水轮发电机组定子在100HZ下的振动分析.docx
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水轮发电机组定子在100HZ下的振动分析
水轮发电机组定子在100Hz下的振动分析
水轮发电机在运行中，将不可避免的受到频率为100Hz的电磁干扰力作用，如果结构的固有频率与这种电磁力的频率相等或接近时就会产生共振或较大的振动力，因此分析水轮发电机组定子在电网倍频100Hz下的振动是必要的。
现采用有限元方法分析定子振动特性，既分析了冷态振动也分析了热态振动，从机组运行特点易知，冷态振动幅值远大于热态振动幅值。
为准确分析定子在电网倍频100Hz下的振动，将上机架及定子联合建立有限元分析模型，模型细节见图1。
1.1基本参数
气隙平均磁通密度
电网频率
额定功率
额定转速
定子支臂数量20个
定转子间正常磁拉力
半数磁极短路时径向力
1.2计算模型
利用美国ANSYS程序，建立上机架和定子计算模型见图1，其中，计算过程中的单元处理见表1。
表1等效模型单元列表
序号
结构名称
单元类型
弹性模量
1
定子机座上环板
板壳单元（Shell63）
2.06E5
2
定子线棒
质量单元（Mass21）
------
3
定子铁心
块体单元（Solid45）
XYZ方向不同
4
定子铁心和定子机座
之间弹簧元
弹簧单元（Combin14）
------
5
上机架焊接钢板
板壳单元（Shell63）
2.06E5
6
定子机座环板
板壳单元（Shell63）
2.06E5
7
定子机座外壁
板壳单元（Shell63）
2.06E5
8
冷却器
质量单元（Mass21）
------
9
定子机座筋
板壳单元（Shell63）
2.06E5
10
定子支墩
板壳单元（Shell63）
2.06E5
图1上机架和定子计算模型
1.3边界条件
1.3.1约束处理
根据结构的特点，采取空间直角坐标系，上机架和定子与基础连接处采用弹簧单元模拟，基础弹簧刚度采用三峡左岸机组数据。
1.3.2载荷分布
定子铁心承受100Hz电磁力的作用。
1.4计算过程与结果
利用ANSYS程序的谐响应分析模块对定子结构进行90~110Hz频率范围谐响应分析，计算分析定子铁心各个部位的响应值。
定子铁心各个部位标识见图1.5-1。
对定子铁心的各个部位响应值作曲线比较，曲线图见图1.5-2。
不同频率值下的定子铁心响应值在下面给出。
分析表明：
冷态时在100Hz下，定子铁心径向响应单幅值最大为0.013mm，发生在铁心内径下部。
热态时在100Hz下，定子铁心径向响应单幅值最大为0.008mm，发生在铁心内径下部。
定子铁心和上机架在100Hz下响应值分布示意见图1.5-3和1.5-4。
图1.5-1定子铁心位置标识
图1.5-2定子铁心的各个部位响应值曲线
图1.5-3定子铁心在100Hz下响应值分布
图1.5-4上机架在100Hz下响应值分布
*****ANSYSPOST26VARIABLELISTING*****
TIMEUXUXUX
UX_OUTTER_TOPUX_OUTTER_MIDDLEUX_OUTTER_BOTTOM
AMPLITUDEPHASEAMPLITUDEPHASEAMPLITUDEPHASE
92.0000.696322E-020.000000.404106E-020.000000.156725E-030.00000
94.0000.374023E-020.000000.753511E-020.000000.101207E-010.00000
96.0000.614348E-020.000000.877591E-020.000000.112168E-010.00000
98.0000.783905E-020.000000.962484E-020.000000.122097E-010.00000
100.000.858364E-020.000000.116265E-010.000000.129414E-010.00000
102.000.110469E-010.000000.102678E-010.000000.146601E-010.00000
104.000.126938E-010.000000.110911E-010.000000.155060E-010.00000
106.000.151028E-010.000000.155604E-010.000000.159771E-010.00000
108.000.489084E-010.000000.658903E-010.000000.132836E-010.00000
TIMEUXUXUX
UX_INNER_TOPUX_INNER_MIDDLEUX_INNER_BOTTOM
AMPLITUDEPHASEAMPLITUDEPHASEAMPLITUDEPHASE
92.0000.706275E-020.000000.410470E-020.000000.161841E-030.00000
94.0000.379435E-020.000000.765116E-020.000000.102579E-010.00000
96.0000.623133E-020.000000.891031E-020.000000.113672E-010.00000
98.0000.795089E-020.000000.977152E-020.000000.123715E-010.00000
100.000.870353E-020.000000.118034E-010.000000.131123E-010.00000
102.000.112056E-010.000000.104225E-010.000000.148510E-010.00000
104.000.128767E-010.000000.112575E-010.000000.157068E-010.00000
106.000.153272E-010.000000.157954E-010.000000.161865E-010.00000
108.000.498557E-010.000000.669056E-010.000000.134118E-010.00000
2结论
对定子结构进行谐响应分析表明，在100Hz冷态下，定子铁心径向响应单幅值最大为0.013mm，发生在铁心内径下部，满足合同要求不大于0.015mm。
在100Hz热态下，定子铁心径向响应单幅值最大为0.008mm，发生在铁心内径下部,满足合同要求不大于0.015mm。
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