基于轴系刚度计算分析水泵轴系的振动

为研究水泵机组轴系支撑刚度与轴系振动之间的关联机理,基于立式水泵机组集中参数模型,提出了水泵机组轴系支撑刚度的计算理论和方法.建立水泵机组电动机转子和水泵转轮形心轨迹运动方程,利用转子和转轮摆度比值关系实现运动方程中耦合刚度项的解耦,结合水泵无水启动的特殊运行条件简化附加外力,进而获得转子和定子形心轨迹运动方程的解析表达式.利用某泵站2台机组的无水启动摆度测试数据,采用多项式拟合方法计算轴系摆度形态,间接得到转子和定子的摆度数据、提取电动机转子附加外力,对计算中的相关问题进行了详细说明.基于2台水泵机组电动机转子和水泵转轮摆度数据计算机组轴承刚度,进行对比分析.结果表明:轴系摆度较大的水泵机组其支撑刚度小于正常机组的刚度.所提出的刚度计算对比方法,可从机组振动的诸多诱因中辨别出刚度影响因素,从而对泵站多机系统中个别机组振动较大情况下的振动进行识别和分析,具有一定的工程参考价值.     

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.     

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.     

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。     

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.     

多物理场作用下的水轮发电机组转子振动分析

以某水电站混流式水轮发电机组为例,通过求解雷诺方程对机组各导轴承进行求解得到轴承动力参数;利用CFD全流道数值模拟计算了水力不平衡力;采用Muszynska模型用平均流速描述转轮密封力得到转轮上冠、下环密封的等效刚度和阻尼;建立转动部件用于分析的动力学模型,分析了机组在正常运行工况和飞逸工况下的振动特性。通过对机组转动部件在水力、电磁不平衡力以及机械力耦合作用下动力特性分析,得到了机组的前六阶模态、振型以及机组轴线的振动情况,对水轮发电机组转子系统的设计有一定的指导意义。     

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．     

基于有限元法的水轮发电机组临界转速研究

研究水轮发电机组的临界转速对于其故障诊断与结构优化具有重要意义，但由于现场试验困难、工况与边界条件复杂，使得临界转速的高精度求解成为难题。以某水电站的二导悬式水轮发电机组为例，采用大型通用有限元分析软件ANSYS，综合考虑各类轴承边界条件的耦合作用，基于流体润滑Reynold方程建立轴承动力特性参数的计算模型，求解水导、上导、推力轴承的刚度与阻尼，以此为基础分别构建无机械故障、转子或转轮质量偏心、联轴法兰不对中的三维有限元分析模型，随后考虑陀螺效应进行转子动力学分析，采用QR Damped法提取模态，并绘制Campbell图求得临界转速从而分析轴系动力学特性。结果表明，正常工况下机组飞逸转速远小于第一阶临界转速，其动态性能满足设计要求，且在转子或转轮质量偏心、联轴法兰不对中等工况下临界转速受到的影响很小，机组依旧能够保持稳定运行。     

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。     

基于多重激励的悬臂式多级离心泵轴心轨迹研究

针对悬臂式多级离心泵易出现陀螺效应,造成转子失稳与泵机组振动等问题,根据理论公式计算所得的密封流体激励力、泵腔流体激振力和附加质量代入有限元模型进行仿真计算,得到悬臂式多级离心泵的轴心轨迹图,并分别与未加载3种激励力、只加载密封流体激励力与添加密封和泵腔流体激振力的计算结果进行对比分析,最后利用Bently 408型便携式数据采集系统对轴心轨迹进行试验,对仿真进行验证。研究结果表明:加载叶轮口环密封力能够提高转子系统的稳定性,并能有效降低径向位移幅值;泵腔中流体激振力增加了转子系统的交叉刚度,导致振幅增加;相比于密封流体激励力和泵腔流体作用力,流体附加质量对悬臂式转子系统的瞬态响应的影响更为显著。     

含立方刚度滚动轴承转子系统非线性特性分析

建立了滚动轴承-转子系统非线性动力学模型,考虑了不平衡激励、轴承间隙、非线性赫兹接触力、变柔度(VC-VaryingCompliance)振动和转轴材料物理非线性的综合效应,以含立方非线性项的表达式来表征这种转轴材料的物理非线性刚度。运用Range-Kutta数值积分方法计算系统的不平衡振动响应,得到了转轴非线性刚度、轴承间隙和转子转速对系统动力学行为的影响规律。     

内燃机曲轴扭振连续分布模型的计算方法

建立了内燃机曲轴扭转振动的连续体模型和计算方法。首先构建了内燃机曲轴的连续分布当量阶梯轴模型 ,根据轴段以及集中质量的动能表达式 ,由拉格朗日方程建立了整个轴系的运动方程 ,构造了能同时用于某单一谐次或整个轴系合成振动分析的矢量矩阵。计算结果表明 ,用能量法来分析扭振与实际测量的结果在各主要谐次都保持相当的一致。     

故障受油器影响下灯泡贯流式机组非线性振动特性

针对故障受油器引发的灯泡贯流式机组事故,为提高机组运行的安全性和稳定性,基于构建复合偏心影响下不平衡磁拉力模型,建立多振源激励下含故障受油器灯泡贯流式机组轴系模型及其运动微分方程.应用数值计算方法分析有无故障受油器系统动态特性的差异,对系统在励磁电流、气隙静偏心以及动偏心变化过程中的非线性振动特性进行研究.结果表明:故障受油器的存在虽加大了转子非稳态运动范围并激发转子不利振动形式,但其对抑制系统振幅、削弱谐波成分表现出一定的积极作用,使机组受迫振动程度得以减缓;相比于数值固定的静偏心,随机组转动而不断变化的动偏心可使系统产生拟周期、周期二等丰富的动态响应形式,并进一步缩减了系统整体稳定运行范围,需引起足够重视.研究结果可为灯泡贯流式机组安全运行及稳定性分析提供一定借鉴.     

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.     

带分流叶片水泵水轮机转子强度及模态分析

以带分流叶片的水泵水轮机为研究对象,基于CFD与FSI方法分析其泵工况下转子的振动特性,对3种开度即小开度9.8°、最优开度17.5°和大开度24.8°下的流场进行数值模拟,将额定工况下的流场结果导入转子结构实现单向流固耦合,对带预应力的转子模型进行形变与等效应力分析.此外,还计算了转轮的干湿模态,对比分析了不同条件下转轮的振动特性.结果表明:不同开度对应的预应力下转轮形变与等效应力分布规律相似,转轮形变主要发生在上冠低压侧.按ND(节径数)在转轮圆周方向划分振动扇区描述振型规律时发现,各扇区内转轮上冠、下环低压侧的振幅较大.湿模态下水介质对转轮振型影响不大,但会明显降低转轮的振幅.预应力对转轮固有频率影响较小,可忽略不计,但在湿模态下,转轮固有频率会显著下降,这表明分析结构振动特性时应充分考虑水介质作用.     

农用车发动机扭转振动浅析

建立了农用车发动机轴系扭转振动模型,分析了发动机的转动惯量与扭转刚度,建立了发动机曲轴扭转振动的方程式,分析了农用车用发动机产生扭转振动的原因,提出了发动机扭转振动消减的方法,对发动机的设计和使用有一定的参考价值。     

蓄能机组转子系统三维动力特性研究

受机械、电磁、水力等因素的影响,抽水蓄能发电机组轴系临界转速分析是复杂的转子动力学问题。采用SAMCEF ROTOR程序建立了抽水蓄能发电机组转子-轴承-电磁系统三维有限元模型,计算了不平衡磁拉力刚度系数以及轴系的临界转速和振型。讨论了发电机不平衡磁拉力、导轴承刚度系数变化对临界转速的影响。结果表明,不平衡磁拉力随着励磁电流和转子偏心距的增加呈非线性增加,并使一阶临界转速降低;轴系的临界转速随导轴承轴承刚度的增加而增加。水导轴承对2阶临界转速影响较大。上、下导轴承对1、3阶临界转速影响较明显。