大型水轮机顶盖动态特性数值模拟与试验研究

发布时间：2021-06-26 18:52

　　顶盖作为大型水轮机的主要承载部件,在实际运行过程中经常出现振动超标问题,严重威胁整个机组的安全运行。为此,从结构的动态特性出发,基于有限元法,建立了顶盖的高精度动力学仿真模型,采用Block Lanczo法求解得到前6阶固有频率,同步开展模态测试,可发现有限元计算结果与测试结果非常吻合,相同振型的固有频率最大误差仅为5.2%。接着开展工况振动测试,测得了顶盖工作时的径向和轴向最大振幅和振动频率,将此作为输入条件,基于动力学模型进行动力学响应分析,得到了振动状态下顶盖的结构应力。在此基础上,进一步进行谐响应分析,得到激励频率对结构应力的影响规律。结果表明,顶盖径向振动的危害远大于轴向振动,径向振动引起的振动应力为108 MPa,而轴向振动最大工况振动应力仅为36.7 MPa;振动应力随激励频率的变化出现宽幅波动,在81Hz附近,顶盖应力均存在明显应力尖峰值。 

【文章来源】：水电能源科学. 2020,38(09)北大核心

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【部分图文】：

机盖有限元模型

完成有限元建模后，采用Block Lanczos法提取顶盖模型前6阶模态。同时为了验证动力学模型的精度进行实物模态测试。测试采用弹性力锤进行激励，所用仪器为INV3062V信号采集仪、INV983加速度传感器。本文测试采用力棒固定敲击点移动传感器的方式进行测试，测点布置选取顶盖周向12块长筋板，每块筋板上5个测点，共计60个测点。选定60个测点中两个测点为固定力锤敲击点。布置5个传感器在第一块长筋板上，依次敲击两个选定的固定敲击点，然后移动这5个传感器布置在第二块长筋板上，以此类推直到12块筋板所有测点数据采集完。测点布置、传感器位置及结构建模见图2。测试分为预试验和正式试验。3.2 仿真及测试结果对比

试验完成后，顶盖前6阶固有频率及振型见表1，部分振型的对比见图3。由表1及图3可看出，仿真结果与测试结果非常吻合，最大误差仅为5.2%，说明有限元模型具有非常高的精度。同时，通过仿真与测试对比表明，测试存在模态丢失现象，如第3和第6阶模态测试结果中并未得到体现。4 振动应力分析

【参考文献】：
期刊论文
[1]某轴流式水轮机顶盖有限元分析及结构优化设计[J]. 贾伟,李建伟,刘晶石,吕桂萍.  电力学报. 2014(04)
[2]某电站水轮机顶盖结构改进方案有限元分析[J]. 刘晶石,钟苏,庞立军.  大电机技术. 2013(03)



本文编号：3251885