基于无水启动试验数据计算水泵轴系特征参数

将立式水泵机组轴系结构简化为三支承二圆盘的集中参数模型,建立了电动机转子和水泵转轮形心轨迹的运动方程,进而获得稳态下形心轨迹的解析表达式.利用水泵机组无水启动试验的特殊性和近似处理,给出了电动机转子和水泵转轮固有频率和阻尼比的计算方法.以某泵站无水启动的轴系摆度实测数据为例,根据轴系几何结构拟合轴系摆度形态,结合多转速下的测试数据,采用多项式拟合方法获得转子和转轮摆度数据.利用拟合得到的转子和转轮摆度数据计算水泵机组轴系特征参数,并对计算中的相关问题进行了分析说明.采用文中所提出的方法,可计算得到水泵转轮和电动机转子的固有频率转速、阻尼比和质量偏心等振动特征参数,且计算结果具有一定的数值稳定性.由于采用实测数据进行计算,所获得的振动特征参数包含了安装、调试等不确定性因素的影响,对于已安装运行的水泵机组振动研究具有参考价值.     

水轮发电机组轴系刚度近似计算方法

为了提出一种基于摆度测试数据的近似计算方法,基于水力发电机组转子和转轮形心轨迹运动方程,利用转子和转轮摆度比值关系对运动方程中的刚度耦合项进行解耦;然后,根据轴系振动的稳态特征,忽略轴系扭转、不计作用于发电机转子和水轮机转轮阻尼系数的影响,得到稳态下的简化形心轨迹运动方程,进而导出轴系等效刚度的近似计算模型;同时,结合水力机组特殊运行工况,对转轮、转子处附加外力做近似处理,给出了利用特殊运行工况振动测试数据近似计算轴系刚度的计算方法.同时,利用机组运行模拟系统进行仿真计算,仿真结果表明,提出的近似计算方法所获取的刚度数据与仿真系统给定刚度数据虽然存在一定的误差,但是基本反映了轴系刚度与振动的关系,对于实际工程具有一定的参考价值.     

考虑主轴扭转变形的轴系振动模型

针对大型水力发电机组传统上忽略轴系扭转变形的假设可能导致轴系振动分析出现较大偏差的问题,采用Lagrange方法建立轴系振动方程和含轴系扭转效应的转子运动方程,通过定义广义动量,将这2个方程构建为统一形式的一阶微分方程组.以发电机转子上的阻力矩和水轮机转轮上的动力矩为纽带,构建包括水力系统、发电机、励磁、调速系统在内的完整水力机组模拟运行系统,并采用二阶Runge-Kutta法进行仿真计算.计算结果表明,在机组故障扰动条件下,计入轴系的弹性对轴系横向振动的影响不大,主轴扭转刚度对稳定工况下轴的扭转变形影响较大;故障扰动下,发电机转子和水轮机转轮之间的扭转角变化趋势与有功变化趋势基本一致.仿真表明,所建立的轴系扭振模型能反映轴系振动的基本特征,模型是合理的.     

随机水力激励下机组轴系的动力响应

简要分析了水轮发电机组轴系上的作用力,包括导轴承上的非线性油膜力、转子与转轮上的机械不平衡力、转子上的不平衡磁拉力和转轮上的水力不平衡力.采用零均值i.i.d.随机数序列模拟作用于水轮机转轮上的随机水力激励,通过调整随机数方差来改变随机水力激励的大小,建立了水轮发电机组轴系的非线性动力学模型.求解得到了机组轴系关键部位(转子、转轮和3个导轴承)响应的时域波形图、轴心轨迹图、频谱图和庞加莱图,以及系统响应的分岔图.结果表明:水轮机转轮上作用的随机水力激励对于轴系上部的上导轴承、发电机转子影响较小,对于下导轴承影响适中,对于轴系下部的水导轴承和水轮机转轮影响比较大.随着随机水力激励增强,水导轴承处和水轮机转轮处轴的横向摆度均发生明显的分叉,已明显影响了轴系的振动形态和振动稳定性.     

水力发电机组轴系哈密顿建模与 动力学特性分析

为研究水力发电机组轴系横向振动特性,以水力发电机组轴系为研究对象,首先将转子转轮形心定义为广义坐标,利用系统能量函数推求广义动量,组成系统一阶微分运动方程.将轴系外部作用力包括不平衡磁拉力与水力不平衡力作为输入控制项,建立了水力发电机组主轴系统广义哈密顿控制模型.通过算例求解得到了机组转速与阻尼系数变化时系统非线性动力学响应的分岔图、轴系轴心轨迹图和时、频域图.结果表明:在转速一定的情况下系统稳定性受到阻尼系数变化影响.当阻尼系数较小时系统运动不稳定,存在明显的倍周期现象,振动响应剧烈;当阻尼系数逐渐增大时,轴心振幅减小并稳定为周期运动.上述结果为水力发电机组轴系稳定运行提供了理论依据,同时也为进一步研究机组在不同外部输入激励下的振动控制提供了新的思路.     

考虑轴承及密封的水电机组轴系特性分析

水轮发电机组轴系的转子动力学特性对机组振动特性和稳定性有很大的影响。基于弹性支承的刚性转子模型,并在充分考虑轴承油膜动力特性和转轮密封处的刚度和阻尼作用下,模拟在实际运行条件下的上、下导轴承,水导轴承及考虑转轮密封处的等效刚度和阻尼,对某高水头混流式机组轴系的弯振、扭振及轴系的稳定性3个方面进行计算分析。计算得到机组在额定转速和飞逸转速运行时的临界转速及对数衰减和临界阻尼比,客观地反映描述了机组运行过程中的轴系特性。     

立式混流泵异常振动测试分析

针对某泵站立式混流泵机组异常振动现象,采用低频振动传感器和电涡流传感器,分别测试开机过程和正常运行时水泵机组下机架、泵盖、外筒体振动以及主轴摆度.基于希尔伯特-黄变换进行试验数据处理,获得了测试信号位移峰峰值,通过提取稳定运行时的振动信号特征向量,对故障类型进行识别;在此基础上,通过分析开机过程信号时频变化情况,寻找诱发机组异常振动的故障原因.现场振动测试分析结果表明:稳定运行时机组振动频率主要集中在转频附近,且主轴轴心轨迹成椭圆形,可诊断其故障类型属于转子不平衡;在开机过程中,主轴的轴心轨迹紊乱,开机瞬间机组的振动值为正常运行时振动值的473倍,据此可判断出在此刻机组内部产生了强大的冲击力,进而引起转子不平衡运转.采用希尔伯特-黄变换法能够准确获取水泵振动信号的时频特征,尤其对分析处理高度非线性的被测信号具有很强的优势,而开展开机过程中的振动测试研究,也为水泵故障诊断分析方法开辟了一条新途径.     

高扬程离心泵启动过程系统的非稳定性及对策

以泉杜泵站为例,从水泵启动时出现的异常现象入手,分析了大型、高扬程泵站3种不同的水泵启动工况,分析结果表明:全充水工况和半充水工况下,气泡导致的破坏是水泵启动的主要障碍,必须彻底解决排气问题;无水工况是水泵启动的最不利工况,易形成"气锤",产生附加扬程;无水工况下,可采用本文的算法在水泵启动前部分打开出水闸阀,以消除附加扬程.     

1 000 MW级核电站离心式上充泵转子轴系的扭振特性

为研究1 000 MW级核电站离心式上充泵转子轴系扭振特性,应用Pro／E和ICEM软件对水体部件进行三维造型和网格划分,借助现代CAE技术,并采用有限元分析软件Ansys对上充泵转子轴系的扭转振动特性进行数值计算,通过扭振分析得到转子轴系在不同转速下的扭转振幅．结果表明:采用三支撑转子轴系的结构稳定性相比于两端支撑的转子轴系各阶固有频率都有明显提高,这有助于减小上充泵运行时的振动和噪声;在4 900 r／min的转速下转子轴系发生了较为明显的一阶扭转共振,引起共振的主要原因是电动机驱动力矩的6次谐波分量频率和转子轴系的一阶扭振固有频率的整数倍接近;上充泵设计运行转速为4 500 r／min,转速与转子轴系各阶临界转速值相差较大,其转子轴系的扭转振幅较小,不会发生扭转共振,表明所设计的转子轴系结构是合理的．     

导轴承刚度对水轮机轴系自振特性的影响

为研究水轮发电机组轴系横向自振特性,采用有限元方法对轴系进行离散,利用能量法获得运动方程,根据简化的实际机组轴系参数,采用Matlab软件计算机组轴系各阶的固有频率、主振型以及临界转速,分析导轴承刚度系数的变化对机组轴系临界转速和主振型的影响．计算结果表明:当仅改变其中1个导轴承刚度时,上导轴承对机组临界转速几乎没有影响,下导和水导轴承对临界转速的影响较大．当导轴承刚度达到一定值时,临界转速不再随其增大而增大,出现“饱和”现象;而同时增加3个导轴承的刚度,机组轴系的临界转速有较大的增大．上导轴承的改变对前三阶振型几乎没有影响,下导和水导轴承的改变会导致某一阶的振型与原振型相反．工程中估算机组临界转速时需充分考虑导轴承刚度对机组的影响．     

大型水轮发电机组轴系振动稳定性

随着水电事业的发展，在我国的大型电站中，所用水轮发电机组的容量、尺寸及比转速在不断提高，所采用的材料强度也在不断提高，从而导致水轮发电机组刚度相对降低，因此弄清水轮发电机组的动态特性是必不可少的。利用转子轴承系统动力学，可建立水轮发电机组轮机主轴的数学模型，用以描述水轮发电机组轴系的弯曲振动和对水轮发电机组进行较系统的动力分析。以某电站水轮发电机组为例，建立了水轮发电机组主轴系统稳定性分析的计算模型，利用Riccati传递矩阵法计算了机组的临界转速，并对影响机组轴系临界转速的各个因素进行了计算分析，为以后对大型水轮发电机组的轴系动力特性分析提供参考和技术支持。随着计算机技术的不断发展，以及转子动力学理论的进一步完善，针对大型机械转子系统的动力学仿真将对机组的安全稳定运行发挥越来越大的作用。     

混流式水轮发电机组横向振动动力响应分析

建立了考虑作用于转子与转轮上不平衡力的大型水轮发电机组振动计算模型,以某混流式水轮发电机组为例,采用有限元法对机组转动部分的动力响应进行了计算和分析,主要讨论了不平衡力的相位差、结构阻尼比、导轴承刚度和转动频率对机组动力响应的影响,在刚性支撑模型基础上改变不平衡力的相位差,在弹性支撑模型基础上改变结构阻尼比和各个导轴承刚度进行了分析比较。计算结果表明不平衡力的相位差、结构阻尼比、导轴承刚度和转动频率对机组动力响应都有着不同程度的影响,为减小机组振动以及优化水轮发电机组支撑结构提供了参考。     

超大型水轮发电机定子振动超标处理技术探讨

以糯扎渡水电站定子为研究对象,针对大型水轮发电机定子长期高强度振动造成发电部件损坏的问题,从定子刚度、转子不圆度、水轮机尾水压力脉动等方面分析了机组振动的原因,通过对转子支架应力复核计算表明转子支架现有结构的最大综合应力已经接近许用应力,并确定机组增加垫片的最大厚度为0.2 mm,在机组大修中采用增加磁轭与转子支架之间的过盈量、机坑外对转子圆度进行了静态调整、机坑内动态调整等方法使机组运行中定转子空气间隙均匀.通过大修后进行的手动开机、过速试验、动平衡试验和升压试验,发现修后空载状态和带负荷运行下定子机架水平振动均大幅下降,修后机组磁轭与转子支架紧量增大,磁轭状态更加稳定.定子水平振动稳定在91 μm左右,设备的可靠性大大提高,保证了机组的安全稳定运行.     

大中型泵站机组特性测试与诊断系统研究

分析总结了国内外对泵站水泵机组测试与诊断方法研究现状,结合我国泵站工程的实际情况,研究开发了大型泵站机组特性测试与诊断系统,系统可以对水泵机组的扬程、流量、转速、功率等运行特性进行测试,并对测试数据进行分析处理,绘制相关性能曲线,掌握机组运行状态;同时系统可以实现水泵机组的振动、摆度、噪声等参数的在线监测,根据监测数据进行机组早期故障分析和预报,实施机组预知维护。系统通过工程实例验证,效果良好,具有一定的实用意义。     

抽芯式斜流泵启动过程中转子动力学特性

针对抽芯式斜流泵异常振动现象,通过现场测试分析其振动诱因,进而基于能量守恒的拉格朗日方程建立机组转子非线性动力学模型,并通过与实测信号的峰峰值、振动频率等参数进行比较,验证仿真模型精度,重点研究泵组启动过程中轴心轨迹、振动频率等特征参数的动态响应,寻找降低水泵振动的技术措施.实测信号分析表明,抽芯式斜流泵异常振动诱因是机组启动伴生冲击力导致主轴发生偏移,当机组转速达到额定转速后,主轴偏移虽有所减小,却始终存在,造成机组产生不对中故障;仿真结果不仅证明了试验分析的准确性,同时也揭示了伴生冲击力与机组振动的内在联系:较强的冲击力会加剧转子不对中现象,形成剧烈机组振动,反之则相反.改善机组开机方式是降低伴生冲击力、减弱机组振动和提高机组运行可靠性的有力措施.     

灯泡贯流式水电机组轴系不平衡响应分析

为能够揭示灯泡贯流式水电机组轴系的不平衡响应特性,以某型号灯泡贯流式水电机组为研究对象,基于Riccati传递矩阵法,建立其轴系动力学分析模型,首先通过求解轴系的临界转速,验证了推力轴承在轴系临界转速计算中的不可忽略性。在考虑推力轴承作用的模型基础上,重点研究了轴系重要部位存在不平衡质量时对整个轴系振动的影响情况。结果表明:在同等情况下,转轮处存在不平衡质量时,整个轴系的响应值最大;可通过求解不同转速下结点的不平衡响应来得到轴系的临界转速,且在轴系临界转速附近,轴系位移响应值会急剧增大;在同一转速下,位移响应值与不平衡量成正比。分析结果可为灯泡贯流式水电机组轴系的设计和动平衡试验提供理论参考依据。     

轴伸贯流泵站全过流系统启动三维过渡过程研究

为了分析轴伸贯流泵站全过流系统在含有附加拍门的出水流道闸门开启下机组外特性参数的变化规律和过流系统内部流场的演变过程,利用力矩平衡方程推导叶轮实时转速,基于铺层网格及动网格技术研究了含有附加拍门出水流道闸门的运动规律,对轴伸贯流泵全过流系统启动三维过渡过程进行了数值模拟。结果表明：计算结果与试验结果一致;在机组启动过程中,泵段扬程先增大,然后减小至额定扬程,2.25s时出现最大启动扬程6.38m;拍门前后压差最大值为2.61m,设有附加拍门的出水流道闸门可以有效降低启动过程中的最大启动扬程,提高水泵机组的安全系数。水泵的启动转速和流量变化对叶轮段压力分布梯度影响明显,当转速上升到最大值时,叶片承受最大水压力。在启动过程中闸门上的附加拍门起到了分流作用,避免因叶轮转速上升较快、闸门未充分开启而使出水流道水压力过大带来的系统不稳定性问题。     

农业机械发动机轴系扭振分析

应用AVL公司的EXCITE Designer软件,对某农业机械改型后的直列四缸发动机的轴系进行扭振分析;根据轴系当量化简假定条件,建立轴系当量系统方程和曲轴模型;再输入主要模拟计算数据,通过仿真计算得出结果.分析了改型后的农业机械发动机的自由振动和强迫振动,其结果是发动机轴系振幅较小,满足要求.     

下迷宫压力脉动对抽水蓄能机组稳定性的影响分析

水泵水轮机组的运行稳定性对抽水蓄能电站的安全高效运行至关重要。对广蓄A厂抽水蓄能机组发电工况进行了稳定性试验,深入分析了各工况下迷宫压力脉动、顶盖振动和水导轴承摆度信号之间的关系。结果表明:转频、转轮叶片通过频率及尾水管内的低频旋转涡带是引起下迷宫压力脉动的关键频率;下迷宫压力脉动信号与顶盖振动、水导轴承摆度信号高度相干,对抽水蓄能机组水平和垂直两个方向的振摆都有重要影响。     

混合动力轴系机电耦合振动的理论研究

以混合动力系统为研究对象,分析研究了混合动力系统电动机的主要特性参数;在合理简化的基础上,建立了包括曲轴柔性体部件模型、活塞连杆组和电动机转子在内的刚性体部件模型以及构件间约束和作用力模型,并将它们综合建立了系统轴系的多体动力学分析模型;然后分别对电动机发电和助推两种不同模式下系统轴系动力学特性进行了全面的分析,揭示了机械和电磁两方面相互耦合作用对混合动力系统轴系振动的影响规律,并与发动机模式下系统振动特性进行了对比,得出一些有益的结论。