葉片式流體機械動力學分析及應用

目錄
第0章 緒論 1
0.1 葉片式流體機械的特點與動力學問題 1
0.2 葉片式流體機械動力學的主要研究內(nèi)容 6
0.3 葉片式流體機械動力學的研究方法 10
0.4 葉片式流體機械動力學的研究現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢 12
參考文獻 14
第1章 葉片式流體機械結(jié)構(gòu)動力學分析基礎 15
1.1 葉片式流體機械承受的主要載荷與結(jié)構(gòu)振動響應 15
1.2 葉片式流體機械結(jié)構(gòu)振動的分類 16
1.3 結(jié)構(gòu)振動的力學模型 18
1.3.1 單自由度系統(tǒng)振動的力學模型 19
1.3.2 多自由度系統(tǒng)振動的力學模型 25
1.4 振動數(shù)據(jù)處理與分析方法 29
1.4.1 振動數(shù)據(jù)的分類及一般分析方法 29
1.4.2 穩(wěn)態(tài)振動數(shù)據(jù)的分析方法 31
1.4.3 變工況運行時的振動分析方法 36
參考文獻 39
第2章 葉片式流體機械的振動特征 40
2.1 葉片式流體機械運行中的主要激振力 40
2.2 流體誘發(fā)的振動特征 41
2.2.1 流體的脈動壓力等引起的振動 42
2.2.2 間隙流動不均等引起的振動 45
2.2.3 葉片式氣體機械的氣流激振 47
2.3 機械和結(jié)構(gòu)引起的振動特征 50
2.3.1 主軸彎曲不直或有撓度 50
2.3.2 機組轉(zhuǎn)動部件的質(zhì)量不平衡 51
2.3.3 機組轉(zhuǎn)動部件與靜止部件的碰摩 52
2.3.4 支撐系統(tǒng)剛度不足引起的振動 52
2.3.5 導軸承軸瓦間隙大 53
2.3.6 推力軸承的推力頭松動和推力瓦不平 53
2.4 其他原因引起的振動 54
2.4.1 電磁原因引起的振動 54
2.4.2 轉(zhuǎn)子熱變形引起的振動 55
參考文獻 56
第3章 葉片流體機械的流固耦合動力學分析 57
3.1 葉片式流體機械的流固耦合動力學分析模型 57
3.1.1 流體動力學控制方程 57
3.1.2 流固耦合動力學控制方程 60
3.2 流固耦合分析的實現(xiàn)方法 62
3.3 水輪機中的流固耦合動力學分析實例 65
3.3.1 針對給定工況的葉輪流固耦合動力學分析 66
3.3.2 水輪機啟動過程的流固耦合動力學分析 71
參考文獻 74
第4章 葉片流體機械的結(jié)構(gòu)動力學分析 75
4.1 結(jié)構(gòu)動力學的有限元分析方法 75
4.1.1 結(jié)構(gòu)運動方程的有限元模型 75
4.1.2 模態(tài)分析的有限元方程 77
4.1.3 模態(tài)分析特征值的求解方法 78
4.2 混流式水輪機葉輪的模態(tài)分析實例 79
4.2.1 模態(tài)的數(shù)值計算分析 79
4.2.2 模態(tài)的實驗分析 80
4.3 水泵水輪機葉輪的模態(tài)及振動分析實例 83
4.4 軸流式水輪機固定導葉因卡門渦引起的振動分析實例 86
4.5 軸封式核主泵的地震響應譜分析實例 87
4.5.1 反應譜理論 87
4.5.2 軸封式核主泵機組建模 88
4.5.3 核主泵機組的模態(tài)分析 89
4.5.4 核主泵機組的地震譜響應分析 90
參考文獻 94
第5章 葉片式流體動力機械的轉(zhuǎn)子支撐系統(tǒng)動力學分析 95
5.1 轉(zhuǎn)子支撐系統(tǒng)的動力特性分析理論與方法 95
5.1.1 雷諾方程及其求解 95
5.1.2 導軸承及密封的液膜動力特性分析模型 101
5.1.3 推力軸承及基座的動力特性分析模型 107
5.1.4 軸承動力特性計算分析軟件簡介 108
5.2 導軸承動力特性計算分析實例 109
5.2.1 水導軸承 110
5.2.2 上、下導軸承 110
5.3 密封動力特性計算實例 115
5.3.1 定子與轉(zhuǎn)子間的密封形式 115
5.3.2 直通形迷宮密封分析模型 116
5.3.3 各影響因素對密封動力特性的影響分析 117
參考文獻 120
第6章 葉片式流體機械的轉(zhuǎn)子動力學分析 123
6.1 轉(zhuǎn)子動力學的研究內(nèi)容與發(fā)展 123
6.2 轉(zhuǎn)子動力學計算分析模型 124
6.3 轉(zhuǎn)子動力學計算分析方法 125
6.3.1 傳遞矩陣法簡介 126
6.3.2 有限元法簡介 132
6.4 水輪發(fā)電機組轉(zhuǎn)子動力學計算分析實例 136
6.4.1 機組主要參數(shù)及分析工況 136
6.4.2 機組轉(zhuǎn)動部件的幾何建模及有限元網(wǎng)格 137
6.4.3 數(shù)值計算分析中的約束、載荷施加 138
6.4.4 機組的轉(zhuǎn)子動力學計算分析 143
6.5 汽輪機組的軸系動力學計算分析實例 150
參考文獻 158
第7章 葉片式水力機械的水壓力脈動與水力振動 160
7.1 葉片式水力機械的水壓力脈動特征 160
7.2 水壓力脈動特征與運行工況關系 163
7.3 尾水管中渦帶引起酌低頻壓力脈動 164
7.3.1 水輪機尾水管中的渦帶 164
7.3.2 尾水管渦帶引起的壓力脈動 166
7.3.3 尾水管中渦帶的數(shù)值模擬及壓力脈動預測 169
7.4 水輪機葉輪中葉道渦引起的壓力脈動 170
7.4.1 葉道渦的特點 170
7.4.2 葉道渦的數(shù)值模擬分析 171
7.5 葉片式水力機械中的動靜干涉引起的壓力脈動 172
7.5.1 動靜葉柵干涉引起的壓力脈動 172
7.5.2 葉輪流道幾何不對稱引起的壓力脈動 174
7.5.3 殼體流道的不均勻流場引起的壓力脈動 175
7.5.4 動靜葉柵干涉引起的壓力脈動數(shù)值模擬 177
7.6 馮 卡門渦列引起的壓力脈動 180
7.6.1 馮 卡門渦列產(chǎn)生及引起的壓力脈動特點 180
7.6.2 受馮 卡門渦影響的水力機械過流部件 180
7.6.3 葉片式水力機械中卡門渦流動數(shù)值模擬 182
7.7 間隙流動不均等引起的水力振動 183
7.7.1 葉輪密封導致的失穩(wěn) 184
7.7.2 上冠/下環(huán)側(cè)腔的影響 185
7.8 壓力管道系統(tǒng)引起的水力振動 185
參考文獻 188
第8章 葉片式流體機械的振動狀態(tài)監(jiān)測與分析 191
8.1 葉片式流體機械振動狀態(tài)監(jiān)測儀器與分析系統(tǒng) 191
8.1.1 流體機械振動監(jiān)測的一般要求及監(jiān)測方法 191
8.1.2 振動監(jiān)測系統(tǒng)的構(gòu)成 193
8.1.3 振動監(jiān)測方式 199
8.2 某貫流式水電機組轉(zhuǎn)動部件的振動離線監(jiān)測分析 201
8.2.1 測點布置及試驗工況 201
8.2.2 機組的振動測試結(jié)果及分析 202
8.2.3 機組離線振動測試分析結(jié)論 207
8.3 某軸流式水電機組轉(zhuǎn)動部件的振動在線監(jiān)測分析 207
8.3.1 某電廠及其在線監(jiān)測系統(tǒng)概況 207
8.3.2 水電機組的振動穩(wěn)定性在線監(jiān)測系統(tǒng) 208
8.3.3 部分工況的在線振動監(jiān)測分析 210
參考文獻 214
第9章 基于軸系動力學仿真的水電機組振動分析系統(tǒng)及應用 215
9.1 基于仿真模型的故障診斷及設備健康狀態(tài)評價 215
9.1.1 基于仿真模型的故障診斷方法 216
9.1.2 基于仿真模型的設備健康狀態(tài)評價方法 216
9.2 水電機組振動仿真分析系統(tǒng)的建立 217
9.2.1 振動仿真分析系統(tǒng)的構(gòu)成 217
9.2.2 軸系動力學模型的建立 220
9.2.3 基于軸系仿真模型的水電機組振動仿真分析系統(tǒng) 229
9.3 基于軸系仿真模型的水電機組振動分析系統(tǒng)的應用 232
9.3.1 考察和分析工況變化對軸系振動特性的影響 232
9.3.2 模擬實際振動試驗 234
9.3.3 仿真水力不平衡對機組振動特性的影響 238
參考文獻 241