混流式水輪發(fā)電機組主軸系統(tǒng)全局耦合動態(tài)性能研究.pdf

1、長期以來，水輪發(fā)電機組的激烈振動問題嚴重影響水電站的正常安全穩(wěn)定工作。在高水頭、大流量水流和強電磁場的共同作用下，其規(guī)律十分神秘，是一個至今仍未徹底解決的難題。在機組的實際運行過程中，機組主軸系統(tǒng)同時會受到電磁激勵，慣性激勵和水力激勵等的聯(lián)合作用，并且系統(tǒng)的機械振動參數(shù)，電磁參數(shù)和水力參數(shù)之間相互耦合。機組主軸系統(tǒng)不僅同時存在機電耦合關(guān)系，液固耦合關(guān)系，而且還存在機電液全局耦合關(guān)系。為了全面研究機組主軸系統(tǒng)的動態(tài)性能，有必要從全局耦合的

2、角度，將機組主軸系統(tǒng)的機電耦合振動問題、液固耦合振動問題集成研究，建立統(tǒng)一的動態(tài)分析模型來研究機組主軸系統(tǒng)的全局耦合動態(tài)性能。本文的研究目的就是要從系統(tǒng)全局耦合的角度研究混流式水輪發(fā)電機組主軸系統(tǒng)的振動規(guī)律。主要內(nèi)容包括：
　　 應(yīng)用有限單元法建立混流式水輪發(fā)電機組主軸系統(tǒng)非線性全局耦合動力學(xué)模型。首先，根據(jù)發(fā)電機轉(zhuǎn)子存在振動偏心這種實際運行狀態(tài)的機電耦合關(guān)系，引入發(fā)電機氣隙磁場能量函數(shù)，并考慮發(fā)電機轉(zhuǎn)子軸向振動對磁場的影響，建

3、立發(fā)電機單元；其次，根據(jù)水輪機主軸的特點，建立水輪機主軸單元；然后，根據(jù)轉(zhuǎn)輪與周圍水體之間的液固耦合作用，建立水輪機轉(zhuǎn)輪單元，并針對機組主軸系統(tǒng)轉(zhuǎn)輪處存在橫振、扭轉(zhuǎn)和軸向振動的情形，推導(dǎo)混流式水輪機轉(zhuǎn)輪內(nèi)水力激勵與機組主軸系統(tǒng)振動之間的耦合關(guān)系，揭示混流式水輪發(fā)電機組主軸系統(tǒng)的液固耦合振動特性；最后，在發(fā)電機單元、水輪機主軸單元和水輪機轉(zhuǎn)輪單元的基礎(chǔ)上，應(yīng)用有限單元法建立混流式水輪發(fā)電機組主軸系統(tǒng)的非線性全局耦合動態(tài)方程。所建方程較好地

4、體現(xiàn)了該系統(tǒng)動態(tài)性能與其電磁參數(shù)、結(jié)構(gòu)參數(shù)和水力參數(shù)之間的關(guān)系，為進一步深入研究混流式水輪發(fā)電機組主軸系統(tǒng)的動力學(xué)特性與機組主軸系統(tǒng)電磁參數(shù)、結(jié)構(gòu)參數(shù)及水力參數(shù)之間的內(nèi)在聯(lián)系奠定了基礎(chǔ)。
　　 利用多尺度法對混流式水輪發(fā)電機組主軸系統(tǒng)的參激振動和強迫振動的耦合機理及發(fā)生參、強聯(lián)合共振條件進行深入研究。研究結(jié)果表明：混流式水輪發(fā)電機組主軸系統(tǒng)存在非線性電磁參數(shù)激勵，慣性激勵和水力激勵；電磁參數(shù)激勵是由發(fā)電機轉(zhuǎn)子振動偏心和軸向振動時

5、的氣息磁場變化產(chǎn)生的，是系統(tǒng)產(chǎn)生參激振動的主要原因：在電磁參數(shù)激勵、慣性激勵和水力激勵聯(lián)合作用下系統(tǒng)將產(chǎn)生參激振動和強迫振動相耦合的現(xiàn)象。
　　 利用多尺度法對混流式水輪發(fā)電機組主軸系統(tǒng)非線性動態(tài)方程進行求解，得到機組主軸系統(tǒng)非線性動態(tài)方程的一次近似解。并對一具體實例進行仿真計算，得到相應(yīng)的仿真結(jié)果。通過將該仿真結(jié)果同試驗結(jié)果進行對比發(fā)現(xiàn)兩者基本吻合，說明本文的建模和計算是正確、可靠的。
　　 采用多尺度法研究混流式水輪

6、發(fā)電機組主軸系統(tǒng)在電磁激勵、慣性激勵和水力激勵作用下的主共振、次諧共振、超諧共振、組合共振和多重共振的條件，分析系統(tǒng)在電磁激勵作用下的主共振和次諧共振、在慣性激勵作用下的超諧共振、在慣性激勵和水力激勵共同作用下的組合共振和在電磁激勵、慣性激勵和水力激勵共同作用下的多重共振及其運動穩(wěn)定性等問題。
　　 以廣西巖灘水電站為研究對象，研究機組主軸系統(tǒng)非線性振動對廠房結(jié)構(gòu)振動的影響.揭示機組主軸系統(tǒng)非線性振動與廠房結(jié)構(gòu)振動之間的關(guān)系。<