300MW汽轮机轴承座振动分析

　　1　引言

　　在多台某种型号的300MW汽轮发电机组运行中,均出现因低压端轴瓦振动过大而严重影响机组安全运行、造成重大经济损失的现象,这成为电力生产中亟待解决的问题。为探讨低压端轴瓦振动的原因,全面了解其轴承座的动态参数是十分重要的。为此,对轴承座进行了实验模态分析,并用有限元法对轴承座进行了振动计算,据得到的固有频率和振型,找出了轴承座结构的薄弱环节,并采取了相应措施,有效地提高了轴承的抗振性能。

　　2　有限元计算模型

　　2.1　轴承座结构

　　300MW汽轮机组低压缸轴承座结构如图1所示。其外形为一矩形箱体,低压端轴承安置在一个圆锥体(件1)上,锥体与箱壁前部端板(件2)焊接在一起,并由纵向和横向筋板(件3, 4,5)支承。为提高结构刚度,在轴承座箱体内壁与机组主轴垂直的平面上设置了一个环形筋板(件7),取轴承座箱体及相关的各加强筋板为分析对象,建立有限元计算模型,整个机组系统中其余的部件对轴承座振动的影响,通过边界条件来实现。

　　2.2　有限元计算模型

　　低压端轴承座被视为板、壳拼焊结构,为保证计算精度,计算模型中各板、壳的大小、形状和位置均与实际结构一致。采用节点、单元自动生成方法建立的有限元计算模型如图2所示。该模型共有节点455个,三角形板元822个。

　　根据轴承座实际安装情况和微振动特点,对计算模型的边界条件作如下处理:在轴承座箱体壁板与基础的连接处选取二个节点约束轴承座系统的刚体位移;考虑到轴承座箱体沿机组主轴方向的拉压刚度较大,箱壁后部端板(图1中件6)是与系统中其它部件的连接界面,将限制轴承座沿主轴方向的位移,为此,计算模型中约束交界面上节点的沿主轴方向的位移;轴承座箱体下部与支承底板之间是松动的定位连接,当机组运行一段时间后,温度升高,底板将约束有关节点的竖直方向的位移,因此,在箱体下部节点上,约束其竖直方向的位移。

　　在振动计算中,将轴承承担的转子的质量作为集中质量输入给轴承座的各相应节点,其大小按设计说明书给出的数值按正弦分布规律求出。

　　3　计算结果及分析

　　3.1　计算结果

　　计算得到的前10阶固有频率示于表1,前10阶振型示于图3。

　　3.2　计算结果分析

　　轴承座系统的振型比较复杂。一阶振型是以箱体前部端板(图1中件2)为主、带动锥体的振动。二、三、四阶振型是以支承锥体的横向筋板(图1中件4、5)为主的振动。五阶振型以端板和横向筋板为主的振动。六阶振型是一种不对称的振型,一侧振动大,另一侧振动小。七、八阶振型是以支承锥体的横向筋板为主的振动。九、十阶振型以横向筋板和前端板为主的振动。100Hz以下,轴承座系统有11阶固有频率,除1、6、9阶外,支承锥体的横向筋板的振动都占主导地位。为提高轴承座系统的抗振性,提高横向筋板的刚度是必要的。