重型燃气轮机轴系非线性耦合动力学特性及设计准则

It is about rotor-bearing system of heavy duty gas turbine as research object. Rotor dynamics, nonlinear dynamics , thermodynamics, fluid mechanics, solid dynamic and multi-disciplinary theories and methods are used to consider dynamics properties of the shaft system’s high dimensional ,nonlinear ,strong coupling relationship. Nonlinear coupling dynamics model of the shaft system’s for heavy duty gas turbine are established，It is disposed for the engineering equivalent reduced, to solve the shaft system’s critical speed of revolution, unbalance response, stability. To analyze the shaft system’s instability mode and parametric variation on the influence law of stability. It is developed the imitation experiment facility of the rod fastening rotor-shaft system for heavy duty gas turbine, to test verification dynamics properties of the shaft system’s for heavy duty gas turbine. For as the goal function of stability margin, carries on the optimization design research based on optimization design theories and methods. The shaft flow part structure’s key design and operating parameters and selection criterion are given in research. Dynamics design criterion is formed for the shaft system’s of heavy duty gas turbine. Dynamics design software are developed for the shaft system’s of heavy duty gas turbine. It provided a reliable service and technical support of China's heavy duty gas turbine and solved the key technical problems of dynamics design for the moving into the digital decade for shaft system’s of heavy duty gas turbine.

以重型燃气轮机组轴系转子-轴承系统为主要研究对象，应用转子动力学、非线性动力学、热力学、流体和固体力学等多学科理论与方法，综合考虑轴系的高维、非线性和强耦合的动力学特点，建立重型燃气轮机轴系非线性耦合动力学模型，对其动力学模型进行工程等效约化处理，求解燃气轮机轴系临界转速、不平衡响应、稳定性；分析结构、轴承/密封、通流和连接介面特性等关键设计和运行参数变化对轴系非线性稳定性、稳定裕度及失稳模式的灵敏性影响规律；开发重型燃气轮机拉杆转子轴系模拟实验台，实验验证燃气轮机轴系的动力学特性；采用优化设计理论和方法，以轴系稳定裕度为目标函数对其进行优化设计研究，给出机组轴系的设计和运行参数的选取准则，形成燃气轮机轴系动力学设计准则。开发重型燃气轮机轴系动力学设计软件，解决重型燃气轮机组轴系动力学设计关键技术问题。为重型燃气轮机组迈入数字化设计、保证机组的安全可靠运行提供技术支撑。

本项目旨在以重型燃气轮机转子系统为主要研究对象，建立重型燃气轮机转子非线性动力学模型，对转子模型进行工程等效约化处理，求解燃气轮机轴系临界转速、不平衡响应、稳定性；分析结构、轴承/密封、通流和连接介面特性等参数对轴系非线性稳定性、稳定裕度及失稳模式的灵敏性影响规律；开发重型燃气轮机拉杆转子轴系模拟实验台，实验验证燃气轮机轴系的动力学特性；采用优化设计理论和方法，以轴系稳定裕度为目标函数对其进行优化设计研究，给出机组轴系的设计和运行参数的选取准则，形成燃气轮机轴系动力学设计准则。开发重型燃气轮机轴系动力学设计软件，解决重型燃气轮机组轴系动力学设计关键技术问题。. 目前取得了较为丰富的研究成果，解决了典型燃气轮机组机组轴系界面接触摩擦引起的微小间隙非线性耦合力模型及表征方法。解决了重型燃气轮机拉杆转子系统动力学的建模问题。对重型燃气轮机轴系非线性耦合动力学的关键设计参数进行了理论分析。完成了燃气轮机轴系动力学模型工程等效约化方法的研究，初步开发完成了重型燃气轮机轴系动力学设计软件。建立两种形式的拉杆转子的动力学模型，并对其动力学特性进行了分析。分析了不平衡量大小和位置对转子-轴承系统非线性相应及稳定性的影响规律。分析了轴承、密封、支承布置和拉杆分布方式等对转子动力学特性影响规律。分析了转子结构、轴承、密封、通流和连接介面特性等关键参数对轴系非线性稳定性、稳定裕度的影响规律。建立了基础松动转子系统模拟实验台以及刷式密封转子轴承系统实验台，实验测试了基础激励、基础松动以及刷式密封对转子轴承系统动力学特性的影响规律。. 本项目研究成果具有重要意义。为重型燃气轮机组迈入数字化设计、保证机组的安全可靠运行提供技术支撑。研究成果在多场耦合激励下重型燃气轮机轴系的动力学设计方面取得了初步的进展和突破，成果将拓展转子动力学科领域，其工程应用对于提高我国燃气轮机装备制造业的自主创新设计水平具有重要意义。