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水轮发电机转子轴系机电耦联振动研究

作　者: 徐进友
导　师: 刘建平
学　校: 天津大学
专　业: 机械设计及理论
关键词: 水轮发电机转子轴系机电耦联振动稳定性模态跃迁敏感度
分类号: TM312
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要

水轮发电机转子轴系的机电耦联振动是影响机组安全、稳定运行的关键。为避免水电事故、提高水电站的经济效益,必须深入研究其振动机理。因此,本文针对大型水轮发电机组转子轴系在电磁作用下的振动特性进行了理论研究,阐明了重要机电参数对振动特性的影响,为系统参数的合理选择提供了理论依据。本文的主要研究内容如下:首先,分析了凸极同步发电机的气隙磁场能量变化规律,考虑了凸极效应和偏心的影响,计算了凸极同步发电机的气隙磁场能量、电磁转矩及电磁刚度等重要物理量,并分析了扭转电磁刚度和弯曲电磁刚度随偏心、内功率角和激磁电流的变化规律。其次,基于零阶固有频率的物理意义,建立了求解零阶固有频率的单自由度扭转振动模型,分析了零阶固有频率随机电参数的变化规律。基于非线性Mathieu方程的稳定性理论,分析了转子轴系扭转振动的机电参数稳定性,得到了主要机电参数的三维稳定图。分析了水轮发电机主轴系统的横向振动特性。利用传递矩阵法求解了轴系的临界转速,探讨了轴系支承刚度和电磁刚度的变化对系统前三阶临界转速的影响。最后,建立了转子轴系二自由度扭转振动模型,分析了机电耦联振动系统的模态跃迁现象;采用级数解法求解了二自由度模型的稳态响应,并通过仿真分析了转子轴系扭转振动的幅频特性;通过分析系统稳态响应的参数敏感度,得到了系统主要机电参数敏感度的变化规律和敏感频率范围。

全文目录

摘要  3-4
ABSTRACT  4-5
目录  5-7
第一章绪论  7-14
  1.1 研究背景及意义  7
  1.2 机电耦联振动研究现状  7-12
    1.2.1 水轮发电机组的振动原因分析  8
    1.2.2 转子轴系机电耦联振动研究  8-12
  1.3 本文主要研究内容  12-14
第二章水轮发电机气隙磁场能量及电磁刚度计算  14-26
  2.1 引言  14
  2.2 几个假设及分析思路  14-15
    2.2.1 假设条件  14
    2.2.2 分析思路  14-15
  2.3 凸极电机气隙磁场能量计算  15-20
    2.3.1 气隙磁动势  15-16
    2.3.2 气隙长度  16-19
    2.3.3 气隙磁导  19-20
    2.3.4 气隙磁场能量  20
  2.4 电磁刚度计算及分析  20-25
    2.4.1 扭转电磁刚度计算及分析  20-23
    2.4.2 弯曲电磁刚度计算及分析  23-25
  2.5 本章小结  25-26
第三章水轮发电机转子轴系固有特性分析  26-39
  3.1 引言  26
  3.2 零阶固有频率计算及分析  26-29
    3.2.1 转子轴系纯扭转模型  26-27
    3.2.2 零频的求解及参数分析  27-29
  3.3 转子轴系扭转参数振动稳定性分析  29-32
  3.4 转子轴系临界转速计算和分析  32-38
    3.4.1 轴系建模  32-33
    3.4.2 传递矩阵计算  33-34
    3.4.3 临界转速计算  34-35
    3.4.4 仿真算例  35-36
    3.4.5 支承刚度对临界转速的影响  36-38
  3.5 本章小结  38-39
第四章水轮发电机转子轴系扭转振动分析  39-53
  4.1 引言  39
  4.2 转子轴系二自由度扭转振动模型  39-40
  4.3 扭转振动固有频率计算及分析  40-43
    4.3.1 固有频率计算  40-41
    4.3.2 模态跃迁现象分析  41-43
  4.4 系统动态响应的求解  43-47
    4.4.1 系统动态响应的级数解法  43-44
    4.4.2 仿真算例  44-47
  4.5 机电系统振动动态响应的参数敏感度分析  47-52
    4.5.1 参数敏感度定义  47-48
    4.5.2 基于级数解法的稳态响应参数敏感度分析  48-52
  4.6 本章小结  52-53
第五章全文总结与展望  53-55
  5.1 全文总结  53
  5.2 研究展望  53-55
附录  55-56
参考文献  56-60
发表论文和参加科研情况说明  60-61
致谢  61

水轮发电机转子轴系机电耦联振动研究

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