核电汽轮机组转子系统是将核能转化为电能的核心部件,为确保其持续平稳安全运行必须要抑制叶片产生危险振动造成的疲劳、断裂等失效。针对目前工程中多采用围带结构通过约束叶片运动和围带间摩擦耗能增阻来抑振,但因不能确定围带振动位移及接触-摩擦-分离时间,迄今尚无对转子系统运行中叶片振动导致相邻围带间摩擦阻尼的定量计算方法,目前在设计阶段只能凭经验设计围带结构及参数,面临着先设计制造再实验仿真后分析优化可能造成“先天不足”且浪费制造资源拖延生产周期等技术难题。本文建立考虑围带参数(接触角、摩擦系数、接触刚度、间隙)及转速影响的转子系统迟滞运动微分方程,建立围带摩擦内阻尼定量计算方法,为在设计阶段准确设计围带优化转子系统动态特性,有效利用叶片围带摩擦阻尼消耗振动能量同时提高系统刚度的被动自愈抑振技术解决上述问题,为汽轮机转子系统的设计、制造提供理论依据和方法,对确保汽轮机安全运行具有重要理论意义和工程应用价值。以平行四边形围带为例,建立考虑摩擦系数、接触角、接触刚度、初始间隙及转速影响的围带三维宏观滑移迟滞摩擦模型,基于谐波平衡法据围带摩擦模型建立围带摩擦内阻尼模型。采用CN群论和有限元法建立考虑围带摩擦内阻尼和刚度的叶片-围带-转子系统迟滞运动微分方程,求解对应的齐次方程的特征根,在频域内考虑围带摩擦内阻尼求解频响函数,分析系统的质量、阻尼、刚度对系统的动态特性的影响。据转子系统运动微分方程求解围带摩擦内阻尼定量计算公式,建立基于瞬态响应幅值包络线的围带摩擦内阻尼定量计算方法(SDQM),以某1000MW核电汽轮机低压缸转子系统为例,使用所提出的SDQM定量计算围带摩擦内阻尼,比较有无围带摩擦阻尼的转子系统模态特性,得出围带摩擦内阻尼对转子系统固有频率和振型的影响规律;在不同转速等效离心载荷激励下考虑围带摩擦内阻尼对系统进行频响分析,探讨内阻尼的减振效果、迟滞特性、频响特性,并采用干态静止转子系统测量振动响应的试验验证本文中建立的围带摩擦内阻尼模型及定量计算方法。采用多因素多水平正交法和响应曲面法辨识影响围带摩擦内阻尼的敏感变量(单变量及各变量间交互影响),采用二次多元回归拟合得到关于围带各参数的摩擦内阻尼定量计算公式,计算得到不同转速下各变量对围带摩擦内阻尼影响规律;阐明围带间约束限位改变动刚度限制振动位移及相邻围带间位姿重构诱发摩擦内阻尼耗散振动能量的减振机理.基于谱振图分析不同转速下各因素对系统响应特性的影响:随着转速升高,摩擦系数和接触刚度的增大使振幅下降幅度增大,减振率增大;接触角和初始间隙的增大,使振幅下降幅度先增大后减小,减振率先增大后减小。建立考虑围带摩擦内阻尼的转子系统稳定性判据,分析不同转速下围带参数(摩擦系数、接触刚度、接触角、初始间隙)对系统稳定性的影响,得出随着转速和围带参数变化系统稳定区域的变化范围。为提高系统运行稳定性,建立基于结构摄动修改动态优化围带摩擦内阻尼的方法,确定以围带摩擦内阻尼在不同工况下达到总体最优为目标函数,在约束条件下摄动修改设计变量,对修改后的围带结构重分析,直至符合目标函数,得出优化后的围带参数。优化后的围带摩擦内阻尼使振幅下降幅度增大,减振率增大,尤其在常规运行转速下,围带摩擦内阻尼消耗振动能量,抑制系统的振动响应,减振率达到71%,验证优化后的围带能高效抑振。