水电站水力振源特性分析及CFD数值模拟

发布时间：2022-02-22 01:33

　　水轮发电机组由于多承担调峰调频任务,水力工况变化较为频繁,在非最优工况往往出现严重的水力振动问题,对机组发电效率、运行稳定性造成影响,甚至诱发厂房结构振动。开展水力振源的合理模拟和施加方式研究,对于预防和解决水轮发电机组和厂房结构的振动问题尤为迫切。本文探讨了基于CFD（计算流体动力学）模拟水轮机流道脉动水压力的可行性,在分析水轮机过流部件表面脉动特性的基础上,提出了一种水轮机转轮叶片表面脉动压力的精细施加方法,通过水轮发电机组转子-转轮轴系统振动分析,研究了脉动水压力对轴系统振动的影响。在合理模拟及施加水力振源的基础上,分析了轴系结构在水力、电磁和机械多振源耦合作用下的振动特性,探讨了了轴承刚度系数、阻尼系数、机械和电磁荷载相位差等结构支承和荷载参数对轴系结构多振源耦合振动特性的影响。结合流体计算结果拟定水轮机转轮表面和厂房蜗壳内壁面脉动水压力的幅值和主频,分别对机组轴系统结构和厂房结构开展谐响应分析,分析了脉动水压力作用下厂房结构的振动特性。基于有限元功率流理论,探讨了水力振动在机组轴系统及厂房机墩、上、下游墙体、风罩等部位的传导和衰减特性,分析总结了振动的主要传导路径,为水电站机... 

【文章来源】：西安理工大学陕西省

【文章页数】：68 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
Abstract
1 绪论
    1.1 课题研究背景及意义
    1.2 国内外研究进展
        1.2.1 水电站振源研究和水力振源的探究及模拟
        1.2.2 水电站机组轴系结构振动敏感性分析
        1.2.3 功率流理论的发展及应用
    1.3 本文主要研究内容
        1.3.1 水轮发电机组水力振源合理模拟与施加方式研究
        1.3.2 多振源耦合作用下机组轴系振动特性分析
        1.3.3 基于功率流理论的机组及厂房振动传导研究
        1.3.4 研究技术路线
2 理论分析方法
    2.1 CFD数值模拟理论基础
        2.1.1 守恒方程的建立
        2.1.2 湍流模型的建立
    2.2 水电站机组及厂房振动分析方法
        2.2.1 模态分析
        2.2.2 谐响应分析
        2.2.3 时程分析
    2.3 功率流计算方法和一般表达式
        2.3.1 厂房结构功率流计算方法
        2.3.2 水电站机组轴系统功率流计算方法
    2.4 水电站机组及厂房振动传导路径研究
    2.5 本章小结
3 水轮发电机组轴系统水力振源合理模拟与施加方式研究
    3.1 水力振源模拟与施加方式研究
        3.1.1 传统的水力振源研究
        3.1.2 基于流体计算和结构耦合的新方法
    3.2 基于CFD数值模拟和水力振源的模拟
        3.2.1 水轮机流道模型建立及网格划分
        3.2.2 控制方程
        3.2.3 计算域和边界条件的建立
        3.2.4 控制方程的离散和求解
        3.2.5 脉动压力结果分析
    3.3 水力振源的施加和模拟
        3.3.1 轴系统三维有限元模型建立
        3.3.2 水力振源的施加方法
        3.3.3 水力振源作用下的轴系统振动研究
    3.4 本章小结
4 多振源耦合作用下机组轴系振动特性分析
    4.1 水电站机组主要振源类型
        4.1.1 机械振源
        4.1.2 电磁振源
        4.1.3 水力振源
    4.2 振源模拟方式及施加方法
        4.2.1 轴系统受力结构图
        4.2.2 荷载计算及施加
    4.3 振源耦合作用下轴系统振动分析
    4.4 振源耦合作用下轴承刚度系数对轴系统振动的影响
        4.4.1 轴承刚度系数对轴系结构自振特性影响
        4.4.2 轴承刚度系数对轴系统结构振动影响
    4.5 振源耦合作用下荷载相位差对轴系统横向振动的影响
    4.6 本章总结
5 基于功率流理论的机组及厂房振动传导研究
    5.1 水电站厂房模型的建立
        5.1.1 水电站厂房模型建立及网格划分
        5.1.2 水电站厂房模型自振特性分析
        5.1.3 共振复核
    5.2 厂房功率流传导分析
        5.2.1 水轮发电机组功率流分析
        5.2.2 厂房结构功率流分析
    5.3 本章小结
6 总结与展望
    6.1 研究结论
    6.2 研究仍旧存在的问题
致谢
参考文献
附录
    1 硕士期间的学术成果
    2 参与的科研项目


【参考文献】：
期刊论文
[1]原型混流式水轮机压力脉动特性CFD模拟分析[J]. 尤建锋,程永光,付亮,夏林生,蒋勇其.  武汉大学学报(工学版). 2016(04)
[2]水泵水轮机在水轮机工况下压力脉动特性[J]. 钱忠东,陆杰,郭志伟,张建军.  排灌机械工程学报. 2016(08)
[3]轴承刚度对船舶推进轴系振动传递路径影响分析[J]. 李海峰,朱石坚,刘学伟.  噪声与振动控制. 2016(01)
[4]薄板结构的振动功率流特性分析[J]. 张雄,吴锦武.  南昌航空大学学报(自然科学版). 2015(03)
[5]基于CFD的水轮机内流场分析研究综述[J]. 乔文涛,王玲花.  吉林水利. 2015(07)
[6]基于结构声强的水电站厂房振动传递路径研究[J]. 王海军,涂凯,练继建.  水利学报. 2015(10)
[7]脉动压力谐响应和时程分析的差异性研究[J]. 刘建,伍鹤皋.  长江科学院院报. 2014(08)
[8]大型地下厂房结构振动反应分析[J]. 幸享林,陈建康,廖成刚,张宏战.  振动与冲击. 2013(09)
[9]水压脉动能量传导对水电站厂房墙体影响分析[J]. 徐伟,马震岳,职保平.  水力发电学报. 2013(02)
[10]大型水电站厂房结构流固耦合分析[J]. 张存慧,马震岳,周述达,张运良.  水力发电学报. 2012(06)

博士论文
[1]基于复杂扰动的水电机组与厂房振动传导研究[D]. 职保平.大连理工大学 2014
[2]大型水轮发电机组轴系动力学建模与仿真分析[D]. 徐永.华中科技大学 2012
[3]机械振动传递路径系统传递性的研究与应用[D]. 赵薇.东北大学 2012
[4]水电站机组及厂房结构耦合振动特性研究[D]. 宋志强.大连理工大学 2009
[5]水电站机组振动及其与厂房的耦联振动研究[D]. 杨晓明.大连理工大学 2006

硕士论文
[1]基于CFD的水电站厂房水力振源特性及精确施加方法研究[D]. 耿聃.西安理工大学 2017
[2]大型水电站厂房振动传递路径研究[D]. 涂凯.天津大学 2014
[3]水力作用对水电机组主轴稳定性影响研究[D]. 曲哲.河北联合大学 2014
[4]基于有限元分析的复杂耦合系统振动功率流传递特性研究[D]. 杜丽.山东建筑大学 2012
[5]混流式水轮机数值模拟研究与压力脉动分析[D]. 李龙庭.浙江大学 2012
[6]混流式水轮机内水流的数值模拟及其CFD软件应用的研究[D]. 肖玉红.天津大学 2008



本文编号：3638421