水輪機(jī)水力激振及轉(zhuǎn)子系統(tǒng)振動問題研究.pdf

1、水輪機(jī)穩(wěn)定性是水輪機(jī)設(shè)計過程中面臨的重要問題，以往的水輪機(jī)設(shè)計通?？紤]的是水輪機(jī)水力性能中的空化汽蝕、效率、出力等指標(biāo)。而其軸系的穩(wěn)定性卻很少在設(shè)計過程中進(jìn)行研究。然而，隨著水輪機(jī)尺寸、單機(jī)容量的不斷增大，水輪機(jī)軸系的相對剛度降低，同時由于水輪機(jī)主軸系統(tǒng)中上冠間隙和下環(huán)間隙等間隙流動的存在，使得水輪機(jī)軸系的不穩(wěn)定性日益突出，因此，研究水輪軸系的穩(wěn)定性成為一個重要的課題。
　　本文首先建立了模型水輪機(jī)計算域的三維模型，并生成計算網(wǎng)格

2、，計算模型水輪機(jī)正常工況下穩(wěn)態(tài)、非穩(wěn)態(tài)流場，對水輪機(jī)內(nèi)部流場進(jìn)行分析，并通過非定常計算獲得各設(shè)置測點的壓力脈動，得到水輪機(jī)單個葉片、轉(zhuǎn)輪整體所受到的非穩(wěn)態(tài)流體作用力以及導(dǎo)葉水力矩，對得到的數(shù)據(jù)進(jìn)行頻譜分析，得到水輪機(jī)內(nèi)部壓力脈動、葉輪非穩(wěn)態(tài)作用力和導(dǎo)葉水力矩的變化規(guī)律。同時，通過對真機(jī)葉輪流體激振力的計算擬合了水輪機(jī)運(yùn)行過程中水輪機(jī)葉輪流體激振力的近似解析模型以方便水輪機(jī)轉(zhuǎn)子系統(tǒng)振動特性的分析。
　　過渡過程是水輪機(jī)啟停、調(diào)節(jié)中的

3、重要階段，水輪機(jī)過渡過程中經(jīng)常產(chǎn)生諸如機(jī)組異常振動、噪聲等不穩(wěn)定現(xiàn)象，研究水輪機(jī)的過渡過程中水輪機(jī)內(nèi)部流場分布及其流動特點對研究水輪機(jī)穩(wěn)定性有重要的作用。論文計算了導(dǎo)葉位于7％附近開度時，模型的水輪機(jī)工況、制動工況和反水泵工況模型水輪機(jī)內(nèi)流場分布、監(jiān)測點壓力脈動、葉輪流體激振力以及導(dǎo)葉水力矩，對其進(jìn)行處理，并將結(jié)果與正常工況時流場分布、壓力脈動、葉輪受力、導(dǎo)葉水力矩的特點進(jìn)行對比，得到過渡過程水輪機(jī)內(nèi)部流場的分布特點。并通過本文提出的熵

4、產(chǎn)方法對小開度下水輪機(jī)流場進(jìn)行了評價分析。
　　論文對非定常Reynolds方程進(jìn)行簡化，使用攝動法，并采用非對稱邊界條件求解Reynolds方程，得到其近似解析解，建立水輪機(jī)真機(jī)轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的轉(zhuǎn)子動力學(xué)模型，將正常工況及小開度工況下水輪機(jī)葉輪流體激振力加入水輪機(jī)轉(zhuǎn)子系統(tǒng)中，對水輪機(jī)轉(zhuǎn)子系統(tǒng)進(jìn)行轉(zhuǎn)子動力學(xué)分析。通過改變上冠、下環(huán)間隙研究間隙結(jié)構(gòu)對水輪機(jī)轉(zhuǎn)子系統(tǒng)振動特性的影響，分析了上冠間隙和下環(huán)間隙各結(jié)構(gòu)參數(shù)對水輪機(jī)轉(zhuǎn)子系統(tǒng)振動特性的

5、影響規(guī)律。
　　在水輪機(jī)實驗臺上對水輪機(jī)內(nèi)部壓力脈動進(jìn)行測量，并對測試數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，對某機(jī)組真機(jī)運(yùn)行過程中上導(dǎo)軸承、水導(dǎo)軸承進(jìn)行過程中的擺度、軸心軌跡進(jìn)行測量和分析。并將數(shù)值計算的結(jié)果與模型試驗數(shù)據(jù)、真機(jī)運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行對比，驗證數(shù)值仿真結(jié)果的正確性，以確定在水輪機(jī)軸系設(shè)計過程中進(jìn)行仿真分析的可行性。
　　全文計算了水輪機(jī)正常工況下其內(nèi)部流動情況，葉輪所受的流體激振力，導(dǎo)葉水力矩的規(guī)律；比較了小開度工況下水輪機(jī)內(nèi)部流動情況與正常