水流激励对混流式水轮发电机组主轴系统动态特性的影响研究

摘要

长期以来，水轮发电机组的激烈振动现象一直徘徊于各地水电站，严重影响水电站的安全运行。在高水头、大流量和强电磁场的共同作用下，其规律十分神秘，是一个至今仍未彻底解决的难题。随着水轮机的适用水头和单机容量的不断提高，转轮内的水流激励对水轮发电机组主轴系统动态特性的影响越发显得重要。因此，研究混流式水轮机转轮内水流的流动特点和水流激励对转轮的影响规律，前人曾对转轮没有偏心下的水流运动进行过分析并求出了此时的水流激励对于从根本上改善水轮发电机组的动态特性有着极其重要的意义。在之前的文献中对转轮流道内水流的流动状态和水流激励的研究是在未考虑转轮振动偏心和转动偏心的情况下进行的，而在机组运行中转轮的振动偏心和转动偏心又是实际存在的，并且二者对转轮流道内水流流动状态和水流激励的影响也是存在的，所以在研究转轮流道内的水流运动状态和水流激励的时候把二者考虑进去是很有必要的。 本文从水流在转轮内的运动分析入手，通过分析水轮机转轮内的水流在叶片进、出口处的水流速度三角形，求得水流在转轮叶片进、出口处水流绝对速度的圆周分量，在考虑转轮振动偏心和转动偏心的情况下，转轮内水流的运动状态与未考虑这些因素的情况相比发生了改变，并推导出了此时转轮内的水流对混流式水轮发电机组主轴的水流激励，这里的水流激励中包括了水力参数、发电机的电磁参数以及主轴系统的结构参数，不仅与发电机的电磁转矩相关，还与水轮发电机组主轴系统的转动惯量相关，这为下一步进行耦合动力学分析提供了一定参考。同时考虑了水流激励以及其它径向载荷对混流式水轮发电机组主轴系统的影响。仿真计算出主轴系统的各个典型位置在考虑转轮振动偏心和转动偏心和不考虑二者的情况下的稳态不平衡响应轨迹。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章绪论

1.1课题研究的目的和意义

1.2混流式水轮机概述

1.3水流激励的研究现状及发展概况

1.4论文研究内容

第二章考虑偏心时转轮内的水流激励

2.1引言

2.2考虑偏心时水轮机中的水流运动分析

2.2.1水流速度三角形

2.2.2不考虑偏心时转轮内水流质点的绝对加速度

2.3考虑偏心时转轮内的水流激励

2.3.1考虑偏心时转轮内水流对转轮的作用力

2.3.2考虑偏心时转轮内水流对转轮的作用力矩

2.4本章小结

第三章转轮内的水流激励对机组主轴系统的影响

3.1引言

3.2主轴系统的动态方程

3.3转轮内的水流激励对机组主轴系统的影响

3.4本章小结

第四章实例分析

4.1引言

4.2实例介绍

4.3外激励分析

4.3.1水封处水力不平衡力

4.3.2机械不平衡力

4.3.3导轴承处的油膜力

4.2.4发电机处的电磁激励

4.3仿真计算结果

4.3.1系统固有频率和横向振动临界转速

4.3.2主轴系统在典型位置的稳态不平衡响应

4.4本章小结

第五章全文总结与展望

5.1总结

5.2展望

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间发表论文情况