GT25000燃机试验工艺基架动态特性研究0

GT25000燃机试验工艺基架动态特性研究

GT25000燃机试验工艺基架动态特性研究 2011年12月09日 来源： 中图分类号：TK47∶O327　　　文献标识码：AA Study of the Dynamic Characteristics of a Technological Base-frame for GT25000 Gas Turbine TestYou Guoying（Wuxi Division of Harbin No.703 Research Institute, Wuxi, Jiangsu, China, Post Code 214151）Through the use of a finite element method and a substructure technology a dynamic model of technological base-frame system is set up for a GT25000 gas turbine test. Calculated in detail are the natural characteristics and the dynamic response of the above-cited system. Also discussed is the effect on the system vibrations of a damper and damping action. The results of an analysis show that the technological base-frame possesses relatively good dynamic characteristics and features a rational design. Key words: gas turbine test, technological base-frame, substructure, natural frequency, dynamic response1　概述　　随着燃气轮机技术的不断发展，燃气轮机的振动问题日益被重视起来。GT25000燃气轮机是从国外引进的工业和船用燃气轮机，需对其进行陆上性能试验。为了保证试验工作的顺利进行，其工艺基架的设计应满足规定的振动要求。因此，对工艺基架结构进行动力分析，主要有两个目的：一是校核结构设计是否合理，即能否避开与设备产生有害振动；二是为试验提供一些有价值的计算数据。　　本文采用有限元法及子结构技术，建立了GT25000燃气轮机试验工艺基架结构系统的力学模型，详细计算了结构系统的固有特性及动态响应，讨论了系统阻尼和机组减振器对振动的影响。本文得到的一些结论，可供有关设计人员和试验人员参考。2　力学模型　　GT25000燃气轮机单机性能试验的主设备有燃气轮机和水力测功器。燃气轮机所做的功，经其动力涡轮输出，由水力测功器消耗。燃气轮机和水力测功器分别安装在各自的工艺基架上，工艺基架的地脚螺栓与基础平台固定。燃气轮机的工艺基架结构较复杂，它由排气管支架、主机架、前底架、后底架四个结构组成。2.1　子结构划分　　将燃机机组划分为发动机和排气管两个子结构，与工艺基架相比其刚度不算很大。水力测功器简化为集中质量，作用在测功器底架上。基础平台是一个长方形的钢筋混凝土结构，划分为板壳单元，而支撑它的地基简化为无质量的弹簧。排气管支架、主机架、前底架、后底架作为子结构，整个结构共划分8个子结构和1个母结构，如图1所示。整个结构系统共有板壳单元2 025个，梁单元482个，节点数2 531个，自由度数近13 000个。图1　结构系统的力学模型2.2　减振器刚度等效　　GT25000燃机机组共有20个减振器，它的三个主刚度方向与总体坐标轴方向成某一夹角。根据能量守衡原理，将减振器主刚度转换到总体坐标系中。最后将减振器简化为梁单元，其刚度用梁的材料常数和截面参数来等效。2.3　动态载荷及阻尼　　动态载荷由燃气轮机动力涡轮转子和水力测功器转子的动不平衡力产生。为保守起见，假设水力测功器的动载幅值为设备重量的10%，而燃机机组的动载大小为设备重量的20%，如表1所示，列出了4种典型的动态载荷，其中的阻尼假定为比例阻尼，取ξ＝0.05～0.15。表1　动态载荷工况工况振动来源激励方向激振波形减振器阻尼1燃机机组Z向或Y向正弦不安装无2燃机机组Z向或Y向正弦安装无3燃机机组Z向或Y向正弦安装有4燃机，测功器Z向和Y向正弦安装有3　计算方法 　　采用通用程序SAP84进行计算。它的子结构功能是以“静力凝聚”原理为基础来设计的，是一种准确的动力子结构算法(详见文献［3］)。4　结果分析4.1　固有特性分析4.1.1　对工艺基架各个结构单独进行频率计算(此时不计设备质量)，假设联接螺栓处为固支，结果表明：各结构的第一阶频率都在110 Hz以上，大于机组工作频率的两倍。4.1.2　考虑水力测功器的质量，测功器底架的第一阶频率降至35 Hz。考虑燃机机组(装减振器)的质量，其前、后底架的地脚螺栓固支，则其工艺基架结构的第一阶固有频率仅为8 Hz。4.1.3　整个结构系统的前20阶频率见表2。考虑机组装减振器和不装减振器两种情况，可见减振器的刚度对系统的固有特性有较大的影响。对于有减振器的情况，前20阶频率值都在机组共振区以下。前4阶振型都是减振器在振动，第5～10阶基本上是地基支撑弹簧的振型，从第11阶起，工艺基架各结构才显出自己的振型。而且发现，减振器、地基弹簧及工艺基架三者之间并无明显的耦合振动。限于篇幅，结构的振型图从略。

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