大型汽轮发电机的若干力学问题

本文对大型火力发电设备中的汽轮发电机设计与制造及运行中的若干力学问题作一简要的评述.列举了下述题目:(1)转子及轴系的振动问题;(2)定子铁芯及其支撑力学;(3)定子绕组端部振动问题;(4)发电机转子护环的强度;(5)发电机整机静动态力学特性与响应;(6)大件运输中的力学问题.     

电磁作用激发的水电机组转子轴系振动研究

水轮发电机组的振动问题是长期困扰广大科研工作者的一个难题,也一直是学术界研究的热点.本文针对某大型水轮发电机转子轴系,首先建立了轴系扭振的微分方程组,给出了轴系整体扭振零频的计算公式,并计算了零频数值.接着在考虑了转子静偏心、振动偏心和转动偏心的综合影响后,求得了气隙磁场能量和单边电磁拉力的表达式,并应用机电耦联系统的能量法,求得了系统由电磁力激发的组合强迫共振响应的一次近似解.最后并应用奇异性理论对分岔方程进行了分析,求得了分岔集、滞后集、双极限集和转迁集的参数区间,给出了普适开折平面和物理参数平面上的分岔图,求得了机组稳定运行区域的电磁参数.本文所得结论对水电机组的工程设计人员具有重要的指导意义.     

开闭裂纹转子的弯扭耦合振动研究

以水平放置的Jeffcott裂纹转子为研究对象，建立了开闭裂纹转子弯扭耦合振动的非线性运动微分方程，并用数值方法分析了纯弯曲振动与弯扭耦合振动情况下转子的动力响应。结果表明：弯扭耦合振动是由转子质量的偏心和转子自重的共同作用而产生的，当质量偏心很小时可以不考虑扭转振动的影响，当偏心较大时，扭转对弯曲振动的影响主要体现在高转速部分，且由于裂纹开闭的作用，使扭转的耦合作用存在一个范围，随裂纹深度的增加，扭振影响的转速下限就会越低，但当裂纹较深、转速较快时，扭转对弯曲振动在作用范围内有明显的影响，使频谱图和轴心轨迹都发生较大的变化，且对转速的变化极为敏感，因此在故障诊断时必须对扭转的耦合作用高度重视。     

多级离心压气机转子的高速动平衡

近年来国内引进的十三套大型化肥设备及某些国产大型化工流程中的压气机.有不少型号发生了强烈的机组振动,以致严重地影响了正常生产.作者通过大量的试验实践,认为这些高速压气机转子工作转速都很高,位于第二临界转速左右,转子在工作转速范围内将发生二三阶的混合振型的振动,传统的逐级低速平衡法已无效用,必须进行高速动平衡.实践证明,这种转子经高速平衡后能够在全转速范围内达到平稳地运转.     

弯扭耦合振动对次同步谐振响应的影响

建立了考虑弯扭耦合作用时 ,大型气轮发电机组转子轴系与电网耦合次同步谐振 ( SSR)的 1 9维非线性模型。运用数值方法 ,确定系统平衡位置稳定性的转变点 ,着重分析了在不同偏心条件下 ,弯曲振动与扭转振动之间的相互影响 ,同时给出了轴系弯曲刚度对系统稳定性的影响 ,证明在正常情况下 ,由偏心引起的弯扭耦合作用是非常弱的 ,可以不予考虑     

水轮发电机转子偏心引起的非线性电磁振动

由于机械和电磁相互耦合,水轮发电机的电磁振动具有强非线性特征。根据不平衡磁拉力与转子偏心的非线性函数关系,通过简化的各向同性的单圆盘转子系统,建立了水轮发电机转子电磁振动的非线性系统。利用非线性振动理论的多尺度方法,从理论上分析了该系统强迫振动的稳态响应,进而研究了水轮发电机转子偏心引起的电磁振动。研究发现不平衡磁拉力使系统的涡动频率下降,使运动的中心发生变化;并且会引起两倍转频的振动。最后用模型转子仿真试验的结果验证了这些理论分析的结论。     

接触引起的'刚度增加'现象的机理

研究了转子和定子碰摩时振幅的跳跃现象,利用响应相位特征解释了接触诱发‘刚度增加'的机理.当转子与定子之间的间隙足够大时,转子在临界转速达到最大振幅,然后迅速衰减.如果与定子发生接触或碰撞,它们之间的接触将在很宽的速度范围得以维持,即便是转速已经远离临界转速.这一现象也称为‘刚度增加'或‘硬化'(stiffness increase Or stiffening).研究结果表明,形成该现象的机理足由于接触的作用,使得激励与振动响应的相位差保持在小于π/2的范围内.并且振幅跳跃与相位跃迁相伴出现.实验结果也验证了这一结论.     

燃气轮发电机组短路故障时的机电耦合分析

为分析短路故障下燃气轮发电机组轴系的扭振特性,建立了系统的机电耦合非线性数学模型,进行了发电机三相短路故障下轴系扭振及扭矩瞬态响应的数值分析。此外,进一步研究了轴系扭转刚度、发电机定子电阻值、励磁电流初始值等参数对发电机出口端三相短路时系统瞬态扭振的影响。分析结果表明:三相短路时,发电机产生的瞬变电磁转矩的最大值为额定转矩的6倍;电磁转矩在轴系内激发出的瞬态扭矩最大值取决于轴系的固有频率裕度,15%的固有频率裕度时的最大瞬态扭矩较10%的固有频率裕度降低了一倍;而发电机的定子电阻值只改变扭振的衰减时间常数,不改变其最大幅值,电磁转矩最大值和扭转角最大值近似与励磁电流初值的二次方成正比。研究结果可为燃气轮机发电机组轴系的设计提供参考。     

基于变分模态分解的水泵水轮机暂态过程流激振动信号分析

流激振动是衡量水泵水轮机运行稳定性的重要参数.本文基于国内某水泵水轮机发电工况停机暂态过程中的实测顶盖振动信号,分别使用经验模态分解、变分模态分解和希尔伯特变换等方法对其进行时频分析,并获得如下结论.首先,相比经验模态分解,从基于变分模态分解的希尔伯特时频谱图中能够更为直观地观察到顶盖振动信号的时频信息.其次,时频分析...     

多油楔轴承支承的转子系统在临界转速与失稳转速之间的半频振动

本文分析了多油楔轴承支承的单质量对称转子系统的非线性振动和稳定特性,研究了临界转速与失稳转速之间半频振动产生原因及其危害性.本文提出的计算方法和计算结果可供设计、计算和应用时参考.     

大型汽轮发电机组短路时轴系扭振动力响应计算与分析

大型汽轮发电机组在短路时的轴系扭振动力响应，对于机组的安全可靠运行甚为关键。本文以国产某２００ＭＷ机组为例，建立了轴系的连续质量计算模型，利用传递矩阵法求得其扭振固有频率及主振型，用振型查加法计算轴系在两相短路情况下的动力响应，计算中考虑了叶片叶轮系统与轴系扭振的耦合作用。本文对计算结果进行了分析，讨论了该机组的轴系扭振安全性，为机组的安全运行提供了理论依据。     

转子扭转-纵向耦合振动分析

针对某转子的模型,分析了扭转-纵向耦合振动.计算结果表明:设置转子预应力与旋转时的离心力相对应,其扭转振动频率将随预应力的增大而增大.转子纵向振动频率不受该预应力的影响,这是因为转子旋转时预应力的方向与轴线垂直.随着转子旋转时预应力的变化,扭转振动频率接近纵向振动频率,出现扭转-纵向耦合振动.     

叶片振动影响下双盘转子-轴承系统的稳定性与分岔

研究叶片与转子-轴承系统的耦合非线性振动,建立了一个带叶片的双盘转子-轴承系统的非线性动力学模型,其中包含一个弹性转轴、两个滑动轴承、两个刚性圆盘和两组弹性叶片.为了分析叶片的惯性影响,将其简化为单摆模型.采用4阶Runge-Kutta法进行了数值模拟,并利用分岔图、三维谱图、轴心轨迹和Poincaré映射图等方法分析了系统的非线性动力学特性.研究发现,随着转速的变化,系统响应演化出了倍周期运动、概周期运动、混沌运动和倍周期分岔等典型的非线性动力学行为.在与忽略了叶片振动的转子系统对比后发现,叶片振动使转子发生混沌运动的转速区域增大.在某些参数条件下,采用不同的叶片刚度,叶片振动可能引起转子系统产生混沌运动.     

电机的电磁参数对转子共振的影响

一、引言转子轴系临界转速是一个比较老的问题,但是电机电磁参数对临界转速影响的规律却研究很少,而且电磁参数对电机转子轴系的临界转速有很大影响这个问题的提出,开始是不易被人接受的,但这在我们的实验研究中已被证实了。理论研究和实验结果表明,连续改变不同的电磁参数大小,可以使临界转速逐渐减小,令人感兴趣的是可以大     

压电与摩擦电复合型旋转能量采集动力学协同调控机制研究

低转速激励下能量采集性能差是目前制约旋转能量采集技术应用的瓶颈问题. 本文提出了动力学协同调控机制, 并用于调控系统的动力学行为, 可以使器件在低转速激励下有效工作, 提高了旋转能量采集系统的电学性能. 旋转刚度软化、非线性磁力、几何边界的协同调控既可以增加系统在低速下的振动位移以及压电材料的形变, 也可调控系统的最大位移, 使其振动可控并限制位移过大提高可靠性. 此外, 几何边界可以方便地集成摩擦纳米发电机, 实现压电与摩擦两种机电转换机制在振动和碰撞过程中协同发电, 有效利用空间和提高输出电能. 基于哈密顿原理建立了系统的机电耦合动力学模型并进行了实验验证. 实验结果表明系统能够在0~250 r/min的低转速范围内有效工作, 在转速为250 r/min时, 压电单元和摩擦纳米发电机的最大峰峰值电压分别为132 V和1128 V, 总平均功率为1426 μW. 本文提出的动力学协同调控机制为能量采集系统动力学和电学性能改进提供新的途径, 有益于促进自供能物联网技术的发展与应用.      

氧化沟推流转轮速度对水流回流长度影响的数值模拟研究

氧化沟水下推流转轮是氧化沟中水流运动最主要的动力来源,转轮转速的大小对沟道内水流的流速以及流场结构有着重要的影响。在本文中湍流模型选用Realizable k-ε模型,并结合气液两相流模型,对氧化沟水力特性进行三维数值模拟,研究了转轮转速大小对氧化沟内直道段回流长度的影响。压力与速度的耦合采用SIMPLE算法,模拟自由水面采用了VOF(volume of fluid)法,采用了量纲分析法得到了在单一量变化时回流区长度与转速之间的关系式,并用数值模拟结果确定了各系数。该成果可为氧化沟工艺的运行与设计提供依据。     

滑动轴承-转子系统动力学研究若干成果

本文介绍近年来我们在滑动轴承-转子系统动力学理论和应用研究的若干结果：1．低频振动失稳机理：Hopf分岔；2．稳定裕度问题；3．非稳态分岔和碰摩；4．两跨转子实验中的双低频现象；5．轴系-支撑内共振与机组故障综合治理；6．非线性传递函数动平衡法。     

汽轮机转子在气流力和油膜力作用下的非线性动力学特性

为了分析转子在油膜力和气流激振力共同作用下的非线性振动特性，本文以短轴承支撑的不平衡刚性对称Jeffcott转子系统为研究对象，首先分析转子在非稳态油膜力作用下的振动特性，然后分析转子在油膜力和气流激振力共同作用下的非线性振动特性。采用数值模拟的方法研究了系统的分岔和混沌特性，计算结果表明，考虑气流激振力和油膜力共同作用下的转子系统与仅考虑油膜力的转子系统相比，在相对进气速度v=30m／s时，随着无量纲转速ω的增加。二者都出现了周期运动和混沌运动多次交替出现的复杂运动特性，但是前者首次出现倍周期分岔和混沌运动时的转运提前，在定转速情况下，随着v的增大，系统最终在经历周期运动之后进入混沌运动，而且圆盘中心的最大振幅随着v的增大而增大。     

减小转子共振敏感性的结构设计方法初探

汽轮机工业发展的要求和转子动力学的进展,使现代汽轮机设计师开始有必要研究如何设计出振动性能更好的汽轮机,以便在突然产生不平衡等情况下仍保证机组安全,或者甚至在临界转速区也能安全运行的设计方法.本文通过一种简单的模型以及一系列不平衡响应计算来分析转子结构因素对共振特性的影响,从而提出从设计上减小转子共振对不平衡量的敏感性的若干方法.     

水泵水轮机泵工况驼峰特性形成机理瞬态数值研究

针对水泵水轮机泵工况流量-扬程曲线的驼峰特性,采用SSTk-ω湍流模型对水泵水轮机进行模拟,并研究定常与非定常模拟对流量-扬程特性的预测准确性。建立活动导叶开度为20°的水泵水轮机全流道模型,对于非定常模拟,在尾水管(吸水室)-转轮与转轮-活动导叶两动静交接面处,分别设置考虑瞬态效应的TRS(Transient Rotor Stator)模型,模拟预测机组流量-扬程关系,分析各过流部件扬程损失并研究驼峰区产生机理。模拟结果表明,泵工况下水泵水轮机流量-扬程驼峰特性与固定部件内部涡结构及其所致损失紧密相关。相比定常模拟,瞬态非定常模拟结果与试验值更为吻合,且在交接面前后相邻处速度场变化平缓,符合实际流动规律。考虑交接面瞬态作用的非定常模拟能够更加准确地模拟水泵水轮机等叶轮机械在非设计工况下的流动,为改善水泵水轮机运行稳定性提供有效的参考。