大型水轮发电机组横向振动的有限元分析

 建立了考虑各种影响因素的大型水轮发电机组自振特性和动力响应计算模型。基于有限单元法,对机组临界转速和动力响应的计算公式进行了推导,编制了与大型软件相接口的程序,并对工程实例进行了计算和分析。讨论了陀螺效应、磁拉力、刚度及阻尼等因素对机组临界转速和动力响应的影响及影响程度,计算结果表明：陀螺效应对机组临界转速影响显著,而对机组的动力响应影响不大;而磁拉力对大型机组的自振特性影响不明显,却是影响机组动力位移的主要载荷;轴承刚度对机组的自振特性和动力响应均有显著的影响。计算模型和计算结果较为合理,为大型水轮发电机组的振动设计和减振研究提供了理论支持。     

大型水轮发电机组轴系非线性瞬态响应分析

以某电站水轮机组为例,建立了水轮发电机组主轴系统动力特性计算的非线性模型,在考虑发电机电磁拉力、水的附加惯性的基础上,同时考虑了水轮机转轮水激力的非线性对水轮机组振动的影响。采用Riccati传递矩阵法和Newmark-β法相结合的方法,对该机组轴系的非线性动态特性进行了比较计算分析,给出了计算结果和讨论,为以后对大型水轮发电机组的轴系动力特性分析提供了参考和技术支持。     

基于传递矩阵法的大型水轮发电机组主轴系统非线性瞬态响应数学模型

水轮发电机组动态特性研究的关键在于正确建模，重要零部件边界条件的确定及和稳定，高精度的求解方法。本文分析了重要相关零部件的边界条件，建立了具有局部非线性多自由度的轴系模型，考虑了陀螺放效，剪切力，不平衡磁拉力，水的附加质量等因素，应用稳定性良好的Riccati传递矩阵法和Wilson-θ数值积分法，推导出了大型水轮发电机组主轴系统瞬态响应公式。     

水轮发电机组支承结构对机组轴系动力特性的影响

导轴承作为水轮发电机组的支承结构,其动力特性随着机组大轴的摆度和机械动载荷作用方向而发生非线性变化。本文在考虑了刚性导轴承非线性动力特性的基础上,还考虑了厂房机墩的柔性,建立了机组与厂房机墩的耦联振动模型,利用Ansys软件分析了导轴承动力特性的非线性及厂房机墩的柔性对水轮发电机组动力特性的影响。通过对3种不同机组支承结构模型的瞬态分析以及机组轴系统的动力响应比较,论证了采用耦联振动模型更加符合实际工程情况。     

水轮发电机组的随机振动分析

为了研究大型水电机组在复杂水力荷载作用下的振动规律,依据机组随机振动理论,建立了机组随机振动的数值计算模型,用反应谱法对机组轴系的动力响应进行了数值计算和分析,同时,也采用先进的测试技术对大型水电机组进行了随机振动试验研究。计算与试验结果表明：机组振动能量主要集中在基频附近,随机水荷载产生的振动主要是低频振动,对水轮机振动影响明显,而对机组轴系其它部位的振动影响较小。计算结果与试验数据一致,说明理论分析的正确性。     

水轮发电机组轴系的非线性动力响应分析

建立了水轮发电机组主轴系统的非线性动力学模型,推导了机组主轴系统振动的微分方程,考虑了导轴承非线性油膜力、机械不平衡力、非线性不平衡磁拉力及水力不平衡力的作用。求解得到了机组轴系关键部位(转子、转轮和3个导轴承)响应的时域波形图、轴心轨迹图,频谱图和相图.以及系统响应的分岔图:即横振响应随转速、偏心质量和励磁电流变化的分岔图。结果表明:轴系转速和质量偏心对于轴系上各主要部件的振动响应影响较大;非线性不平衡磁拉力计算公式能够比较全面地反映电磁参数对轴系振动的影响。非线性油膜力比线性油膜力更适合于轴系动态响应的计算。     

水轮发电机组支承结构对机组轴系动力特性影响研究

本文采用Ansys分析软件中的APDL编程语言分析机组轴系统的动力特性。研究不同支承结构对水轮发电机组动力特性的影响。机组的支承结构——导轴承的动力特性随着大轴摆度和载荷作用方向而变化，且导轴承中油膜具有仅承受压力不承受拉力的特性，本文不仅考虑到导轴承动力特性的这种非线性特性，还考虑了机墩、厂房的柔性，建立了机组与机墩、厂房的耦联振动模型，研究机组与厂房耦合系统的动力学问题，揭示耦联振动的机理，分析水轮发电机组的动力特性及导轴承非线性特性、机墩、厂房的柔性对其的影响。通过三种机组支承结构模型的前四个机组动荷载旋转周期的瞬态分析结果，分析机组轴系统的动力响应，可知，采用耦联振动模型更加符合实际工程情况。     

水轮发电机组振动测量、分析与研究

通过分析研究五强溪水电厂机组在中水头下的振动测量数据，探讨了水轮发电机组的振动特点，找出了机组振动原因和规律，介绍了改善机组振动的方案措施，并根据现场经验，归纳了正确测量与正确分析水轮发电机组振动的注意事项，总结了水轮发电机组振动测量与分析的方法，为大型水轮发电机组振动的分析研究提供参考。     

水轮发电机组轴系横向自振参数的直接解法

本文对水轮发电机组轴系横向自振特性，提出了合理的计算模型和数值计算方法，编制了相应的计算程序，为机组的动力设计和故障诊断提供了分析依据。     

混流式水轮发电机组稳定性关键因素分析与调整

水轮发电机组在运行过程中,轴系振动和摆度是评价水轮发电机组稳定性的关键指标,影响水轮发电机组稳定运行的因素涉及机械、电磁以及水力等多个方面。在分析机组状态监测数据与工程实践试验数据的基础上,发现机组轴线、轴瓦间隙、转子不平衡质量和转子圆度4个因素是影响水轮发电机组的轴系振动和摆度的关键因素,并对这4个因素提出了调整方法。通过工程实践表明,上述方法能够有效降低水轮发电机组的轴系振动和摆度,为水轮发电机组的高效安全稳定运行提供了理论依据和实践方法。     

混流式水轮机可倾瓦轴承转子系统横向自振特性的研究

针对实际机组,建立了一混流式水轮机轴系力学模型,采用Riccati传递矩阵法计算了可倾瓦导轴承刚度变化对轴系横向振动的三阶临界转速和模态振型的影响,结果表明可倾瓦导轴承轴颈涡动频率、瓦块惯性及瓦块支点位置在安装、调整时取值合理有助于提高系统的稳定性。     

事故停泵水锤计算模型参数局部敏感性分析

数值模拟的方法为管道输水工程采用合理的水锤防护提供了良好的技术支撑。基于特征线法,采用扰动分析的方式（固定步长5%,扰动范围±25%）,并结合修正的Morris筛选法,对事故停泵工况时水锤计算模型进行了参数局部敏感性分析,以加强对模型参数的识别和不确定性的分析。分析结果表明：所研究的条件在事故停泵工况时,模型中的7个参数与最大水锤压力值的敏感性大小依次为泵后阀关阀时间、管道管径、输水流量、摩阻系数、水击波波速、机组转动惯量、管道长度。     

水电站混合型调压井水力特性数值模拟研究

混合型调压井水流流态复杂,常规解析法和图解法均不能精确求出混合型调压井涌浪水位波动、压力差变化、调节保证变化等。基于数学模型进行混合型调压井水力特性数值模拟,并通过模型试验验证数值模拟成果可靠性,论证混合型调压井可行性。结果表明:数值模拟和模型试验基本吻合,数值模拟成果是可行的。调压井最高涌波水位低于调压井顶高程,最低涌浪水位大于需要最小淹没水深,调压井底板受到的向上最大压力差较小,水位波动经过上下往返运动,波动不断减少,最后稳定。机组转速、蜗壳和尾水管压力均在合理的范围内,因此调压井底板高程和顶高程、阻抗孔口大小、稳定断面设计是合理的。     

水电机组轴系电磁振动特性实测与仿真分析

采用水电机组实测振动数据分析与轴系模型仿真验证相结合的方法,研究了某半伞式两导轴承轴流转桨式水电机组轴系在电磁力影响下的电磁振动特性。通过分析水电机组现场变励磁试验过程中的实测振动数据,总结出机组的实测电磁振动特性规律;利用机组轴系的有限元分析模型和不平衡磁拉力简化计算方法,对机组轴系在电磁力作用下的电磁振动响应进行了仿真验证。结果表明:该水电机组加励磁电流后,机组轴线发生显著偏移,同时上导轴承处的摆度明显增大,而水导轴承处的摆度反而有所减小;仿真验证结果与实测分析结果相吻合,较好地揭示了水电机组轴系电磁振动现象产生的原因。     

可逆式机组飞轮力矩的合理取值及敏感性分析

为了控制抽水蓄能电站中的大波动水力过渡过程,改善小波动稳定性,常考虑增大可逆式机组的飞轮力矩 GD2,但会造成投资增加。因此,有必要对机组 GD2 的合理取值及对调保参数的敏感性开展研究。在统计分析了 20 座涵盖高、中、低水头的可逆式机组的抽水蓄能电站相关设计参数的基础上,利用系统辨识的最小二乘法建立了可逆式发电－电动机 GD2 新的经验模型。继而,以实际工程为例,通过对机组 GD2 在不同取值情况下的甩负荷过渡过程进行了对比计算,分析了机组转速、蜗壳和尾水管进口压力、尾水调压井最高、最低涌浪水位等对 GD2 的敏感性。结果表明,本文提出的经验模型预测可逆式发电－电动机 GD2 的效果最佳,可作为初步设计阶段可逆式发电－电动机 GD2 的取值依据。尾水管进口最小压力和机组最大转速上升率对于 GD2 的变化最为敏感,而机组 GD2 对蜗壳最大压力、尾水调压井最高、最低涌浪水位等的影响较小; 机组 GD2 的最终取值及优化还需结合电站水力过渡过程计算综合确定。     

古洞口水电站水力过渡过程研究

通过对有无调压阀、不同GD2值、不同压力管道直径、不同关闭规律和调速器参数过渡过程的数值计算分析,提出了压力管道直径、机组GD2值、导叶关闭规律和调速器参数的推荐值,论证了古洞口水电站可不设调压阀。     

水电机组一次调频贡献电量影响因素研究

采用数值仿真的方法开展了水电机组一次调频贡献电量的影响因素分析,建立了水电机组一次调频仿真数学模型,采用实际电网频率变化过程作为调速器频率输入,分别对调速器在开度模式和功率模式下的一次调频过渡过程进行了仿真计算,分析了调速器参数、水轮机非线性特性及水流惯性时间常数对一次调频贡献电量的影响。通过研究可知: 增大调速器 PID 参数或降低调差率可提升一次调频贡献电量,水轮机在最小水头下一次调频贡献电量明显偏低,调速器开度模式下水轮机水头和负荷变化对一次调频贡献电量的影响更大。而且,水流惯性时间常数 Tw 越大一次调频贡献电量越小。研究成果明确了调速器参数、水轮机特性以及水流惯性对水电机组一次调频贡献电量的影响规律,对水电机组的优化运行具有重要的指导意义。     

贮灰场排洪竖井排洪能力及流态 数值模拟计算

本文采用VOF方法来跟踪自由水面对大型贮灰场排洪竖井进行了数值模拟计算,利用物理模型试验数据验证了计算成果。计算研究了排洪竖井的排洪能力及主要工况流态。研究成果表明排洪能力数值模拟值和试验实测值十分吻合,数值模拟流态逼真。由此证明：数值模拟计算可以取代物理模型试验。     

水电站机组支承体系与厂房耦合振动分析

为了研究水电站厂房振动过程中电站机组轴系及其支承体系的耦联作用,分别对不考虑机组支承体系的厂房结构(方案A)、简化机组支承体系的厂房结构(方案B)、有完整机组轴系及其支承体系的厂房结构(方案C)三种方案进行动力分析,计算厂房结构的自振特性和在机组径向荷载作用下的动力响应。结果表明,三种方案下厂房整体自振频率及振型表现基本一致,机组轴系及其支承体系对厂房整体结构自振特性无明显影响,但是对厂房局部振动尤其是与机组支承体系相连接的局部结构自振频率与振型会产生一定影响。在计算机组径向荷载作用下的厂房动力反应时,方案A典型部位位移最小,方案C较大,方案B最大,说明在计算机组荷载作用下的厂房动力响应时需要考虑机组轴系及其支承体系的作用。考虑到建立完整机组支承体系过程较为复杂,建议在计算过程中采用简化的机组支承体系进行厂房结构动力分析。