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汽轮发电机定子的结构强度与振动分析

作　者: 李坤
导　师: 钟崴；童水光
学　校: 浙江大学
专　业: 热能工程
关键词: 定子有限元分析强度分析模态试验模型修正优化设计
分类号: TM311
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
下　载: 48次
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内容摘要

电力是现代化技术、人民生活和新产业发展的重要物质基础。汽轮发电机是最主要的发电设备之一,主要由定子和转子组成。汽轮发电机定子主要包括定子机座、定子铁心以及定子绕组三部分。定子的结构强度和振动因素对机组的正常运行有重要的影响。传统汽轮发电机定子的设计多凭经验展开,存在着设计盲目性大、设计周期长、成本高等诸多弊端。面对日益丰富化、个性化的市场需要,企业迫切需要科学的方法改善设计,本文所采用的CAD/CAE技术与试验相结合的方法是解决上述问题的理想方法。定子机座的结构强度是汽轮发电机重要的性能指标。针对定子机座的结构强度问题,本文采用平板单元有限元理论,建立了定子机座的有限元模型,完成了定子机座的结构强度分析,验证定子机座的结构强度符合要求。定子的振动是汽轮发电机最主要的问题之一,对机组的安全运行起重要影响。本文首先采用有限元法对定子进行了振动模态计算,然后,结合力学和振动测试等方面的理论知识,针对汽轮发电机定子的振动问题,通过现场试验,测试了定子的振动模态,而后,将有限元计算结果与试验结果进行比较,分析偏差产生的原因,最后,提出基于灵敏度的方法对定子有限元模型进行了模型修正,得到了精确的定子有限元计算模型,为定子的计算机辅助设计提供了参考。在满足设计、制造过程中的安全性、合理性前提下,提出了采用GA算法对定子机座进行优化的方法,改善了定子机座的应力分布,并在制造的过程中节约12.2%的材料。通过试制样机,将分析结果与样机试验结果进行对比,优化后的汽轮发电机样机各项参数符合设计标准。

全文目录

致谢  4-5
摘要  5-6
ABSTRACT  6-7
目录  7-9
1 绪论  9-25
  1.1 定子的结构强度与振动问题的描述  9-13
    1.1.1 定子机座的强度与振动特性  9-10
    1.1.2 定子铁心的振动特性  10-13
  1.2 动力学有限元分析原理  13-15
    1.2.1 有限元法的产生及概念  13
    1.2.2 动力学有限元法的产生及概念  13-14
    1.2.3 动力学有限元的模型修正技术  14-15
    1.2.4 动力学有限元法的研究对象  15
  1.3 振动模态试验分析技术  15-16
    1.3.1 模态分析技术的产生  15-16
    1.3.2 当前模态试验分析技术及应用  16
  1.4 有限元法、振动模态试验分析技术在汽轮发电机中的应用  16-21
    1.4.1 我国汽轮发电机的发展与现状  16-18
    1.4.2 国外汽轮发电机的发展与现状  18-20
    1.4.3 有限元法、振动模态试验分析在汽轮发电机中的应用  20-21
  1.5 学位论文的主要研究工作  21-25
    1.5.1 论文的项目工程背景  21-22
    1.5.2 论文的选题与研究意义  22-23
    1.5.3 论文的主要内容和研究路线  23-25
2 汽轮发电机定子的结构强度与振动模态分析  25-39
  2.1 引言  25
  2.2 定子结构强度分析  25-35
    2.2.1 有限元分析的基本原理  25-27
    2.2.2 定子的结构强度问题和分析方案的确定  27-29
    2.2.3 定子的强度分析过程及结果  29-33
    2.2.4 定子关键联接部件强度校核  33-35
  2.3 定子的振动模态计算  35-38
    2.3.1 振动模态分析的基本方程  35-36
    2.3.2 振动模态计算结果  36-38
  2.4 本章小结  38-39
3 汽轮发电机定子结构振动模态试验  39-61
  3.1 引言  39
  3.2 振动模态试验理论  39-46
    3.2.1 振动系统建模  39-40
    3.2.2 模态试验原理  40-46
  3.3 测试系统的组成与工作原理  46-50
  3.4 试验系统  50-52
  3.5 模态试验基本过程  52-57
  3.6 测试结果与有限元结果的对比分析  57-60
  3.7 本章小结  60-61
4 汽轮发电机定子结构的模型修正与优化设计  61-78
  4.1 引言  61
  4.2 有限元模型修正技术  61-67
    4.2.1 有限元模型修正的分类、作用及研究思路  61-62
    4.2.2 模型匹配技术  62-64
    4.2.3 模型修正参数的选择  64
    4.2.4 模型修正方法  64-65
    4.2.5 模型修正的算例  65-67
  4.3 定子机座结构的优化设计  67-77
    4.3.1 优化设计方法——遗传算法  67-68
    4.3.2 定子机座结构优化设计的问题描述  68-69
    4.3.3 定子机座结构优化设计遗传算的实现  69-72
    4.3.4 优化结果分析  72-77
  4.4 本章小结  77-78
5 总结与展望  78-80
  5.1 总结  78-79
  5.2 展望  79-80
参考文献  80-83
攻读硕士期间发表的论文  83

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