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大型汽轮发电机定子端部绕组的数字化建模及振动特性分析

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振动与冲击 2023年第7期42卷 143-153页

作者：王頲王惠赵洋李星虹重庆邮电大学高等科学研究院重庆400065 工业物联网与网络化控制教育部重点实验室重庆400065 重庆邮电大学先进制造工程学院重庆400065 西安交通大学机械结构强度与振动国家重点实验室西安710049

以600 MW大型汽轮发电机为研究对象。建立了汽轮发电机定子端部绕组的高精度有限元模型并进行模态分析,得到与实测结果吻合较好的模态参数;对定子端部绕组进行数字化机理建模,将双层绕组结构视为壳体,内外层支撑结构作为环肋与筋条,基... 详细信息

以600 MW大型汽轮发电机为研究对象。建立了汽轮发电机定子端部绕组的高精度有限元模型并进行模态分析,得到与实测结果吻合较好的模态参数;对定子端部绕组进行数字化机理建模,将双层绕组结构视为壳体,内外层支撑结构作为环肋与筋条,基于离散单元法可将端部绕组等效为叠层加筋加肋圆锥壳模型。借助适用于各种复杂弹性边界条件的改进傅里叶级数的瑞利-里兹法,建立了端部绕组的固有、受迫振动方程。通过计算得到端部绕组模态参数的解析解,并与有限元仿真结果进行对比,验证了所建立等效数字化机理模型的合理性与正确性,可为后续端部绕组电磁振动的研究打下基础。

关键词：定子端部绕组模态参数有限元分析振动分析机理模型

基于大型汽轮发电机定子端部绕组的数字化建模与动力学特性研究

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基于大型汽轮发电机定子端部绕组的数字化建模与动力学特性研究

作者：王惠重庆邮电大学

学位级别：硕士

大型汽轮发电机正常运行时,定子端部绕组受到端部漏磁场与绕组电流共同作用而产生电磁力,诱发端部绕组结构振动。不合理的结构设计会导致整体绕组结构的椭圆振型固有频率接近二倍工频,并引发共振,影响定子端部绕组的运行。此外,当整体... 详细信息

大型汽轮发电机正常运行时,定子端部绕组受到端部漏磁场与绕组电流共同作用而产生电磁力,诱发端部绕组结构振动。不合理的结构设计会导致整体绕组结构的椭圆振型固有频率接近二倍工频,并引发共振,影响定子端部绕组的运行。此外,当整体结构的振动幅值超出限值时,会对结构产生不可逆转的损害,甚至发生重大事故。而数字化机理模型的建立有助于分析结构的振动特性并找到影响结构振动的主要原因,通过对结构进行优化设计,降低事故发生率。本文基于此目的对定子端部绕组建立数字化机理模型,从其模态参数、额定负载下的电磁力和电磁力作用下的动力响应进行研究,主要研究内容如下:1.基于汽轮发电机定子端部绕组实际结构建立精细化有限元模型,综合考虑实际接触情况提出等效模拟方法,对模型进行模态分析得到其低阶模态参数,并将仿真结果与实测结果进行对比,验证该模型的正确性。首先采用复合材料理论,将定子端部绕组整体结构简化等效为叠层复合材料加筋加肋圆锥壳模型,再通过改进傅里叶级数与瑞利-里兹法相结合,将筋肋离散化,建立该等效模型的固有振动特征方程。最后利用Matlab软件对其进行编程求解,通过计算结果与有限元仿真结果对比,验证该振动模型的正确性与本文方法的合理性。2.在Maxwell软件中建立定子端部绕组三维有限元模型,根据控制方程和边界条件,进行数值模拟计算,得到额定负载下绕组线棒上的电磁力密度和分布情况。基于定子铁心和多种媒质环境,采用镜像法、毕奥-萨伐尔定律、叠加原理及安培力定律,构建电磁力数学模型并推导出定子端部绕组磁感应强度和电磁力密度的解析式。将计算结果与有限元模型结果对比,验证该数学模型的正确性,并分析定子端部绕组电磁力密度特征和受力特点。3.基于定子端部绕组整体结构振动模型和电磁力模型,建立该结构的受迫振动特征方程,即得到整体结构的数字化机理模型。通过对电磁振动方程求解,获得定子端部绕组在电磁力作用下的稳态响应曲线,并对结构进行灵敏度分析,提出合理的优化方案,达到降低事故发生率的目的。

关键词：定子端部绕组电磁力密度数字化机理模型稳态响应

大型汽轮发电机定子端部绕组整体结构的电磁振动

同方学位论文库评论

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中国电机工程学报 2003年第7期23卷 93-98,116页

作者：胡宇达邱家俊卿光辉天津大学机械工程学院力学系天津300072

采用正交各向异性叠层复合材料加筋圆锥壳模型,对大型汽轮发电机定子端部绕组整体结构的振动问题进行了研究。首先,根据发电机的结构特点及虚功原理,建立了复合材料加筋圆锥壳体的基本运动方程,以及用位移表示的定子端部绕组振动控制方... 详细信息

采用正交各向异性叠层复合材料加筋圆锥壳模型,对大型汽轮发电机定子端部绕组整体结构的振动问题进行了研究。首先,根据发电机的结构特点及虚功原理,建立了复合材料加筋圆锥壳体的基本运动方程,以及用位移表示的定子端部绕组振动控制方程。其次,将内外层绕组的电流密度进行基波富氏展开,得到了电流负载的表达式,并在此基础上,运用电磁学和电机学知识,采用分离变量法,推得了定子端部绕组区域磁感应强度及电磁力的分布表达式。最后,对电磁力激发下的动力响应方程进行了解析求解,并通过数值计算,分别得到了端部绕组的固有振动频率、电磁力分布及动力响应8计算结果。所得结论,可为工程实际问题的解决提供一定的帮助。

关键词：大型汽轮发电机定子端部绕组结构电磁振动电磁力

大型二极汽轮发电机定子端部绕组共振的二重点理论

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西安交通大学学报 2013年第7期47卷 80-84,113页

作者：刘石仲继泽冯永新徐自力广东电网公司电力科学研究院广州510080 西安交通大学机械结构强度与振动国家重点实验室西安710049

为解决大型二极汽轮发电机定子端部绕组常出现的振动问题,建立了端部绕组的简化模型,采用有限元法计算了该结构的低阶模态,给出了端部绕组主振型的近似表达式;基于磁拉力的空间分布,通过振型叠加法推导出了端部绕组强迫振动响应的计算... 详细信息

为解决大型二极汽轮发电机定子端部绕组常出现的振动问题,建立了端部绕组的简化模型,采用有限元法计算了该结构的低阶模态,给出了端部绕组主振型的近似表达式;基于磁拉力的空间分布,通过振型叠加法推导出了端部绕组强迫振动响应的计算公式。研究发现,大型发电机端部绕组只有同时满足2个条件——磁拉力频率等于或接近端部绕组固有频率,主振型的周向行波数等于发电机的极数,才可能发生共振,简称为端部绕组共振的二重点理论。根据二重点理论,当额定工作转速为3 000r/min的二极发电机定子端部绕组发生共振时,可以调整端部绕组的固有频率使其避开100Hz,也可以选择修改端部绕组的结构使其主振型中不再出现椭圆振型。

关键词：大型汽轮发电机定子端部绕组振动共振

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大型汽轮发电机定子端部绕组的动态仿真模型

机械工程学报 2005年第9期41卷 217-222页

作者：王益轩朱继梅西安工程科技学院机电工程学院西安710048 上海理工大学机械工程学院上海200093

将定端的园锥型编织网壳及支承简化为连续锥壳一板组合结构,分别建立具有各向同性、正交各向异性和各向异性体材质的定端结构的参数化动态仿真模型,根据实际结构的试验模态参数,运用结构动力学优化方法, 在ANSYS平台上进行了仿真研究,... 详细信息

将定端的园锥型编织网壳及支承简化为连续锥壳一板组合结构,分别建立具有各向同性、正交各向异性和各向异性体材质的定端结构的参数化动态仿真模型,根据实际结构的试验模态参数,运用结构动力学优化方法, 在ANSYS平台上进行了仿真研究,获得了较为精确的定端实际结构的动态仿真模型。对定端支承板系统进行了动态优化设计,获得了较为满意的结果。

关键词：汽轮发电机定子端部绕组动态仿真模型动态优化设计

TBB-800-2EY3型汽轮发电机定子端部绕组故障与结构弊病分析

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中国电力 2009年第5期42卷 35-40页

作者：王绍禹孙术文韩长利刘文忠东北电力科学研究院辽宁沈阳110006 国华绥中发电有限责任公司辽宁绥中125222

绥中发电有限公司的2台俄罗斯电力工厂制造的TBB-800-2EY3型汽轮发电机运行约19000h,出现由于定子线棒振动引起的股线磨损断裂以及定子端部绕组连接母线振动导致疲劳断裂的故障。分析认为定子端部绕组支撑刚度严重不足、整体性差等设计... 详细信息

绥中发电有限公司的2台俄罗斯电力工厂制造的TBB-800-2EY3型汽轮发电机运行约19000h,出现由于定子线棒振动引起的股线磨损断裂以及定子端部绕组连接母线振动导致疲劳断裂的故障。分析认为定子端部绕组支撑刚度严重不足、整体性差等设计结构上的弊病是造成该型发电机故障的根本原因,定子端部铜屏蔽位置设置不当,造成损耗大、温升高是限制发电机进相运行能力的起因。对该型汽轮发电机定子端部绕组支撑结构及铜屏蔽结构的现代化改造提出了具体建议。

关键词：定子端部绕组端部绕组支撑振动磨损断裂故障

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大型汽轮发电机定子端部绕组的动态优化设计

机械科学与技术 2008年第2期27卷 205-208页

作者：王益轩朱继梅西安工程大学西安710048 上海理工大学上海200093

将大型汽轮发电机定子端部绕组及支承简化为连续锥壳——板组合结构。在ANSYS平台上设计了几何建模和模态分析的参数化程序,建立了定端结构的参数化动态仿真模型,以支承板的数量及位置、锥壳的半锥角为设计变量,进行了定端结构动特性的... 详细信息

将大型汽轮发电机定子端部绕组及支承简化为连续锥壳——板组合结构。在ANSYS平台上设计了几何建模和模态分析的参数化程序,建立了定端结构的参数化动态仿真模型,以支承板的数量及位置、锥壳的半锥角为设计变量,进行了定端结构动特性的灵敏度分析和动态优化设计。通过大量计算分析得出了最佳结构型式为支承板均布且数量为17、锥壳的半锥角为24.6°。这种定端结构型式具有良好的动态特性,且安装制造方便,为300 MW和600 MW大型汽轮发电机定子端部绕组的固定提供了重要的设计手段和依据。

关键词：汽轮发电机定子端部绕组参数化动态仿真模型动态优化设计

发电电动机定子端部绕组电磁-结构耦合场计算

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水电能源科学 2015年第10期33卷 141-144页

作者：张宇娇吴刚梁翁杰聂靓靓陈满三峡大学电气与新能源学院湖北宜昌443002 中国南方电网调峰调频发电公司检修试验中心广东广州511400

针对发电电动机定子端部绕组在电磁力作用下易发生故障的问题,以广州抽水蓄能电站B厂的发电电动机为例,建立了发电电动机定子端部绕组的三维模型,通过有限元法对模型电磁与结构顺序耦合进行仿真计算,得到了额定运行时电机端部绕组的应... 详细信息

针对发电电动机定子端部绕组在电磁力作用下易发生故障的问题,以广州抽水蓄能电站B厂的发电电动机为例,建立了发电电动机定子端部绕组的三维模型,通过有限元法对模型电磁与结构顺序耦合进行仿真计算,得到了额定运行时电机端部绕组的应力和应变分布。结果表明,该方法能够有效地分析发电电动机定子端部绕组在电磁力作用下的应力应变分布,计算精确度比较高。

关键词：发电电动机电磁-结构耦合定子端部绕组有限元应力应变

1150MW核能发电机定子端部绕组三维建模

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大电机技术 2012年第4期 17-20页

作者：任盼秋严欣平周光厚韩伟峰重庆大学重庆400044 输配电装备及系统安全与新技术国家重点实验室重庆400044 东方电气集团东方电机有限公司四川德阳618000

介绍了1150MW核能发电机定子端部绕组结构的合理性对核能发电机的设计和安全运行有着重要意义。但由于定子绕组端部结构复杂,二维分析难以达到实际工程要求。通过计算机建立三维模型,可以精确地进行计算和仿真,于是提出了一种利用Pro/E... 详细信息

介绍了1150MW核能发电机定子端部绕组结构的合理性对核能发电机的设计和安全运行有着重要意义。但由于定子绕组端部结构复杂,二维分析难以达到实际工程要求。通过计算机建立三维模型,可以精确地进行计算和仿真,于是提出了一种利用Pro/E对核能发电机定子端部绕组进行三维建模和参数化设计的方法。结果显示,这种方法实现了核能发电机定子绕组参数化设计,并且特别在渐开线过渡段结构和鼻端的连接上进行了更精确的处理,得到了更为合理的核能发电机端部绕组三维模型,整体上优于传统的设计方法,并为核能发电机端部三维电磁场、温度场、涡流场等分析与计算奠定了良好的基础。

关键词：核能发电机定子端部绕组 Pro/ENGINEER 三维建模