水力机组轴系振动特性研究及其对厂房振动的关联分析

发布时间：2017-08-01 18:13

  本文关键词：水力机组轴系振动特性研究及其对厂房振动的关联分析

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【摘要】：随着水电站建设的快速发展,机组容量和尺寸越来越大,相对刚度弱振动大,机组振动及其诱发的水电站厂房结构振动问题日益突出,成为目前研究的热点和难点。目前水电站机组及厂房结构在电磁、水力、机械三类振源耦合,机组-厂房之间的耦合振动特性等方面的研究尚显不足。在机组振源中,电磁因素中的不均匀磁拉力的影响最大。本文建立了包括轴系暂态模型在内的水力发电机组整体模型,模拟机组实际运行条件。研究电磁因素和电磁-机械耦合因素对水力发电机组轴系振动的影响,通过Prony算法和频谱分析提取水力机组轴系振荡特性,分析电磁因素和电磁-机械耦合因素特性变化与轴系振动特征之间的耦合机制,探索水力发电机组运行控制与水电站厂房振动的关联特性。通过收集分析厂房振动研究的成果发现,机组轴系振动和厂房振动在某些频率段存在共振现象,特别是在低频区,机组轴系与厂房低阶自振频率多个频率非常接近,很有可能产生共振。研究成果为水电站厂房、水轮发电机组的抗振设计提供理论参考。本论文的主要工作如下：(1)构建水力发电机组整体模型,模拟机组运行条件。模型的主要构成有：弹性水击单机单管水力系统模型和IEEE Working Group系统模型；发电机采用单机无穷大三阶模型；控制系统采用典型的并联PID调速器和PI励磁控制器模型；水力发电机组轴系振动暂态模型。(2)本文采用了两种振荡特性提取方法—Prony算法和频谱分析方法。利用这两种方法提取机组轴系振动特性和特征,获取水力发电机轴系振动与厂房耦合振动特性分析的基础数据。(3)分析电磁因素对水力发电机组轴系振动的影响,主要研究不均匀磁拉力对水力发电机轴系振动特性的影响。从不平衡磁拉力不同幅值和频率、轴系结构特征系数等方面来分析。并用Prony方法和频谱分析提取轴系振荡特性,进而研究不平衡磁拉力特性变化与轴系振动特征之间的耦合机制,为改善轴系振动提供依据。(4)分析电磁-机械耦合因素对水力发电机轴系振动的影响,主要研究不均匀磁拉力不同幅值和频率、转子质量偏心和转轮质量偏心对水力机组轴系振动的影响。并用Prony方法和频谱分析提取轴系振荡特性,研究电磁-机械耦合特性变化与轴系振动特征之间的耦合机制,为改善轴系振动提供依据。(5)收集整理水电站厂房振动的研究成果,分析厂房振动的主要特性和特征。对比分析厂房振动特性与机组轴系振动特性,研究水力机组振动与水电站厂房振动之间的关联特性,探索水力发电机组轴系振动特性和运行控制对水电站厂房振动的影响,为水电站厂房、水轮发电机组的抗振设计提供理论参考。
【关键词】：水力发电机组 轴系振动 Prony算法 频谱分析 厂房振动
【学位授予单位】：昆明理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TV312;TV734
【目录】：

• 摘要6-8
• abstract8-14
• 第一章 绪论14-22
• 1.1 课题来源14
• 1.2 研究背景以及意义14-15
• 1.3 国内外研究现状15-20
• 1.3.1 水电站厂房振动研究现状15-16
• 1.3.2 轴系振动研究现状16-17
• 1.3.3 机组与厂房结构的耦联振动研究17-20
• 1.4 本文主要内容20-22
• 第二章 水力发电机组模型及模拟运行平台22-31
• 2.1 机组运行模拟平台22
• 2.2 水力系统的一般描述22-25
• 2.3 水力系统模型统一形式25-26
• 2.4 水轮机力矩计算模型26-27
• 2.5 发电机模型27-28
• 2.6 控制系统模型28-29
• 2.6.1 典型PID调速器28
• 2.6.2 励磁控制器28-29
• 2.7 水力机组轴系振动暂态模型29-31
• 第三章 振荡特征提取方法31-37
• 3.1 Prony基本算法31-34
• 3.1.1 拟合精度的衡量32-33
• 3.1.2 Prony方法拟合33-34
• 3.2 频谱分析基本算法34-37
• 3.2.1 频谱分析35-37
• 第四章 电磁因素对水力发电机组轴系振动的影响37-74
• 4.1 水力发电机组振源分析-电磁因素37-38
• 4.2 理想情况下水力发电机组轴系振动分析38-43
• 4.2.1 Prony分析结果与仿真结果的对比40-41
• 4.2.2 频谱分析41-42
• 4.2.3 频率成分42-43
• 4.3 附加外力对水力发电机组轴系的振动分析43-56
• 4.3.1 附加外力一定幅值和频率对轴系振动的影响43-48
• 4.3.2 附加外力不同幅值对轴系振动的影响48-50
• 4.3.3 附加外力不同频率对轴系振动的影响50-52
• 4.3.4 附加外力不同频率和幅值对轴系振动的影响52-54
• 4.3.5 频率对附加外力的敏感度54-56
• 4.4 轴系结构特征系数对轴系振动的影响56-71
• 4.4.1 导轴承刚度对轴系振动的影响56-60
• 4.4.2 水导轴承刚度对轴系振动的影响60-63
• 4.4.3 发电机转子阻尼系数对轴系振动的影响63-67
• 4.4.4 水轮机转轮阻尼系数对轴系振动的影响67-70
• 4.4.5 频率成分对附加外力的敏感度70-71
• 4.5 本章小结71-74
• 第五章 不平衡磁拉力和机组质量偏心对轴系振动的影响74-100
• 5.1 概述74-75
• 5.2 转子质量偏心和不平衡磁拉力对轴系振动的影响75-87
• 5.2.1 不同工况下,不平衡磁拉力相同频率和振幅75-81
• 5.2.2 相同工况和振幅,不同频率81-84
• 5.2.3 相同工况和频率,不同幅值84-86
• 5.2.4 频率成分对附加外力和转子质量偏心的敏感度86-87
• 5.3 转轮质量偏心对轴系振动的影响87-99
• 5.3.1 不同工况下,相同频率和振幅87-93
• 5.3.2 相同工况和振幅下,不同频率93-95
• 5.3.3 相同工况和频率下,不同振幅95-98
• 5.3.4 频率成分对附加外力和转轮质量偏心的敏感度98-99
• 5.4 本章小结99-100
• 第六章 水力发电机组轴系振动对厂房振动的影响100-116
• 6.1 引言100
• 6.2 水力发电机组振动对厂房振动的影响100-110
• 6.3 厂房结构振动特性110-115
• 6.4 本章小结115-116
• 第七章 结论与展望116-118
• 7.1 结论116-117
• 7.2 研究展望117-118
• 致谢118-119
• 参考文献119-124
• 附录A124

【参考文献】

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本文编号：605528