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1 绪论1

1.1 水轮发电机组振动的工程背景及研究意义1

1.2 非线性转子动力学研究概况3

1.2.1 转子-轴承系统研究4

1.2.2 密封系统研究6

1.2.3 故障转子系统研究7

1.3 水轮发电机组振动研究9

1.3.1 临界转速10

1.3.2 机械因素10

1.3.3 电磁因素11

1.3.4 水力因素12

1.3.5 水-机-电耦合因素13

1.3.6 机组-厂房耦联振动14

1.4 本书主要研究内容15

2 转子-轴承-密封系统数学模型及其分析方法17

2.1 引言17

2.2 转子非线性动力系统的一般数学表述17

2.3 非线性动力系统的基本理论18

2.3.1 非线性系统的特点18

2.3.2 稳定性理论及分岔的基本概念19

2.4 常微分方程的数值求解方法21

2.5 非线性外激励数学模型22

2.5.1 碰摩模型22

2.5.2 非线性油膜力模型22

2.5.3 密封力模型25

2.5.4 不平衡磁拉力模型28

2.6 非线性特征的分析方法30

2.6.1 时域方法30

2.6.2 频域方法30

2.6.3 轴心轨迹31

2.6.4 Poincaré映射31

2.6.5 分岔图32

2.6.6 Lyapunov指数33

3 水轮发电机组主轴系统非线性动力特性分析34

3.1 引言34

3.2 机组轴系统动力学模型35

3.3 机组轴系动力特性分析37

3.3.1 转速对系统振动的影响38

3.3.2 轴承刚度对系统振动的影响38

3.3.3 密封间隙对系统振动的影响60

3.4 结论66

4 水轮发电机组转子-轴承系统在不平衡磁拉力作用下横向振动分析68

4.1 引言68

4.2 不平衡磁拉力计算方法69

4.3 机组转子-轴承系统在不平衡磁拉力和油膜力作用下振动特性分析71

4.3.1 水轮发电机组转子-轴承非线性系统71

4.3.2 系统运动微分方程71

4.3.3 数值仿真72

4.4 结论79

5 不平衡磁拉力作用下水轮发电机组碰摩转子系统弯曲振动分析80

5.1 引言80

5.2 水轮发电机组转子-轴承碰摩系统81

5.3 数值模拟和分析82

5.3.1 转子质量偏心的影响82

5.3.2 励磁电流的影响84

5.3.3 定子径向刚度的影响90

5.4 结论93

6 不平衡磁拉力作用下水轮发电机组碰摩转子系统弯扭耦合振动分析94

6.1 引言94

6.2 水轮发电机组碰摩转子弯扭耦合振动模型及其运动微分方程原理94

6.2.1 电磁扭矩95

6.2.2 碰摩摩擦力矩96

6.2.3 系统运动微分方程96

6.3 数值模拟和分析97

6.3.1 励磁电流对系统弯振的影响97

6.3.2 质量偏心对系统弯振的影响102

6.3.3 励磁电流对系统扭振的影响105

6.4 结论106

7 水轮机转轮-密封系统非线性动力稳定性研究107

7.1 引言107

7.2 自激振动特征及机理描述107

7.2.1 自激振动基本特征107

7.2.2 水封结构介绍108

7.2.3 水轮机自激振动机理分析108

7.3 水轮机密封系统动力特性分析110

7.3.1 公式推导变换110

7.3.2 水轮机转轮-密封系统运动微分方程113

7.3.3 稳定性分析114

7.3.4 计算结果及分析讨论115

7.4 结论119

参考文献121