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轴承不对中-碰摩耦合故障下双转子系统非线性振动特性分析

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机械强度 2024年第3期46卷 518-526页

作者：聂彦春蔚建辉张雷克王雪妮张金剑唐华林山西中部引黄工程建设管理有限公司太原030024 太原理工大学水利科学与工程学院太原030024 大连理工大学水利电力研究所大连116023 中国水利水电开发有限公司成都610000

为揭示因轴承不对中导致的故障转子系统振动特性,基于坐标变换关系,推导了轴承不对中下转子偏转位移表达式。在此基础上,建立了综合考虑碰摩力、油膜力等外激励影响下双盘转子轴承不对中-碰摩耦合故障系统动力学模型,采用数值方法研究... 详细信息

为揭示因轴承不对中导致的故障转子系统振动特性,基于坐标变换关系,推导了轴承不对中下转子偏转位移表达式。在此基础上,建立了综合考虑碰摩力、油膜力等外激励影响下双盘转子轴承不对中-碰摩耦合故障系统动力学模型,采用数值方法研究了转速及质量偏心对系统动态特性的影响。结果表明,轴承不对中故障会增加系统碰摩发生可能性、恶化轴系振动并加大系统非稳态运动范围。虽然不对中量的加入可在一定程度上延缓系统因参数变化引起的失稳运动,但据此产生的振幅增加与系统安全运行目标相悖,故应采取必要措施对轴承不对中故障加以控制。相关结论可为转子-轴承系统振动状态识别及稳定性分析提供有益借鉴。

关键词：转子-轴承系统轴承不对中碰摩偏转

基于MRD优化布置的水轮发电机组碰摩系统振动抑制

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振动与冲击 2024年第13期43卷 1-11页

作者：张雷克聂梁张金剑王雪妮马震岳太原理工大学水利科学与工程学院太原030024 大连理工大学建设工程学部水利工程学院辽宁大连116023 天津大学水利工程仿真与安全国家重点实验室天津300354 河南省黄河流域水资源节约集约利用重点实验室郑州450046

针对水轮发电机组转子-转轮系统碰摩故障问题,采用磁流变液阻尼器(magneto-rheological damper, MRD)对轴系振动进行抑制,旨在探究MRD对机组轴系振动的影响规律及其对系统碰摩故障的抑制效果。首先,将机组轴向位置函数引入MRD非线性动... 详细信息

针对水轮发电机组转子-转轮系统碰摩故障问题,采用磁流变液阻尼器(magneto-rheological damper, MRD)对轴系振动进行抑制,旨在探究MRD对机组轴系振动的影响规律及其对系统碰摩故障的抑制效果。首先,将机组轴向位置函数引入MRD非线性动力学模型,推导了碰摩故障下含轴向分布参数的MRD-转子-转轮系统动力学方程。其次,基于数值模拟方法,以机组转速为控制参数对比分析了是否考虑MRD的转子-转轮系统非线性动力学行为。最后,研究了不同MRD轴向布置参数对碰摩转子-转轮系统动力学行为的影响。研究结果表明:MRD的加入对转子、转轮非稳态运动具有良好约束作用,能够显著减小转子、转轮振动幅值,有效避免了机组轴系碰摩故障的发生;当阻尼器位置参数s1、s2分别取0.25与0.95时,MRD对系统的减振效果最佳。通过在机组轴系合理布置MRD,可有效改善系统振动情况,从而为水轮发电机组振动控制提供有益指导。

关键词：水轮发电机组转子-转轮系统碰摩磁流变液阻尼器(MRD) 振动优化控制

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小水电尾水水轮机转轮优化研究

水利水电技术(中英文) 2024年

作者：翟宇李晓超马夏敏唐华林王雪妮张雷克张凯文太原理工大学水利科学与工程学院河南省黄河流域水资源节约集约利用重点实验室中国水利水电科学研究院中国华水水电开发有限公司

【目的】为解决实际小水电站工程中尾水水轮机性能较差、运行效率较低的问题，缓解转轮叶片空化现象，【方法】设计了转轮桨叶倾斜角度分别为30°和45°的两种水轮机优化方案，并基于ANSYS仿真计算软件，在设计工况下对两种转轮设计方... 详细信息

【目的】为解决实际小水电站工程中尾水水轮机性能较差、运行效率较低的问题，缓解转轮叶片空化现象，【方法】设计了转轮桨叶倾斜角度分别为30°和45°的两种水轮机优化方案，并基于ANSYS仿真计算软件，在设计工况下对两种转轮设计方案进行了数值计算，同时对流场流态与模态分布计算结果进行了对比，根据两方案计算结果的整体流线分布、速度分布、压力分布及转轮区域涡量云图等开展流态分析，并进行干湿模态下的振型对比分析。【结果】结果显示：在设计工况下，转轮桨叶倾斜角度为45°时整体水流流态更加平稳、转轮区域压力分布更为均匀、旋涡更少，且预应力湿模态前五阶共振频率中最接近振动频率的数值仍存在40%的差异，工作环境中未产生共振现象，表明其整体性能较优。【结论】结果表明：数值模拟方法合理，模态分析与业界学者研究结果一致，所得数据具有可靠性。通过对转轮进行设计优化可提高水轮机抗空化、抗振等运行性能，对小水电站尾水水轮机优化设计提供有益参考，亦为类似工程问题改造提供了有效理论支撑。

关键词：小水电转轮优化流态分析模态分析共振

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基于龙格库塔算法的梯级泵站优化运行

水电能源科学 2024年第4期42卷 164-167,141页

作者：李贞蓉张雷克刘小莲王雪妮田雨太原理工大学水利科学与工程学院山西太原030024 天津大学建筑工程学院天津300350 河南省黄河流域水资源节约集约利用重点实验室河南郑州450046 中国水利水电科学研究院流域水循环模拟与调控国家重点实验室北京100038

梯级泵站在调水、灌溉与生态修复等建设中发挥了巨大作用。为提高梯级泵站运行效率、节约运行费用,结合某梯级泵站明渠引水工程,以总效率最高为目标建立了梯级泵站优化调度模型,提出了一种基于龙格库塔算法(RUN)的优化调度方法。计算结... 详细信息

梯级泵站在调水、灌溉与生态修复等建设中发挥了巨大作用。为提高梯级泵站运行效率、节约运行费用,结合某梯级泵站明渠引水工程,以总效率最高为目标建立了梯级泵站优化调度模型,提出了一种基于龙格库塔算法(RUN)的优化调度方法。计算结果表明,与该泵站现状运行方案相比,采用RUN算法计算所得方案可提高运行效率0.73%,节省运行费用271195元/年,优于利用PSO、GA算法所得优化结果,证实了所提方法可良好地服务于梯级泵站优化运行。

关键词：龙格库塔算法梯级泵站优化调度经济运行

轴流式水轮发电机组不对中-碰摩耦合故障振动特性分析

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振动与冲击 2024年第8期43卷 11-18,60页

作者：张雷克蔚建辉王雪妮张金剑马震岳邓显羽太原理工大学水利科学与工程学院太原030024 河南省黄河流域水资源节约集约利用重点实验室郑州450046 大连理工大学建设工程学部辽宁大连116023 中水东北勘测设计研究有限公司长春130021

针对轴流式水轮发电机组因联轴器偏角不对中引起的碰摩转子-转轮系统振动问题,基于修正的LuGre摩擦模型,该研究推导了联轴器不对中故障下转轮叶片碰摩力表达式。在此基础上,搭建了综合考虑不平衡磁拉力等外激励作用下系统动力学模型。... 详细信息

针对轴流式水轮发电机组因联轴器偏角不对中引起的碰摩转子-转轮系统振动问题,基于修正的LuGre摩擦模型,该研究推导了联轴器不对中故障下转轮叶片碰摩力表达式。在此基础上,搭建了综合考虑不平衡磁拉力等外激励作用下系统动力学模型。采用数值方法研究了不对中角度对系统振动特性的影响,并结合Floquet理论分析了以转速为控制变量的系统周期解稳定性。结果表明,不对中的存在增大了系统发生失稳可能性,显著改变了系统动态特性。此外,不对中角度对转子与转轮振动响应的影响具有较大差异,随着不对中角度的增加,转轮振动变化明显且碰摩程度较为恶劣。该研究结果可为轴流式水轮发电机组安全运行及稳定性分析提供有益借鉴。

关键词：轴流式水轮发电机组转子-转轮系统不对中碰摩

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基于改进哈里斯鹰算法的梯级泵站优化调度

浙江大学学报（工学版） 2023年第12期57卷 2501-2512页

作者：张雷克侯笑鹏刘小莲田雨太原理工大学水利科学与工程学院山西太原030024 中国水利水电科学研究院流域水循环模拟与调控国家重点实验室北京100038

为了提高梯级泵站系统运行效率,节约工程运行成本,以梯级泵站运行效率最大化为目标,建立梯级泵站优化调度模型,提出基于改进哈里斯鹰算法(HUHHO)的梯级泵站优化调度方法.将饥饿率引入哈里斯鹰算法(HHO)以更好地实现探索与开发之间的平衡... 详细信息

为了提高梯级泵站系统运行效率,节约工程运行成本,以梯级泵站运行效率最大化为目标,建立梯级泵站优化调度模型,提出基于改进哈里斯鹰算法(HUHHO)的梯级泵站优化调度方法.将饥饿率引入哈里斯鹰算法(HHO)以更好地实现探索与开发之间的平衡;在探索阶段添加1个偏移项以考虑哈里斯鹰饥饿感强弱对搜寻猎物能力的影响,提高算法的寻优能力、避免陷入局部最优.通过基准测试函数验证HUHHO寻优性能的优越性.将HUHHO应用于北京市某三级泵站优化调度中,对HUHHO求解梯级泵站优化调度问题的可行性与有效性进行验证.结果表明:相较于现状方案,基于HUHHO的优化方案可使梯级泵站运行效率提高0.11个百分点,年运行成本节约42 187元,优于利用粒子群优化算法(PSO)、遗传算法(GA)、HHO得到的运行效率及节约成本.

关键词：梯级泵站优化调度经济运行改进哈里斯鹰算法(HUHHO) 大系统分解协调模型

板锚在双层黏土中埋深损失的大变形有限元分析

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防灾减灾工程学报 2023年第4期43卷 658-665,673页

作者：高鹏张雷克赵燕兵太原理工大学水利科学与工程学院山西太原030024

海洋工程中,海床土体分层现象对吸力嵌入式板锚(SEPLA)在海床中的旋转调节过程有着不可忽视的影响。基于耦合的欧拉‑拉格朗日(CEL)法,建立起用于分析板锚在双层黏土中埋深损失的有限元模型。通过与已有离心机试验及数值计算结果对比,验... 详细信息

海洋工程中,海床土体分层现象对吸力嵌入式板锚(SEPLA)在海床中的旋转调节过程有着不可忽视的影响。基于耦合的欧拉‑拉格朗日(CEL)法,建立起用于分析板锚在双层黏土中埋深损失的有限元模型。通过与已有离心机试验及数值计算结果对比,验证模型的有效性。在板锚初始埋深不变的情况下,考察不同系缆点距上下层土体分界线距离(d)及强度比(s_(u1)/s_(u2))对板锚在双层黏土中埋深损失的影响,通过分析板锚周围土体的流动机制,明确了锚在双层黏土中埋深损失增大的原因,并建立起板锚埋深损失经验公式。结果表明,在s_(u1)/s_(u2)1的双层黏土中,随着d的增大,板锚的埋深损失逐渐减小;d≤-0.5B与d≥1B时,板锚的旋转过程分别仅受上层土体与下层土体的影响。

关键词：双层黏土板锚埋深损失大变形有限元经验公式

含故障受油器机组转子-转轮系统振动特性分析

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机械强度 2023年第6期45卷 1293-1300页

作者：武菁张雷克王雪妮太原理工大学水利科学与工程学院太原030024 山西省地质调查院太原030024

灯泡贯流式机组实际运行中,转子-转轮系统受各外激励影响易形成旋转部件与固定部件间的碰摩故障,极大影响机组的安全稳定运行。针对含故障受油器部件的灯泡贯流式机组轴系碰摩问题,构建转子处复合偏心影响下不平衡磁拉力模型,建立了多... 详细信息

灯泡贯流式机组实际运行中,转子-转轮系统受各外激励影响易形成旋转部件与固定部件间的碰摩故障,极大影响机组的安全稳定运行。针对含故障受油器部件的灯泡贯流式机组轴系碰摩问题,构建转子处复合偏心影响下不平衡磁拉力模型,建立了多振源激励下含故障受油器灯泡贯流式机组受油器-转子-转轮耦合振动模型,对比分析了有无故障受油器系统弯扭耦合状态下振动特性的差异,对系统在励磁电流、转子质量偏心及转轮质量偏心变化时各自的非线性振动特性进行了讨论。结果表明:故障受油器的出现加大了转子、转轮非稳态运动范围,使系统产生不利振动进而引发故障;同运行工况及参数状态下的转子相较转轮表现出更大振幅强度,需引起重视。扭转自由度的加入加剧了转子振幅,增加了碰摩故障发生概率。此外,当转轮质量偏心发展到一定程度后,叶片处存在的不确定随机水力将使系统发生失稳现象。研究结果可为灯泡贯流式机组安全运行及稳定性分析提供有益借鉴。

关键词：受油器弯扭耦合灯泡贯流式机组复合偏心励磁电流

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水轮发电机组横/轴有限元振动分析

振动与冲击 2022年第14期41卷 64-69,98页

作者：张雷克范宇宏张金剑马震岳王雪妮太原理工大学水利科学与工程学院太原030024 大连理工大学建设工程学部水利工程学院辽宁大连116023

针对机械和电磁故障引起的水轮发电机组轴系振动问题,基于单节点4自由度Euler梁,将轴向位移纳入整体结构建立了单节点5自由度机组转子-轴承系统有限元模型。利用Newmark-β和Newton-Raphson相结合方法对系统进行求解,借助轴心轨迹图分... 详细信息

针对机械和电磁故障引起的水轮发电机组轴系振动问题,基于单节点4自由度Euler梁,将轴向位移纳入整体结构建立了单节点5自由度机组转子-轴承系统有限元模型。利用Newmark-β和Newton-Raphson相结合方法对系统进行求解,借助轴心轨迹图分别讨论了是否考虑轴向自由度和轴向电磁力下质量偏心、静偏心对系统横向振动特性的影响。结果表明:轴向自由度的加入对系统运动轨迹形态及大小起到了积极改变作用。轴向电磁力与动、静偏心下不平衡磁拉力形成电磁激励耦联效应,二者共同作用使系统横向运动振幅明显增大。因此,在水轮发电机组轴系建模及分析过程中应充分考虑轴向自由度及相关荷载作用影响。

关键词：水轮发电机组有限元法轴向自由度轴向电磁力动、静偏心