IT

kg*mm2

844055.814

1895500

493600

447600

420450

392800

287000

298690.9

265007.3

270000

276663.6

260827.3

244636.4

Case5

N

rpm

6912.15

6912.15

6912.15

6912.15

6912.15

6912.15

6912.15

6912.15

6912.15

6912.15

6912.15

6912.15

6912.15

BladeNo.

-

43

43

43

43

43

43

55

65

65

65

65

65

65

BladeMass

kg

9.87829

37.13

7.547

7.0197

6.69

6.35

4.713

5.365455

4.970727

4.942364

4.721364

4.494455

3.64

BladeInertia,IP

kg*mm2

1367000

3755900

985160

893300

839100

783800

573200

646454.5

593154.5

584172.7

552618.2

520945.5

489272.7

BladeInertia,IT

kg*mm2

684800

1895500

493600

447600

420450

392800

287000

323581.8

296990.9

292500

276663.6

260827.3

244636.4

Case6

N

rpm

7241.3

7241.3

7241.3

7241.3

7241.3

7241.3

7241.3

7241.3

7241.3

7241.3

7241.3

7241.3

7241.3

BladeNo.

-

43

43

43

43

43

43

55

65

65

65

65

65

65

BladeMass

kg

9.87829

37.13

7.547

7.0197

6.69

6.35

4.713

5.365455

4.970727

4.942364

4.721364

4.494455

3.64

BladeInertia,IP

kg*mm2

1367000

3755900

985160

893300

839100

783800

573200

646454.5

593154.5

584172.7

552618.2

520945.5

489272.7

BladeInertia,IT

kg*mm2

684800

1895500

493600

447600

420450

392800

287000

323581.8

296990.9

292500

276663.6

260827.3

244636.4

6

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建模完成后，对转子关键属性数据检查比对（以Case4轮盘参数为基准）：

*******************RotorEquivalentRigidBodyProperties*******************

Rotor

no

LeftEnd

Location

Length

C.M.

Location

Mass

Diametral

Inertia

Polar

Inertia

Speed

Ratio

（mm）

（mm）

（mm）

（kg）

（kg-m^2）

（kg-m^2）

1

.000

4517.500

1936.095

4207.