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基于Hamilton原理的转子—汽封—轴承系统非线性动力学问题研究

作　者: 杨懿
导　师: 盛德仁
学　校: 浙江大学
专　业: 热能工程
关键词: 转子-汽封-轴承系统非线性稳定性 Hamilton原理分岔混沌
分类号: TH113
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
下　载: 54次
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内容摘要

汽轮发电机组是电力大系统中的原动机和能源生产的重要环节,随着科学技术的进步,汽轮发电机组的容量和运行参数不断的提高,汽轮机向着多跨度、重载荷的方向发展,汽轮机转子结构变得更加复杂,众多非线性因素成为了危及机组安全运行的隐患,人们也对机组的可靠性、安全性和稳定性提出了更高的要求。近年来,为了提高能源利用率,我国超超临界汽轮机组和大型核电汽轮机组迅速增多,汽流激振问题也越来越被重视。为了确保机组运行安全,国内外对汽封结构的改进也采取了不少措施,但有效的理论研究和指导尚为欠缺。由于大多转子动力学方面的研究对于非线性激励的作用考虑不全面,具有一定的局限性。本文在熟悉汽轮机组结构及分析汽流激振引发的事故原因基础上,构建了一个单盘单跨的简单的汽轮机转子模型,在计及转子的弯曲效应、剪切效应以及偏心等因素的同时,综合考虑非线性汽封力、非线性轴承油膜力的综合作用,应用Hamilton原理,并结合有限元方法,推导了转子-汽封-轴承系统的非线性动力学模型。通过数值分析,求得系统的周期响应,根据系统的分岔图、时间历程图、Poincare映射图、频谱图、相位轨迹图等,分析比较了系统在是否考虑汽封力作用下的非线性动力学特性,研究了转速、汽封结构参数、蒸汽参数对系统响应的影响。本文在建模过程中考虑了多种非线性因素的联合作用,更接近汽轮机组的实际运行状况,具有较好的代表性,为消除汽流激振和提高系统稳定性的研究提供了良好的理论基础。

全文目录

摘要  4-5
ABSTRACT  5-9
第1章绪论  9-15
  1.1 课题研究目的和意义  9-10
  1.2 国内外研究发展状况  10-14
  1.3 本文主要研究内容  14-15
第2章转子-汽封-轴承系统非线性动力学理论基础  15-26
  2.1 非线性汽封力及其模型  15-18
    2.1.1 Thomas-Alford模型  15
    2.1.2 Black-Childs模型  15-17
    2.1.3 Muszynska模型  17-18
  2.2 非线性轴承油膜力及其模型  18-21
    2.2.1 无量纲短轴承非稳态油膜力模型  18-20
    2.2.2 Capone圆轴承非线性油膜力模型  20-21
  2.3 非线性动力学理论基础  21-25
    2.3.1 动力学系统的基本概念  21-22
    2.3.2 分岔的基本概念  22
    2.3.3 Poincare映射  22-24
    2.3.4 混沌运动  24-25
  2.4 本章小结  25-26
第3章转子-汽封-轴承系统建模  26-34
  3.1 Hamilton原理  26-27
    3.1.1 完整系统在广义坐标下的Hamilton原理  26
    3.1.2 用Hamilton原理推导完整保守的Lagrange方程  26-27
    3.1.3 一般完整系统的Hamilton原理  27
  3.2 系统能量方程  27-29
  3.3 有限元方法的应用  29-31
  3.4 系统运动微分方程的建立及其无量纲化  31-33
  3.5 本章小结  33-34
第4章转子-汽封-轴承系统非线性动力学行为数值分析  34-73
  4.1 数值计算方法  34
  4.2 转速对系统动力学行为的影响  34-52
  4.3 其他参数对系统动力学行为的影响  52-61
    4.3.1 汽封间隙对系统动力学行为的影响  52-54
    4.3.2 汽封长度对系统动力学行为的影响  54-56
    4.3.3 汽封压降对系统动力学行为的影响  56-58
    4.3.4 圆盘偏心距对系统动力学行为的影响  58-61
  4.4 不考虑汽封力情况下转速对系统动力学行为的影响  61-72
  4.6 本章小结  72-73
第5章总结与展望  73-75
  5.1 总结  73-74
  5.2 展望  74-75
参考文献  75-80
攻读硕士学位期间参与科研工作和发表学术论文情况  80-81
致谢  81

基于Hamilton原理的转子—汽封—轴承系统非线性动力学问题研究

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