李建春1 黄葆华2 杨建刚3
1.国华电力公司 北京 100025 2.华北电力科学研究院有限责任公司 北京 100045 3.东南大学 江苏南京 210096
大型汽轮发电机组通常是一个由多根转子通过联轴器连接起来的轴系，属于静不定结构。在这样的系统中，轴承载荷的变化会改变轴承的动力特性，直接影响机组的安全稳定运行，严重时可能导致机组轴系失稳。
影响轴承载荷分配的因素很多，轴承标高是最主要的影响因素。为了保证合理的载荷分配，需要考虑影响轴承标高的诸多因素，如：真空、排汽温度变化，凝汽器水量等，在冷态下对轴系标高进行预留。另外一方面，为了调整和优化机组动力特性及故障诊断，也需要知道轴承载荷与标高变化之间的关系。
对于轴系标高的变化国内外研究的侧重点有所不同。国外研究者力图将标高变化引起轴承油膜系数变化的问题研究透彻，同时对轴系稳定性、临界转速、振动响应等问题研究的也较为深入。国内的研究者侧重于应用研究，标高变化对轴系稳定性的影响，对轴承载荷分配的影响等研究较多。
本文利用传递矩阵方法分别对国产200、600 MW及引进型300 MW等汽轮发电机组轴系标高及轴承负荷分配进行了计算，着重研究了轴承标高变化对轴承载荷的影响，提出了轴承负荷对标高变化灵敏度的计算方法，并结合国产600 MW汽轮发电机组进行了分析，给出了一些有用的结论。
图1为引进型300 MW机组轴系结构图，图2为国产600 MW机组轴系结构图。
1 轴系载荷分配计算方法
1.1 轴系扬度曲线与轴承负荷分配计算
轴系各轴承的载荷分配在给定标高下进行计算，需要事先确定轴系的安装扬度曲线。目前在工程上常用的方法是传递矩阵方法，计算原则：一种是安装扬度曲线满足轴承处的弯矩为零；另一种是扬度曲线满足联轴器结合面处弯矩和剪力为零。按照一定原则，将汽轮发电机组轴系简化为具有N个节点的集总质量模型。由传递矩阵理论可知，节点之间的传递矩阵关系为：
式中，y、θ、M、Q分别代表节点的位移、转角、弯矩、剪力和重量；l、E、I分别代表轴段长度、弹性模量和截面惯性矩。对于轴承而言，Fbi为轴承所承受的载荷；其他节点处Fbi＝0。
按安装扬度曲线计算原则，利用节点间的传递关系进行计算可以得到轴系的扬度曲线、轴承载荷、各截面的弯矩和剪力分布情况。
分别对国产200、600 MW，引进型300 MW机组轴系进行模化后，按照扬度曲线满足联轴器结合面处弯矩和剪力为零的原则，计算得到了轴承安装的理想标高与轴承载荷的分布情况，见表1～4。
1.2 变标高对轴承载荷分配的影响
标高的变化对轴承载荷的分配将产生影响。例如，对于引进型300 MW机组，计算表明，当6号轴承抬高0.1 mm，6号轴承的负荷将增加1.506 kN，负荷变化为0.55%,而7号轴承负荷将降低3.77%，这将会影响轴承的振动特性。对国产200 MW机组的计算发现，5、6号轴承标高变化对轴承载荷分配影响较大；对于国产600 MW机组，4、5号轴承标高变化对相互的负荷分配影响最大，即4、5号轴承负荷对本身或对方的标高变化最为敏感。制造厂提供的600 MW机组轴承标高考虑了轴系在运行中标高的变化，分别将5、8号轴承抬高了0.305 mm，表5是在5、8号轴承抬高0.305 mm后对各轴承的负荷分配进行计算的结果，发现5、8号轴承载荷比理想状态有明显增大，说明轴承负荷对标高变化很敏感。
2 轴承负荷对标高变化灵敏度的计算方法
为了量化标高变化对轴承负荷的影响，提出了计算轴承负荷对标高变化灵敏度矩阵的方法［4］，利用灵敏度矩阵可以非常方便地获得不同标高下轴承载荷分配情况 ，避免了大量烦琐的计算工作，大大方便了运行、设计和故障诊断。
利用该方法，对国产600 MW机组的轴承负荷对标高变化灵敏度矩阵进行了计算，结果见图3。
从图3看出：1、10号轴承标高变化对各轴承负荷分配的影响很小，即端部轴承标高变化对轴承负荷的影响较小；轴系中灵敏度最大的是中间4、5号轴承；当某轴承标高变化时，其对任意2个轴承的影响总是相反的；轴承标高变化对其本身的影响并不一定是最大的，有时对相临的轴承影响会更大；轴承标高变化对其本身以及联轴器另一侧轴承影响明显，一般是大小相近，变化方向相反。
参考文献
［1］ 陈渭.多支撑轴系中各轴承负荷分配的简便算法.第三届全国转子动力学学术论文集.1989.
［2］ 黄迪南.轴系安装扬度曲线分析.哈尔滨工业大学学报.1998V30.
［3］ 周世新.变标高情况下大型汽轮发电机组静动特性分析.东南大学.1999.
［4］ 杨建刚，周世新，黄葆华.多支撑汽轮发电机组轴承载荷灵敏度计算与分析.中国电机工程学报.2000V20.
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