多振源耦合激励下水轮发电机组轴系统与厂房结构相互作用研究

With the construction and operation of many huge hydro-power stations, people pay more and more attention to the vibration problem of water turbine generator set and powerhouse. However, the theory research and engineering parctice are lagging relatively. The water turbine generator set shaft system is supported by journal and thrust bearings and powerhouse structures. Duo to the coupling effect of the hydraulic, eletro-magnetic and mechanical vibration resources, the whole coupling system dynamics are very complex. The dynamics theory, mathematics methods, and vibration control have become a difficulty in this research field at present.This research constructs interaction model of water turbine generator set shaft system and powerhouse structures. Study the appropriate method for hydroelectric unit journal bearing oil film dynamic characteristic analysis. Reveals the coupling mechamism of hydraulic,eletro-magnetic and mechanical vibration resources through theory analysis,simulation and expriment.Investigate solving method of non-linear dynamic response of the unit and powerhouse structures under the mutiply vibration resource coupling effect.The shaft system multiply demensions coupling vibration characteristic was presented. The multiply vibration resources coupling excitation method on the powerhouse is studied. The parameter sensitivity were discussed about vibration resources,structures and boundary conditions. The analysis model and conclusions provide theory support and simulation methods for the generator set and powerhouse structures dynamic design, optimal operation and vibration control.

随着水电站的大型化和运行条件的复杂化，机组和厂房的振动问题日益突出，而理论研究和工程实践相对滞后。水轮发电机组及厂房支承结构在水力、机械及电磁等多振源耦合作用下，动力相互作用问题十分复杂，其动力学理论、数学方法及振动预测控制成为该研究领域的难点之一。本课题在探讨适合水电机组轴承受力及支承特点的油膜特性分析方法基础上，重点建立多振源耦合作用下的机组及厂房结构相互作用模型，通过多场耦合理论分析、数值计算及真机振动试验相结合方法，揭示水力、机械、电磁多振源耦合作用机理及与机组厂房非线性动力响应的耦合求解方法，研究机组在轴承机架厂房复杂支承下的多维耦合振动特征，明确厂房多振源耦合激励的输入模式、振动反应特征，揭示振源、结构、支承等参数扰动与机组及厂房结构的非线性动力行为表现的内在关系。为机组和厂房的联合动态分析、控制与设计、优化运行提供合理可靠的理论基础、分析模型与研究方法。

水轮发电机组及厂房支承结构在水力、机械及电磁等多振源耦合作用下，动力相互作用问题十分复杂，其动力学理论、数学方法及振动控制成为该研究领域的难点之一。本项目围绕水轮发电机组及厂房支承结构动力相互作用问题开展研究，探讨适合水电机组轴承受力及支承特点的油膜特性分析方法，建立多振源耦合作用下的机组及厂房结构相互作用分析模型。首先，分析了水力、机械和电磁振源相互耦合激发放大的机理及影响因素，研究振源耦合对水电机组轴系统及厂房结构的影响，提出了避免水电机组轴系统水力、电磁参数耦合共振、发电机定、转子碰摩的关键控制因素。其次，基于CFD数值模拟，分析了水力振源特性和合理施加方法，探讨厂房结构多振源耦合激励的输入模式、振动反应特征及规律，揭示振源、结构、支承等参数扰动与机组及厂房结构的非线性动力行为表现的内在关系。然后，基于振动测试数据开展了轴承油膜动特性参数识别、机组轴系统动荷载识别、厂房结构振动响应预测等智能识别算法的相关研究，提出了改进算法，编制了程序，得到了较好的识别结果。最后，还对厂房结构的阻尼系数确定方法、静-动力统一边界条件等相关问题进行了关注和探讨。本项目研究揭示了水力、机械和电磁多振源耦合作用机理，建立了较为符合实际的机组和厂房相互作用分析模型，为机组和厂房联合动态分析、控制与设计、优化运行提供了有效的研究方法和技术手段，具有较重要的科学意义和工程应用价值。