Case Study\r\n","repo:modifyDate":"2021-07-30T12:01:58Z","@type":"dover/components/content/images/hero"}}" data-type="image" id="dover-hero-1482816960">

个案研究

ISFD®该技术消除了汽轮机上的次同步振动,以实现全功率输出

DoosanŠkoda Power拥有一个多世纪的汽轮机制造经验,并正在投资研发,以成为先进清洁能源技术交付领域的国际领导者。该公司的创新解决方案包括利用废热和利用循环效率的系统。

DoosanŠkoda power为斯堪的纳维亚的一家发电客户设计了一台46 MW汽轮机,作为联合循环系统的一部分,用于发电和热回收。然而,在初始调试过程中,汽轮机转子不稳定,导致传动系无法满负荷运行。高次同步振动迫使汽轮机在额定功率为46 MW的情况下仅在27 MW时跳闸。

轴承间隙和配置的改变减轻了振动,但无法完全消除振动。DoosanŠkoda Power联系了Waukesha轴承公司Bearts Plus,寻求阻尼器解决方案。BOB电竞怎样

轴承加上执行了一个系统级转子动力学评估对转子、轴承和密封件进行评估,并确认振动的原因是柔性转子(由轴承之间的大跨度引起)与二次密封位置的蒸汽涡流力相结合。

对于解决方案,轴承加建议将转子系统软安装在倾斜垫轴颈(TPJ)轴承上ISFD®技术. 获得专利的整体挤压油膜阻尼器设计显著提高了汽轮机的转子动力稳定性,消除了次同步振动,并显著降低了临界转速下的放大系数。最终,ISFD设计允许汽轮机满负荷运行,并为最终用户产生最大功率。

解决挑战

汽轮机的原始5瓦摇臂枢轴TPJ轴承采用不对称油膜刚度设计,以适应联合循环系统的转子动力学,但转子灵活性和不稳定的蒸汽涡流力导致系统负阻尼,因此,约30 Hz时的强次同步振动(见图1)。

相反,采用ISFD技术的轴承提供低刚度和高效阻尼,以最大化阻尼比并消除次同步振动。

瀑布谱显示原始轴承的次同步振动
图1:瀑布谱显示原始5瓦TPJ轴承在30 Hz下的次同步振动

ISFD设计是通过电火花加工(EDM)制造的。整体“S”形弹簧连接外圈和内圈,每组弹簧之间延伸挤压油膜减振器环。轴承垫位于内圈中。独特的设计允许对同心度、刚度和转子定位进行高精度控制,并通过分离刚度和阻尼产生卓越的阻尼效果。

传统挤压油膜阻尼器(SFD)的动态刚度取决于振幅和频率,而在ISFD设计中,刚度仅由弹簧定义。这使得临界转速和转子模式具有良好的可预测性和精确位置,而与振幅和频率无关。

ISFD阻尼由供油喷嘴和端部密封处的流动阻力控制。传统SFD中的阻尼是通过压缩阻尼膜产生的,由周向膜流控制,分段ISFD设计可防止周向流,并通过活塞/缓冲器效应吸收能量。

ISFD设计的刚度和阻尼均通过严格的测试针对应用进行了优化转子动力学分析. 对于汽轮机而言,由于蒸汽涡动是次同步振动的根本原因之一,因此ISFD解决方案的分析仔细关注了不稳定密封力和级力的建模。无这些力的阻尼特征值分析表明,与原始轴承相比,ISFD设计的稳定性裕度提高了12倍。在失稳力作用下,ISFD解决方案保持了较高的稳定裕度(见图2)。轴承支承处的低刚度和最佳阻尼的组合是将弯曲模态转换为更多刚体模态并提高转子/轴承系统整体稳定性和阻尼比的关键。

原始轴承同步响应的现场振动测量
图3a:同步响应的现场振动测量:原始5瓦TPJ轴承
用ISFD技术对升级轴承同步响应的现场振动测量
图3b:同步响应的现场振动测量:采用ISFD技术的4瓦TPJ轴承

现场数据

采用ISFD技术安装轴承后的现场振动数据支持转子动力学分析,表明系统阻尼良好。ISFD设计显著降低了同步振动,消除了振动增加和波动,即使在启动时的热瞬态期间也是如此(见图3)。

此外,使用ISFD设计消除了初始调试(图1)时出现的次同步振动峰值(见图4)。采用ISFD技术的轴承提供了更大的稳定裕度,使系统免于严重的次同步振动,并实现了汽轮机的全速、全功率运行。

瀑布谱显示通过ISFD轴承设计消除次同步振动
图4:ISFD设计消除次同步振动的瀑布谱

多才多艺

高速和高压应用中的挠性转子特别容易受到转子动力学不稳定性和通过临界转速转换的高放大系数的影响。无论应用是整体齿轮压缩机、离心压缩机、汽轮机还是发电机,ISFD轴承减振器解决方案都可以设计为特定的支承刚度和阻尼,以最大化传递到轴承位置的能量比率,并显著提高系统的稳定性。

采用ISFD技术的四瓦可倾瓦径向滑动轴承

ISFD技术

ISFD设计采用有限元方法进行优化,并通过线切割加工制造,可提供精确控制的刚度和阻尼。它最大化了轴承位置的能量耗散,显著提高了系统稳定性。

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转子动力学分析

转子动力学分析同时评估轴承和密封特性,以便更好地了解每个部件的独立影响。

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