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。     

混流式水轮发电机组主轴系统的模糊优化设计

以混流式水轮发电机组主轴系统为研究对象,用有限单元法建立系统的非线性全局耦合动态方程,并在此动态方程的基础上,运用模糊优化理论,建立以主轴系统动态性能为目标函数、以主轴系统的结构参数为设计变量、具有模糊约束的优化设计数学模型,给出求解此模型的方法,并通过实例对其进行仿真。仿真结果表明:所采用的模糊优化方法体现了主轴系统约束条件的模糊性,比较符合机组设计的实际情况,为进一步研究混流式水轮发电机组的多目标优化设计提供参考。     

水轮发电机转子轴系电磁激发横-扭耦合振动分析

针对大型水轮发电机组在暂态运行时,由于暂态径向电磁力、电磁力矩诱发的发水轮发电机组双质量系统横-扭耦合振动进行了分析,建立了描述横-扭耦合振动的双质量系统数学模型,探讨了由于机电参数激励与转子轴系耦合振动的动力学特性。分析结果表明,系统振动具有明显的混沌的特性,横向振动对扭振的影响十分显著,使转子系统扭转角位移的幅值明显增加,最大扭转振动幅值发生于频谱1/2分频处;偏心对振动的影响存在参数极值区,即当偏心值落在这个范围内时,混沌振动的振幅会随偏心剧增,但静偏心对轴系振动特性的影响较小。若电磁参数和机械参数处在影响系统振动的灵敏区域,将诱发机组激烈的混沌振动。     

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。     

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。     

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.     

大型水轮发电机组转动部件的振动特性分析

结合映秀湾水轮发电机组转动部件的安全运行要求,建立其转动部件的动力学分析模型,针对其正常运行工况和飞逸工况采用商用软件进行转动部件的振动特性分析,分析计算发电机组转动部件的弯振、扭振和竖振的固有频率和临界转速等模态特性.通过和机组转动部件运转特性的比较和分析,来评估水轮发电机组转动部件的运行可靠性.     

基于双向流固耦合水轮机转轮应力特性分析

为了开展基于双向流固耦合的水轮机转轮叶片应力特性分析,通过坐标变换将直角坐标系下的连续方程和动量方程变换到任意拉格朗日坐标系下,建立流场控制方程,采用FCBI-C方法得到离散方程.在旋转坐标系下建立结构静力学方程,采用有限元法进行离散,得到转轮的有限元方程.使用迭代法双向流固耦合,对流体方程和结构方程进行迭代,直到流固耦合系统收敛.通过基于双向流固耦合的混流式水轮转轮应力场计算可得:单、双向耦合条件下转轮应力和位移分布趋势基本一致,最大点位置相同;转轮的有效应力相对差值随着变形的增大而增大,均在位移变形值最大点最大;变形量大小是单、双向耦合计算结果差别的重要因素,在小变形情况下,精度要求不高时可用单向耦合代替双向耦合进行计算.     

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。     

水泵水轮机启动过程转轮动应力分析

启动过程中转轮的动应力特性是评价水泵水轮机组稳定性的一个重要指标。为分析某原型混流式水泵水轮机组在水轮机模式启动过程中转轮的振动响应,重点分析水力激励力的瞬变特性对动应力的影响,首先针对水轮机启动过程选取不同转速工况点分别进行了稳态和局部瞬态动应力计算,然后结合转轮固有模态和动静干涉理论分析了异常振动产生的原因。其中,水力激励力通过计算流体动力学分析得到,动应力的求解采用基于声固耦合构建的单向流固耦合方法。对比稳态和瞬态计算的结果可知,在共振工况附近,激励力的瞬变特性对转轮的振动有显著影响。一方面使得启动过程中的高水平振动滞后于理论共振工况,另外动应力幅值远低于稳态分析的结果。然而在非共振区域,稳态和瞬态计算得到的动应力水平相近。     

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．     

大流量自吸离心泵机组轴与曲轴的模态分析

为研究大流量自吸离心泵机组轴与曲轴的振动特性,基于ANSYS有限元分析软件对大流量自吸离心泵机组轴与曲轴的模态特性进行研究,分析了大流量自吸离心泵机组轴与曲轴前5阶振型图及固有频率,并对其各阶固有频率对应的临界转速进行研究.研究表明,大流量自吸离心泵机组轴在支撑间距以及形式的影响下,主要体现出扭曲振动,且第4阶发生了2次扭转变形,呈现对称变化分布.与此同时,大流量自吸离心泵机组轴的设计转速为2 200.00 r/min,而大流量自吸离心泵机组轴的最低临界转速达到2 848.07 r/min,高于实际转速2 200.00 r/min,从而避免了发生共振的可能.采用合理的结构设计可以有效地避免大流量自吸离心泵机组轴与曲轴发生共振,通过模态分析得到振型图和动画显示,清晰地展现出大流量自吸离心泵机组轴与曲轴的动态特性,为系统的安全运行、振动分析以及结构的优化设计提供重要的理论依据.     

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。     

高酸苹果振动式采摘机设计与试验

为解决高酸苹果收获过程中的效率低、果实摘净率低、损伤率高等问题,根据我国青岛地区高酸苹果实际收获需要,设计了一种液压控制的高酸苹果振动式采摘机。基于振动式采摘机工作原理,完成振动采摘装置、激振装置、液压控制系统的结构设计,计算分析夹持钳对树干的夹持力为7 254 N,夹持钳夹持高度范围为12～103 cm。建立高酸苹果果实-树枝单摆动力学模型,分析果实脱落条件,得到果实振动微分方程,确定振动频率、振幅、夹持高度为采摘效果主要影响因素;利用ANSYS软件对果树模型进行自由模态响应与谐响应仿真分析,结果表明：振动频率9～12 Hz、振幅1～2 cm、夹持高度40～70 cm时,三级、最次级树枝位移最明显。为确定采摘机最优工作参数,进行三因素三水平组合田间试验,得到果实摘净率、果实损伤率的回归模型,利用Design-Expert软件对试验数据和回归模型响应曲面进行分析优化,当振动频率为10.0 Hz、振幅为1.6 cm、夹持高度为58.7 cm时,果实摘净率为95.9%、果实损伤率为1.3%,满足高酸苹果采收的质量要求。     

载货车车架异常振动的试验分析与改进

针对某载货车车架在特定车速下的振动现象进行了有目的性的试验,频谱分析显示后桥及传动轴的周期性激励的共同作用是导致振动的主要影响因素,据此提出了解决问题的具体措施,使车架的异常振动现象得到了有效的控制。     

基于刀盘动刚性的甘蔗收获机布局试验研究

通过振动测试与理论分析找出小型甘蔗收获机在田间和模拟试验中出现的高破头率问题,结合虚拟样机技术,采用基于刀盘动态刚性的整机布局优化仿真,得出切割器简支梁安装方式、发动机中置、剥叶系统轴负式布局方式利于增大刀盘的刚性。据此研制出改进样机,最后通过振动测试试验对比分析两台样机,得出刀盘的振动幅度由原来的2mm下降到0.8mm,刀盘的动态性能有了很大的改善,从而验证了此布局方式的可行性。     

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.     

机电耦合对MHEV动力系统轴系振动的影响

对引起轻度混合动力电动汽车(MHEV)动力系统轴系振动的电磁因素进行了分析,揭示了机械和电磁两方面相互耦合作用对振动的影响规律。电机转子的电磁转矩、扭转刚度和阻尼的作用将改变原发动机系统轴系的动态特性。对电机助推和发电2种不同模式下系统轴系振动特性进行了理论仿真和实验的定性研究,两者结果体现了较好的一致性。     

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.