考虑动刚度和动强度的水轮发电机组可靠性优化设计方法研究

发布时间：2017-05-23 23:03

  本文关键词：考虑动刚度和动强度的水轮发电机组可靠性优化设计方法研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：在水流激励、电磁激励、机械不平衡力等复杂载荷作用下水轮发电机组将会出现十分激烈的振动现象,而机组的激烈振动又会导致其产生较大的动变形和动应力,从而严重影响到机组的刚度和强度乃至机组的安全可靠运行,因而在对水轮发电机组进行可靠性优化设计时,不仅要考虑机组静刚度和静强度的影响,而且还要考虑由于机组振动所引起的动刚度和动强度的影响。本文以混流式水轮发电机组为研究对象,在综合考虑动刚度和动强度对机组可靠性影响的情形下,对水轮发电机组可靠性优化设计方法等方面的问题展开较深入的研究。主要内容包括：运用有限单元法对混流式水轮发电机组主轴系统进行动力学分析,建立机组非线性动力学模型,并在此基础上应用多尺度法探究机组的动力学特性,通过推导水流激励、机械不平衡力、发电机电磁激励、导轴承处的油膜力等对不确定参数的梯度,揭示不确定参数对机组动态特性的影响。考虑由于机组振动所引起的动刚度和动强度的影响,推导出主轴系统的总变形和总应力的表达式,针对机组存在随机不确定参数的情形,在分析水轮发电机组主轴系统的刚度失效模式、强度失效模式及多失效模式相关性的基础上,分别建立刚度失效模式下的水轮发电机组动态可靠性模型、强度失效模式下的水轮发电机组动态可靠性模型以及刚度和强度失效模式下的水轮发电机组动态可靠性模型,确定考虑动刚度和动强度影响的水轮发电机组动态可靠性的分析方法。在所建水轮发电机组动态可靠性模型的基础上,采用改进的一次二阶矩法,推导出水轮发电机组动态可靠性灵敏度表达式,揭示机组动态可靠性与其结构参数、水力参数、电磁参数之间的内在关系。以混流式水轮发电机组主轴系统结构参数为设计变量,主轴体积最小为目标函数,给定可靠性要求为约束条件,建立考虑动刚度和动强度影响的水轮发电机组主轴系统可靠性优化设计数学模型,确定机组可靠性优化设计方法。通过实例对混流式水流发电机组主轴系统进行动态可靠性及优化设计方法进行仿真分析,从而验证本文理论研究的正确性。
【关键词】：水轮发电机组 动刚度 动强度 失效模式 可靠性 优化设计
【学位授予单位】：广西大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TM312
【目录】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-12
• 符号说明12-18
• 第一章 绪论18-27
• 1.1 论文的选题背景和意义18-20
• 1.2 水轮发电机组可靠性优化设计的研究现状20-25
• 1.2.1 可靠性研究现状20-22
• 1.2.2 优化设计研究现状22-23
• 1.2.3 可靠性优化设计的研究现状23-25
• 1.3 本文的研究内容25-27
• 第二章 不确定参数对水轮发电机组动态特性的影响27-41
• 2.1 引言27-28
• 2.2 水轮发电机组动力学特性分析28-31
• 2.3 不确定参数对水轮发电机组外激励的影响31-37
• 2.3.1 不确定参数对机组水流激励的影响31-32
• 2.3.2 不确定参数对机组电磁拉力的影响32-35
• 2.3.3 不确定参数对机组机械不平衡力的影响35-36
• 2.3.4 不确定参数对机组导轴承油膜力的影响36-37
• 2.4 不确定参数对水轮发电机组振动特性的影响37-40
• 2.4.1 不确定参数对机组固有频率的影响37-38
• 2.4.2 不确定参数对机组动态响应的影响38-40
• 2.5 本章小结40-41
• 第三章 考虑动刚度和动强度的水轮发电机组动态可靠性模型41-56
• 3.1 引言41-42
• 3.2 水轮发电机组刚度失效模式分析42-45
• 3.2.1 机组主轴系统的动变形42-43
• 3.2.2 机组主轴系统的静变形43-44
• 3.2.3 机组主轴系统的总变形44
• 3.2.4 机组主轴系统的刚度失效模式44-45
• 3.3 水轮发电机组强度失效模式分析45-48
• 3.3.1 机组主轴系统的动应力45-46
• 3.3.2 机组主轴系统的静应力46-47
• 3.3.3 机组主轴系统的总应力47
• 3.3.4 机组主轴系统的强度失效模式47-48
• 3.4 考虑动强度和动刚度的水轮发电机组动态可靠性模型48-55
• 3.4.1 刚度失效模式下水轮发电机组可靠性模型48-52
• 3.4.2 强度失效模式下水轮发电机组可靠性模型52-54
• 3.4.3 刚度和强度失效模式下水轮发电机组可靠性模型54-55
• 3.5 本章小结55-56
• 第四章 水轮发电机组动态可靠性灵敏度分析56-63
• 4.0 引言56
• 4.1 水轮发电机组动态可靠性灵敏度分析56-57
• 4.2 单失效模式下的水轮发电机组可靠性灵敏度57-59
• 4.3 联合失效模式下的水轮发电机组可靠性灵敏度59-62
• 4.5 本章小结62-63
• 第五章 考虑动刚度和动强度的水轮发电机组可靠性优化设计63-69
• 5.1 引言63-64
• 5.2 水轮发电机组综合可靠性优化模型64-65
• 5.2.1 目标函数64
• 5.2.2 约束条件64-65
• 5.2.3 优化模型65
• 5.3 水轮发电机组可靠性优化模型的求解65-68
• 5.3.1 优化模型准则65-66
• 5.3.2 优化模型的求解66-68
• 5.4 本章小结68-69
• 第六章 水轮发电机组可靠性及优化设计实例仿真分析69-82
• 6.1 引言69
• 6.2 水轮发电机组可靠性仿真分析69-74
• 6.3 水轮发电机组优化设计仿真分析74-81
• 6.4 本章小结81-82
• 第七章 全文总结与研究展望82-84
• 7.1 全文总结82-83
• 7.2 研究展望83-84
• 参考文献84-90
• 附录90-94
• 致谢94-95
• 攻读硕士学位期间发表论文及获授权专利情况95

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前7条

1 宋利锋;邱志平;;含模糊-区间变量的结构非概率可靠性优化设计[J];工程力学;2013年06期

2 郭书祥,吕震宙,张陵;基于能度可靠性的结构优化设计方法[J];计算力学学报;2004年01期

3 张艳芳;张艳林;张义民;;基于均值一阶Esscher近似的可靠性优化设计[J];制造业自动化;2012年02期

4 郭书祥,吕震宙;结构可靠性分析的概率和非概率混合模型[J];机械强度;2002年04期

5 苏长青;张义民;杜劲松;;具有相关失效模式转子系统的频率可靠性研究[J];机械工程学报;2012年06期

6 邱家俊,蔡赣华,贾武同;大型水轮发电机组弹性轴系由电磁参数激发的弯扭耦合振动的研究[J];机械工程学报;1998年06期

7 蔡永芳;;月牙崖水电站水轮机优化设计[J];小水电;2009年06期

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1 朱丽莎;某多跨转子系统可靠性灵敏度分析[D];东北大学;2009年

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本文编号：389273