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大型汽轮发电机定子端部绕组的电磁固体振动问题研究

作　者: 胡宇达
导　师: 邱家俊
学　校: 天津大学
专　业: 一般力学与力学基础
关键词: 汽轮发电机定子端部绕组振动 电磁固体效应主共振 复合材料力学多尺度法有限元法
分类号: O327
类　型: 博士论文
年　份: 2003年
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内容摘要


大型汽轮发电机定子端部绕组及其结构的安全性与可靠性直接影响着整 个机组和电网的工作状况而电磁力激发下绕组结构的振动是导致端部事故的 主要原因因此 对定子端部绕组的振动问题进行研究以便为工程实际提供 更加合理的设计方案具有非常重要的意义本文正是以此为出发点针对二 十万千瓦大型汽轮发电机的工程背景开展了研究工作所得结论可为实际问题 的解决提供理论依据研究内容概括为以下五部分 1 将端部绕组电流密度进行富氏展开后运用分离变量法对麦克斯韦电磁 场方程进行了求解得到了定子端部绕组区域的磁感应强度和绕组所受电磁力 的表达式从而为进一步研究电磁力激发下绕组的振动问题奠定了基础通过 给出的数值计算结果展示了电磁量的变化规律及最大电磁力发生的位置 2 首次应用电磁固体动力学理论考虑变形场和电磁场的影响因素建立 了研究定子端部绕组复杂振动现象的分析模型得到了电磁力与摩擦力共同作 用下绕组的非线性磁固体振动方程以及电磁力作用下绕组的双向磁固耦合振 动方程 3 运用多尺度法对绕组的单自由度和两自由度主共振问题进行了求解得 到了幅频响应方程并对定常解的稳定性和分岔奇异性等问题进行了分析通 过给出的数值计算结果得到了描述系统复杂动力学现象的新规律并分析了 电流值摩擦参数等对解的多值性跳跃现象以及系统的周期运动锁相等非 线性动力学行为的影响阐述了共振发生时的危害性另外 通过对绕组双向磁固耦合振动问题进行分析求解给出了组合共振发生时的稳定性条件研究 方法可为多因素作用下构件的复杂动力学问题分析提供借鉴 4 首次在复合材料理论的基础上通过叠层复合材料加筋圆锥壳模型的建 立 对电磁力激发下定子端部绕组整体的电磁固体振动问题进行了研究得到 了绕组整体所受电磁力及有关弹性常数的表达式从而为发电机复杂振动问题 的研究提供了理想的分析模型利用伽辽金积分法及振型的正交性分别得到 了固有振动问题的广义特征值方程和电磁力激发下的动力响应控制方程并通 过数值算例指出了支架数目及电流值对振动特性的影响 5 在弹性曲梁理论的基础上首次建立了定子端区汇水管的磁固耦合振动 方程 推得了方程中电磁力的计算式通过采用解析法和有限元方法进行计算 指出了不同约束条件对汇水管固有振动特性的影响此外 采用有限元方法对不同工况下鼻端空心引水线的固有振动问题进行了计算分析提出了避免共振 现象发生的条件 4 <WP=5>

全文目录


第一章 绪论  10-21
  1．1 课题研究的意义与工程背景  10-12
  1．2 发电机定子端区电磁特性与绕组动力学问题研究概述  12-16
  1．3 电磁固体动力学及应用  16-19
  1．4 选题的总体思想和理论根据  19
  1．5 本文的研究内容与目的  19-21
第二章 定子端部绕组域的磁场分布与电磁力  21-41
  2．1 引言  21-23
  2．2 端部绕组电流密度的富氏展开  23-27
  2．3 端部绕组区域内的磁场分布  27-29
  2．4 端部绕组所受电磁力的计算式  29-34
  2．5 数值算例  34-40
  2．6 本章小结  40-41
第三章 定子端部绕组的非线性磁固体振动问题研究  41-77
  3．1 引言  41-42
  3．2 电磁力与摩擦力作用下绕组的单自由度主共振  42-53
  3．3 电磁力与摩擦力作用下绕组的双自由度主内共振  53-69
  3．4 定子端部绕组的双向磁固耦合振动  69-76
  3．5 本章小结  76-77
第四章 定子端部绕组整体振动问题研究  77-105
  4．1 引言  77-78
  4．2 叠层复合材料加筋圆锥壳模型的建立  78-84
  4．3 定子端部绕组锥壳模型中弹性常数的确定  84-89
  4．4 定子端部绕组整体结构的固有振动  89-96
  4．5 定子端部绕组整体结构的电磁振动  96-104
  4．6 本章小结  104-105
第五章 定子端区汇水管及绕组鼻端引水线振动问题研究  105-120
  5．1 引言  105-106
  5．2 平面圆形汇水管的磁弹性耦合振动方程  106-112
  5．3 端区汇水管固有振动的解析解与有限元分析  112-115
  5．4 绕组鼻端引水线固有振动的有限元分析  115-119
  5．5 本章小结  119-120
第六章 全文总结与展望  120-122
参考文献  122-131
附录  131-135
致谢  135

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中图分类: > 数理科学和化学 > 力学 > 振动理论 > 结构振动
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