水輪發(fā)電機組穩(wěn)定性研究.pdf

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

2、了三峽機組軸系的臨界轉(zhuǎn)速。三種方法所得的計算結(jié)果比較表明：三種方法計算的結(jié)果相對誤差小于10％，都滿足工程應用。
　　建立單圓盤轉(zhuǎn)子橫向振動線性力學模型，研究了離心力、不平衡電磁力及剛度對三峽水輪發(fā)電機組軸系穩(wěn)定性的影響。研究表明提高平衡等級可以大幅減小質(zhì)量不平衡響應；而不平衡磁拉力使軸系第1階臨界轉(zhuǎn)速下降11%,響應增加2倍;陀螺力矩使軸系的臨界轉(zhuǎn)速顯著提高；提高上導軸承剛度有利于機組的穩(wěn)定運行；軸系自身剛度變化對穩(wěn)定性影響非常

3、小。
　　由于機械和電磁相互耦合，水輪發(fā)電機的電磁振動具有非線性的特征。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)電機轉(zhuǎn)子電磁振動的非線性模型。利用非線性振動理論的多尺度方法，從理論上分析了水輪發(fā)電機轉(zhuǎn)子不平衡磁拉力引起的電磁振動?？紤]到不平衡磁拉力的非線性性質(zhì)后，發(fā)現(xiàn)當臨界轉(zhuǎn)速接近2倍或3倍工作轉(zhuǎn)速時，會出現(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，會出現(xiàn)次諧波共振。最后用模擬試驗的結(jié)果驗證了理論分析

4、的結(jié)論。
　　水輪機尾水管壓力脈動和空蝕是影響其穩(wěn)定性的主要因素，本文研究了壓力脈動和空蝕導致水輪機振動的機理。建立了水輪機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力特性，導出尾水管渦帶的壓力脈動頻率和尾水管振動系統(tǒng)的自振頻率公式，避免渦帶激振頻率與自振頻率和結(jié)構固有頻率重合而發(fā)生共振。以某水輪機為例將計算值與試驗結(jié)果進行了比較，理論值與試驗結(jié)果相吻合。
　　實驗技術是提高大型水輪發(fā)電機組穩(wěn)定性的重要手段，本文