一种水轮发电机组轴系振动预测分析方法技术

本发明专利技术公开了一种水轮发电机组轴系振动的预测分析方法，针对轴系振动诱发机组振动、进而影响机组安全的难题，建立有限元计算模型，选取合适的研究方法和计算流程，分析机组轴系结构的动力特性，将获得的轴系结构的机械振动和转速等信号指标与机组额定转速、飞逸转速与各阶临界转速进行比对分析，预测机组发生共振的可能性，更进一步地，立足于水轮发电机组轴系结构设计及运行工况对轴系自振特性的影响，通过优化轴系刚度和质量密度分布等轴系结构设计指标，降低水轮发电机组发生共振的频次和强度，最大限度地提升机组安全稳定运行水平。平。平。

【技术实现步骤摘要】
一种水轮发电机组轴系振动预测分析方法


[0001]本专利技术涉及水轮发电机组振动的预测领域，具体涉及一种水轮发电机组轴 系振动预测分析方法。

技术介绍

[0002]目前，随着水轮发电机组单机容量和运行水头的不断提高，机组的安全稳 定性问题也日益突出，而振动又是影响机组稳定运行的重要因素之一，过大的 振动不仅会导致材料的疲劳损坏，缩短设备的寿命，造成机组无法正常运行， 严重时可能会引起机组损毁事故，造成重大的经济损失。多出水电站机组都出 现了不同程度的振动问题，有的因振动致使转轮叶片出现裂纹，尾水管壁撕裂， 有的引起零部件或焊缝的疲劳，形成并扩大裂缝直至断裂等，有的甚至引起厂 房及相邻水工建筑物发生共振，危及电站的安全稳定运行。因此，对机组振动 现象的分析与控制是水电站设计与建设中必须要考虑的因素。水轮发电机组在 实际运行中都会存在一定的振动，对振动问题的研究历来受到学术界和工程界 的高度重视。由于水轮发电机组工作性质的特殊性，机组振动原因较其它动力 机械也要复杂得多，除了要考虑机械原因引起的振动外，还要考虑流体的动水 压力以及电磁力对机组振动的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种水轮发电机组轴系振动的预测分析方法，其特征在于，包括如下步骤：S1、依据水电站工程的实际设计尺寸，分别建立转轮、水轮机主轴和发电机转子的实体几何模型，并对其进行装配，构成水轮发电机轴系实体几何模型；S2、对步骤S1装配后的水轮发电机轴系几何模型进行有限元离散化，通过定义材料参数并划分网格，得到水轮发电机组轴系的有限元模型；S3、对步骤S2得到的水轮发动机轴系有限元模型进行前处理，根据机组运行时的实际工况和受力情况，加载载荷并定义边界条件；S4、对步骤S3前处理后的模型进行模态分析计算，首先选择合适的模态提取方法和提取的阶数，然后迭代计算特征值和特征向量，并实时判断是否收敛，若是则结束计算，转入S5；若否则继续计算特征值和特征向量直至其收敛；S5、对步骤S4的计算结果进行后处理，选取前几阶振型进行计算，同时输出各阶固有频率，通过绘制坎贝尔图，得到前几阶临界转速。S6、对步骤S5后处理后的结果进行分析，并判断机组各运行工况的转频是否偏离轴系临界转速一定安全阈值范围，若是则结束流程，说明机组以转频运行的共振风险低；若否则返回步骤S2，对轴系结构进行优化设计。2.根据权利要求1所述的一种水轮发电机组轴系振动的预测分析方法，其特征在于，所述S2中用于水轮发电机组轴系有限元计算的运动方程可表示为：若为自由振动，则可表示为：若为谐运动，则可表示为：([K]
‑
ω2[Ml){g}＝0其中，[M]为结构质量矩阵，[C]为结构阻尼矩阵，[K]为结构刚度矩阵，{F}为随时间变化的载荷函数，{x}为节点位移矢量，为节点速度矢量，为节点加速度矢量，{g}为振动系统的振幅向量，t为时间，ω
i2
为特征值，{x}

【专利技术属性】
技术研发人员：尚毅梓，王武昌，李晓飞，尚领，刘志武，龚家国，冶运涛，
申请(专利权)人：中国水利水电科学研究院，
类型：发明
国别省市：