抽水蓄能机组临界转速的理解-中国储能网
2024 04/17 10:52:22
来源:抽水蓄能与储能技术交流

抽水蓄能机组临界转速的理解

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作者:中国储能网新闻中心

  中国储能网讯:临界转速简单理解就是使转子发生强烈振动的转速,其取值考虑综合成本、计算误差。一个转子有几个临界转速,分别叫一阶临界转速、二阶临界转速……。临界转速的大小与轴的结构、粗细、质量及位置、轴的支承方式等因素有关。一阶临界转速和二阶临界转速是旋转机械设备,包括抽蓄机组,在设计和运行过程中需要特别关注的重要参数。这些参数与机组的稳定性和性能密切相关。

  一阶临界转速是旋转机械在运转过程中首次出现的共振转速。当抽蓄机组的转速逐渐接近或达到这一转速时,机组会产生共振现象,导致振动幅度显著增加。这种振动可能对机组的正常运行产生不良影响,甚至可能损坏机组结构,引发安全事故。因此,在抽蓄机组的设计和制造过程中,需要充分考虑一阶临界转速的影响,并采取措施降低其数值或避免在工作范围内出现共振。

  二阶临界转速则是一阶临界转速之后的另一个重要转速点。当抽蓄机组的转速进一步增加,达到二阶临界转速时,机组会再次发生共振,此时的振动情况比一阶临界转速时更为复杂和严重。二阶临界转速的存在进一步增加了机组设计和运行的难度,需要更加精确的计算和优化。

  需要注意的是,一阶临界转速和二阶临界转速的具体数值会受到多种因素的影响,包括机组的结构、材料、运行环境等。因此,在实际应用中,需要根据具体情况进行计算和分析,以得出准确的临界转速值。

  大轴的设计是大容量抽水蓄能机组的研究重点之一, 其设计除影响机电设备外, 还影响土建工程。临界转速分析是转子--支承系统转子动力学设计中最重要的内容之一。临界转速分析的主要目的在于确定转子—支承系统的临界转速,并按照经验或有关的技术规定,将这些临界转速调整,使其与机械的工作转速有足够的裕度,从而得到可靠的设计。包括轴系弯曲临界转速计算和扭转临界转速计算的计算稿。

  抽水蓄能机组主轴两端带有连接法兰,用优质锻钢锻制成,主轴上端法兰与发电机轴下法兰接合面高程应按机组总体布置和轴系稳定要求确定,主轴应具有足够的强度和刚度。能够承受在任何工况条件下可能产生的作用在主轴上的扭矩、轴向力和水平力,且有可能发生的最大瞬态转速时没有有害的振动和摆动。临界转速计算应结合发电电动机统筹考虑。有些电站水泵水轮机结构设计时采用的最大飞逸转速值应不小于额定转速的1.45倍,并且不小于水轮机最大导叶开度条件下的最大飞逸转速。水泵水轮机和与其直接或间接连接的辅机应能在飞逸转速下运行5min而不产生有害变形和损坏。

  典型的轴系机械设计, 要求第一临界转速值应为最大飞逸转速的1.25 倍。国内许多工程的机组招标文件按此要求编写。国标《发电电动机基本技术条件》此值为1.2倍。许多制造厂认为当今发电机转子平衡特性好,1.15倍即够。因此这个问题经常引起争论。对于高水头抽水蓄能电站, 要求1.25倍的确过于苛刻, 要额外加大轴的直径, 很难被厂家接受, 可以同意1.2倍。对较低水头的抽水蓄能机组仍应按1.25倍要求。考虑到国外有的电站曾经在试运行阶段出现过轴系失稳事故,1.15倍不应接受。

  其实抽水蓄能机组到不了二阶,准则一阶是飞逸的1.2倍以上,以前是1.25倍,对高转速机组有点难,大家普遍接受1.2倍。

  轴直径对临界转速影响并不是太明显,最明显的是轴承支撑刚度和上下导距离。所以现在高速机组为了满足临界转速,采用一根轴结构,以此压缩上下导距离,上下导越近,临界转速越高。抽水蓄能,转速高的其绝对值相比转速低的大很多,比如500转的125%比200转的125%要大很多,同时蓄能铁心长,导轴承距离转子中心比较远。

  但目前各支撑刚度为近似值,况且高转速情况下的一些不确定,所以目前很多电站余量大一点,按1.25倍要求。

【责任编辑:孟瑾】