水电机组主轴系统稳定性分析

【摘要】：水电机主轴系统的振动是目前水电站中普遍存在的问题，并且使水电站存在不安全隐患。历史上曾经发生过多起由于振动过大而造成水电机组的破坏的事件。这些振动中，小的能够影响发电效率和质量，大的能够使水电机的主轴破坏而断裂，更严重的可能造成整个水电站的爆炸，后果极其严重，不仅造成巨大经济损失，还会对生产生活造成一定影响。因此，对于水电机组的振动问题有必要进行研究。根据振动的规律和特点，研究振动的频率和振型，分析各种物理参数和几何参数变化对于振动的影响。振动中如果固有频率和外激励频率接近就会产生共振现象，共振会造成数倍于正常振动的破坏。研究抑制共振的办法，从而减小共振带来的破坏。 水电机组主轴的振动问题包含的范围比较多，包括水力问题引起的振动、机械问题引起的振动和电磁问题引起的振动。对于大型水电站来说，电磁振动显得更为重要。水电机组主轴系统的振动的研究主要集中在电磁激励下的强迫振动和组合振动，共振随着各种物理参数以及几何参数变化的规律。 以水电机组为背景，利用MATLAB软件，用传递矩阵法和有限元法分别编写了程序，计算了水电机组主轴系统的横向振动的固有频率和相应的振型，并且分析了物理参数对于横向振动固有频率的影响。 用MATLAB软件和有限元的相关理论编程和计算了水电机组主轴系统的扭转振动固有频率和电磁力激发的零阶固有频率。 利用机电耦联的能量法分析了水电机组主轴系统在电磁激励下的横向组合振动和扭转强迫共振，分析了几何参数和电磁参数变化对于幅频特性的影响。所得结果对于水电机组的稳定运行具有一定的指导作用。 【关键词】：水电机组 稳定性 传递矩阵 有限元
【学位授予单位】：河北联合大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2012
【分类号】：O322
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-8
• 引言8-9
• 第1章 绪论9-15
• 1.1 三峡机组主轴系统的几何参数和物理参数9
• 1.2 水电机组振动原因分析9-14
• 1.2.1 历史上的振害9-12
• 1.2.2 水力因素12
• 1.2.3 机械因素12-13
• 1.2.4 电磁因素13-14
• 1.3 水电机组振动研究概况14-15
• 第2章 水电机组主轴系统的计算模型和计算方法15-22
• 2.1 水电机组主轴系统的结构15-16
• 2.2 主轴系统简化模型16-17
• 2.3 有限元（段）法17-19
• 2.4 传递矩阵法19-21
• 2.5 Matlab 计算软件21-22
• 第3章 水电机组主轴系统的横向振动计算22-41
• 3.1 物理模型22-23
• 3.2 用有限元（段）法计算固有频率23
• 3.3 用传递矩阵法计算固有频率23-24
• 3.4 振型图24-25
• 3.5 物理参数变化对横向振动固有频率的影响25-28
• 3.5.1 改变上导轴承刚度25-26
• 3.5.2 改变下导轴承刚度26-27
• 3.5.3 改变水导轴承刚度27-28
• 3.6 水流作用和电磁作用对固有频率的影响28-29
• 3.7 机电耦联系统的能量法简介29-30
• 3.8 电磁激励响应的计算30-41
• 3.8.1 电磁振动的分类30-31
• 3.8.2 不平衡磁拉力31-33
• 3.8.3 组合强迫共振33-37
• 3.8.4 起振过程分析37-41
• 第4章 水电机组主轴系统扭转振动计算41-58
• 4.1 物理模型41-42
• 4.2 固有频率42-43
• 4.3 振型43
• 4.4 零阶固有频率的计算43-47
• 4.5 扭转共振问题47-58
• 4.5.1 两相线间短路47-50
• 4.5.2 应用机电耦联系统能量法求解扭振响应50-52
• 4.5.3 幅频方程的建立52-53
• 4.5.4 幅频特性分析53-58
• 结论58-59
• 参考文献59-62
• 附录 A 横振有限元源程序62-65
• 附录 B 横振传递矩阵源程序65-68
• 附录 C 扭振有限元源程序68-70
• 致谢70-71
• 导师简介71-72
• 作者简介72-73
• 学位论文数据集73

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