某燃机发电机组轴系扭转振动及转子寿命分析

余沛坰 车 明 邓 喆 蓝吉兵 隋永枫 闫志勇

（1.杭州汽轮机股份有限公司；2.杭州汽轮动力集团有限公司）

1 概述

随着分布式能源的日益发展，使用某燃气轮机的燃气-蒸汽联合循环机组正成为分布式能源中重要的发电设备，被广泛使用于当前工业区域的热电联产电厂（CHP）[1]。发电用燃气轮发电机组（例如：GE的9F.01、西门子的SGT800等）轴系布置常采用布置形式如图1所示，通过齿轮箱连接燃机与发电机[2]。在燃机发电机组轴系设计阶段，燃气轮机与发电机的结构一般均为定型产品，结构固定，所以调整齿轮轴与联轴器就成为了轴系扭转振动特性调整的重要手段，尤其是对轴系前二阶固有频率有很显著的影响[3]。

图1 某发电用燃气轮机轴系组布置图Fig.1 Shaft train arrangement of certain gas turbine generator unit

对于某发电用燃气轮机机组而言，由于轴系长度近20米，轴系扭转自振频率较低，建立精确的轴系扭转振动计算模型是轴系扭振特性考核的基础[3]。轴系扭振特性考核，除了固有频率与转速工频须保证一定的避开率之外，还需要对发电机出现的短路工况进行轴系关键部位的瞬态应力校核与寿命评估。首先，在进行轴系扭转固有频率和振型计算时，若结果无法满足对工频避开率的要求，就必须对轴系进行扭转共振谐响应分析，考核转子各部位的剪应力响应曲线[5-7]。其次，在考核发电机短路工况过程中，由于瞬态载荷过大，会对发电机或燃机转子的轴头部位产生较大的冲击，这部分应力会对转子带来疲劳损伤问题[8-9]。……