軸直径変化部を有するロータの曲げ振動モードに関する振動計算の高精度簡易モデルの提案

Proposal of simplified model for improved prediction of bending mode vibration of stepped rotor

高田 昌二; 舟竹 良雄; 稲垣 嘉之

Takada, Shoji; Funatake, Yoshio; Inagaki, Yoshiyuki

発電出力300MWe級の高温ガス炉ガスタービン発電システムの設計では、磁気軸受支持の発電機ロータの定格回転数は4次振動モード危険速度を超える。既存のはりモデルをもとに、軸直径変化部の平面のゆがみによる曲げ剛性が顕著に低くなる場合とその時の曲げ剛性を明らかにして、磁気軸受の制御設計のための簡易モデルを構築した。新簡易モデルは、3次元有限要素解析による発電機ロータの危険速度の軸受剛性依存性とロータの振動変位の軸方向分布をよく再現した。また、4次振動モードについて、ジャイロ効果による振れまわりに影響するロータ中央の質量集中部の傾きが大きくなる様子を適切に再現することを明らかにした。

The design of gas turbine high temperature gas cooled Reactor with a power output of 300 MWe employed magnetic bearings for supporting gas turbine rotor composed of turbo-compressor and generator rotors, which are connected by a flexible coupling each other. The generator rotor is a flexible rotor, which passes over the forth critical speed below the rated speed. The total length, mass and rated speed of the rotor is 18 m, 67 t and 3600 rpm, respectively. A simplified rotor-dynamics model was proposed based on Timoschenko beam model by adding a rotational spring which simulated deformation of plane at stepped parts of rotor. The model predicted adequately the bearing stiffness dependency on vibration mode of rotor at critical speeds in comparison with those 3D FEM analysis, as well as the increase of inclination at the center of rotor where mass was concentrated because bending stiffness, which affects whirling motion by Jayro effect at the forth critical speed.