水輪發(fā)電機(jī)組穩(wěn)定性研究.pdf

1、隨著水輪發(fā)電機(jī)組容量和尺寸的不斷增加，其穩(wěn)定性受到人們的高度關(guān)注。調(diào)查顯示已投運(yùn)的許多大型機(jī)組因存在振動(dòng)、噪聲、裂紋等問題，而不能正常運(yùn)行。提高大型水輪發(fā)電機(jī)組的穩(wěn)定性成為學(xué)科的前沿課題，具有重要的學(xué)術(shù)價(jià)值和巨大的經(jīng)濟(jì)效益。
　　本文系統(tǒng)地研究了質(zhì)量不平衡、電磁、剛度、機(jī)械-電磁耦合、水力等因素對(duì)機(jī)組穩(wěn)定性的影響，以及提高穩(wěn)定性的實(shí)驗(yàn)方法，得到以下結(jié)論：
　　用經(jīng)典方法、傳遞矩陣法和有限元方法，建立水電機(jī)組軸系計(jì)算模型，計(jì)算

2、了三峽機(jī)組軸系的臨界轉(zhuǎn)速。三種方法所得的計(jì)算結(jié)果比較表明：三種方法計(jì)算的結(jié)果相對(duì)誤差小于10％，都滿足工程應(yīng)用。
　　建立單圓盤轉(zhuǎn)子橫向振動(dòng)線性力學(xué)模型，研究了離心力、不平衡電磁力及剛度對(duì)三峽水輪發(fā)電機(jī)組軸系穩(wěn)定性的影響。研究表明提高平衡等級(jí)可以大幅減小質(zhì)量不平衡響應(yīng)；而不平衡磁拉力使軸系第1階臨界轉(zhuǎn)速下降11%,響應(yīng)增加2倍;陀螺力矩使軸系的臨界轉(zhuǎn)速顯著提高；提高上導(dǎo)軸承剛度有利于機(jī)組的穩(wěn)定運(yùn)行；軸系自身剛度變化對(duì)穩(wěn)定性影響非常

3、小。
　　由于機(jī)械和電磁相互耦合，水輪發(fā)電機(jī)的電磁振動(dòng)具有非線性的特征。根據(jù)不平衡磁拉力與轉(zhuǎn)子偏心的非線性函數(shù)，建立了水輪發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子電磁振動(dòng)的非線性模型。利用非線性振動(dòng)理論的多尺度方法，從理論上分析了水輪發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子不平衡磁拉力引起的電磁振動(dòng)。考慮到不平衡磁拉力的非線性性質(zhì)后，發(fā)現(xiàn)當(dāng)臨界轉(zhuǎn)速接近2倍或3倍工作轉(zhuǎn)速時(shí)，會(huì)出現(xiàn)超諧波共振；同樣，若臨界轉(zhuǎn)速接近工作轉(zhuǎn)速的1/2或1/3時(shí)，會(huì)出現(xiàn)次諧波共振。最后用模擬試驗(yàn)的結(jié)果驗(yàn)證了理論分析

4、的結(jié)論。
　　水輪機(jī)尾水管壓力脈動(dòng)和空蝕是影響其穩(wěn)定性的主要因素，本文研究了壓力脈動(dòng)和空蝕導(dǎo)致水輪機(jī)振動(dòng)的機(jī)理。建立了水輪機(jī)尾水管的螺旋渦帶模型和渦帶-錐管空蝕模型來研究渦帶的動(dòng)力特性，導(dǎo)出尾水管渦帶的壓力脈動(dòng)頻率和尾水管振動(dòng)系統(tǒng)的自振頻率公式，避免渦帶激振頻率與自振頻率和結(jié)構(gòu)固有頻率重合而發(fā)生共振。以某水輪機(jī)為例將計(jì)算值與試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了比較，理論值與試驗(yàn)結(jié)果相吻合。
　　實(shí)驗(yàn)技術(shù)是提高大型水輪發(fā)電機(jī)組穩(wěn)定性的重要手段，本文