大型水轮发电机组关键部件动力特性分析

摘要

随着电机设计与制造技术的进步，大型水轮发电机的容量不断提高，与此同时，机组的振动问题也日益突出，因而对水轮发电机的设计提出了更高的要求。机组的轴系稳定性和动力特性是机组安全运行的重要指标，不仅直接影响机组的运行品质，同时也影响机组的使用寿命。为了避免水电机组共振现象的发生、保证其稳定运行，对大型水轮发电机进行了机械计算。由于发电机转子系统的稳定性对供电可靠性以及并网稳定性有很大影响，这就要求发电机转轴有很高的承载力和刚度。并且设计合理的临界转速，确保发电机额定转速远离临界转速，避免产生共振现象。
　　 本文首先概述了大力发展水力发电的必要性;为了深入的了解大型水轮发电机发展历史，讲述了大型水轮发电机的发展背景及国内外的研究现状;本文以某卧式大型水轮发电机为研究对象，详细地介绍了引起水轮发电机组振动的三大主要因素—机械因素、电磁因素、水力因素，再分别讨论了各种因素引起振动的现象以及如何减小或消除该种振动的方法;其次，本文运用公式计算的方法计算其动力学特性。着重对转轴进行了机械计算，具体包括转轴承载能力、轴的各种机械应力、安全系数、挠度、临界转速、轴的强度计算和结果验证。根据计算的结果分析转轴的特性，为水轮发电机组的设计和稳定性分析提供理论依据。
　　 最后，在经验公式计算的基础上，利用ANSYS软件对机组的重要零部件部件进行了进一步的动力特性分析。分析过程中充分模拟并体现了整体和局部的受力特性，具有较高的计算精度。分析结果表明，该结构达到了设计要求。与传统经验公式计算方法相比，提高了工作效率，节约了时间，其精度也更能满足工程要求。为机组安全运行提供保障，同时为机组结构的合理设计提供了研究方法。为机组合理优化配置，减少维护，增加寿命，提高了经济效率提供了前提条件。

目录

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摘要

第1章 绪论

1．1 课题的研究背景及意义

1．1．1 当前我国水电开发概况

1．1．2 大型水轮发电机的发展背景及现状

1．2 水轮发电机组结构

1．3 水轮发电机组振动的振源分析

1．4 基于ANSYS的有限元分析过程

1．5 本文主要内容及意义

第2章 水轮发电机组的振因分析

2．1 机械原因引起的振动

2．2 电磁原因引起的振动

2．3 水力原因引起的振动

2．3．1 卡门涡动引起的振动

2．3．2 尾水管内低频涡带引起的振动

2．3．3 涡壳、导叶和转轮水流不均匀引起的振动

2．3．4 压力管道中的水力振动

2．3．5 其他水力振动

2．4 本章小结

第3章 水轮发电机组转轴的刚、强度计算

3．1 计算参数

3．2 转轴强度计算

3．2．1 转轴强度基本数据计算

3．2．2 机械应力计算

3．2．3 转轴强度计算分析

3．3 转轴刚度的计算

3．3．1 计算转轴刚度的基本参数

3．3．2 转轴刚度计算

3．3．3 转轴刚度计算分析

3．4 转轴临界转速的计算

3．4．1 转轴临界转速基本数据

3．4．2 转轴第一临界转速计算

3．4．3 临界转速对发电机转轴的影响

3．5 本章小结

第4章 机组关键部件动力特性分析

4．1 机组轴系挠度有限元分析

4．1．1 建立主轴挠度计算模型

4．1．2 网格划分

4．1．3 机组轴系临界转速和固有频率计算

4．2 水轮机整体流道流动有限元分析

4．2．1 计算模型及网格划分

4．2．2 计算边界条件

4．2．3 压力计算结果

4．3 机组地脚螺栓支反力有限元分析

结论与展望

参考文献

致谢