水轮发电机组轴系动力特性分析及轴线精度检测方法研究

【摘要】：现代水电工业中的关键设备水轮发电机组正向着大型化、复杂化、高速化、大功率方向发展，机组结构日趋复杂，集成化程度越来越高，不同部件之间的相互联系、耦合也更加紧密，这就给机组的管理、维护、监测、诊断工作提出了更高要求。其中的机组振动和稳定性问题已经引起电力与机组制造行业的普遍关注，是水电行业亟待解决的关键课题。作为一种特殊的旋转机械，水轮发电机组的工作介质为水，由于其工况的特殊性，其振动特性与一般动力机械相比存在较大差异，因此针对水力机组而展开的相关研究，具有较高的理论和工程应用价值。 本文针对实际机组，通过建立机组动力学模型，深入研究了大型水力机组轴系的横向动力特性、振动信号提取以及为减小机组轴系横向振动、保证机组稳定运行，在机组装调中高精度直线测量基准的实现方法。论文的主要内容如下： 1、水轮发电机组自振特性的研究。提出了水轮发电机组大尺寸轴系轴段划分长度的计算方法；根据立式机组的布局特点，分析了导轴承轴颈中心运动轨迹的特征，指出了卧式滑动轴承设计理论的不适用性，确立了立式机组油膜力计算模型的适用理论方法，计算了在该模型条件下导轴承刚度与偏心率之间的关系，分析了导轴承刚度变化对轴系横向振动的三阶临界转速和模态振型的影响，给出了三个导轴承在安装、调整时应达到的刚度取值；计算分析了不平衡电磁拉力所提供的负刚度对机组临界转速的影响。 2、水轮发电机组轴系横向动力特性的研究。通过对导轴承油膜力、发电机电磁拉力、不同结构形式密封中产生的径向推力的理论分析，建立了具有局部非线性特征的机组轴系动力学模型。提出了一种基于Wilson-θ法的预估-校正格式的非线性动力响应的无条件稳定迭代方法，提高了收敛速度。采用Wilson-θ法和Riccati传递矩阵法对实际水轮发电机组轴系动态响应进行了计算分析。