水轮发电机组轴系统多振源耦合振动数值模拟

随着我国大批巨型水电站的建设和运行，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。水轮发电机组在轴承及厂房结构支承下与流动水体相互作用，加之电磁、机械振源的耦合作用，整个系统的动力学问题十分复杂，其动力学理论、数学方法及振动预测控制成为目前该研究领域的难点之一。本课题重点建立流固耦合系统的动力学分析模型，探讨以水力脉动为主的多振源耦合作用对机组轴系统的影响，包括固有振动特性、振动反应和稳定性等。项目研究的整体思路是，通过流固耦合等数学模型构建方法，进行水轮机全流道湍流数值计算，得到流道脉动压力的精确模拟，研究以水力脉动为主的多振源作用下的机组轴系统多维振动特性，包括水轮发电机组流道水体与机组轴系统的动力学相互作用机理和机组由多振源引起的各向振动的耦合及解耦，为机组动力分析、优化运行、振动控制预测等提供理论基础和数值方法。

水轮发电机组在轴承及厂房结构支承下与流动水体相互作用，加之电磁、机械振源的耦合作用，整个系统的动力学问题十分复杂。本项目的主要内容是建立耦合系统动力学分析模型，探讨以水力脉动为主的多振源耦合作用对轴系振动的影响等。建立了表征导轴承和推力轴承动力特性系数分别随轴心位移和转子倾斜参数非线性变化的数学模型，考虑轴承非线性特性研究了机组横纵耦合振动特性；研究了电磁振源与水力密封振源耦合作用对机组轴系振动稳定性影响，进行了耦合系统中，电磁、水力、机械各种参数对稳定性的敏感性分析；通过水机电耦联轴系扭转振动分析，得到了了水流力矩、电磁力矩与机组轴系扭转振动和电网功率摆动之间的参数耦合关系；采用优化的遗传识别方法，根据实测振动数据信号，进行了机组轴系动特性参数识别；考虑电磁振源与轴承弹性支承耦合作用下，理清了电磁刚度、轴承集中刚度和阻尼、陀螺力矩及转动惯量等对转子轴承系统弯扭耦合振动的影响。研究成果可为机组动力分析、优化运行、振动控制预测等提供理论基础和数值方法。