高速涡轮发电转子振动特性试验研究.docx

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摘要
为了研究高速涡轮发电转子的振动特性，进行了定常、非定常试验，并对试验数据进行了分析和处理。试验结果表明，高速涡轮发电转子的振动主要由谐波振动和阶跃振动组成。其中，谐波振动的震动频率较低，振幅较大；阶跃振动的震动频率较高，振幅较小。磁力轴承和剪切流体阻尼器的运用可以有效减少振动，提升转子的稳定性。
关键词：高速涡轮发电；转子振动；谐波振动；阶跃振动；磁力轴承；剪切流体阻尼器
Abstract
In order to study the vibration characteristics of the high-speed turbine generator rotor, steady-state and non-steady-state tests were carried out, and the test data was analyzed and processed. The results showed that the vibration of the high-speed turbine generator rotor was mainly composed of harmonic vibration and step vibration. Among them, the vibration frequency of harmonic vibration was lower and the amplitude was larger, while the vibration frequency of step vibration was higher and the amplitude was smaller. The application of magnetic bearings and shear fluid dampers can effectively reduce vibration and improve the stability of the rotor.
Keywords: High-speed turbine generator; rotor vibration; harmonic vibration; step vibration; magnetic bearings; shear fluid dampers

高速涡轮发电转子的振动稳定性直接影响了发电机的安全和运行效率。因此，对高速涡轮发电转子的振动特性进行研究具有重要的意义。本研究在高速涡轮发电转子试验台上进行了定常、非定常试验，并对试验数据进行了分析和处理，以研究高速涡轮发电转子的振动特性和影响因素，为提高高速涡轮发电机的运行效率和安全性提供理论依据。

试验原理
高速涡轮发电机的振动特性与转子结构、运行状态、负载特性等因素有关。转子振动主要由谐波振动和阶跃振动组成。谐波振动是由于转子的结构特性和受力情况导致的，其振动频率在谐波频率范围内，振幅较大；阶跃振动是由于转子不平衡、加速、减速等过程中转子的惯性和受力情况导致的，其振动频率较高，振幅较小。磁力轴承和剪切流体阻尼器的运用可以有效减少振动，提升转子的稳定性。
试验方法
对高速涡轮发电转子进行定常试验和非定常试验，分别测量转子在不同负载、不同转速下的动态特性和振动情况，采集转子振动信号以及转子与磁力轴承和剪切流体阻尼器之间的关联信号，并对试验数据进行分析和处理。

谐波振动特性
图1所示为高速涡轮发电转子在12000转/s时的谐波振动频率响应曲线。可以看出， Hz处存在一阶谐波振动， mm。其余频率响应均较小。谐波振动由于其振幅较大，易导致强烈的机械共振，从而对转子的安全和稳定造成威胁。
图1 高速涡轮发电转子谐波振动频率响应曲线
阶跃振动特性
图2所示为高速涡轮发电转子在减速阶段的阶跃振动响应曲线。可以看出，转子在减速过程中，阶跃振动的响应频率较高， mm，且振幅随时间的变化呈现波动性。
图2 高速涡轮发电转子阶跃振动响应曲线
磁力轴承和剪切流体阻尼器的运用
图3所示为高速涡轮发电转子使用磁力轴承和剪切流体阻尼器后的振动特性变化。可以看出，使用磁力轴承和剪切流体阻尼器可以有效减轻转子的振动，振幅明显降低，稳定性明显提升。
图3 高速涡轮发电转子使用磁力轴承和剪切流体阻尼器后的振动响应曲线

高速涡轮发电转子的振动主要由谐波振动和阶跃振动组成，谐波振动的震动频率较低，振幅较大；阶跃振动的震动频率较高，振幅较小。磁力轴承和剪切流体阻尼器的运用可以有效减少振动，提升转子的稳定性。这为高速涡轮发电机的稳定运行及性能提升提供了一定的理论依据。