【摘 要】
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在工业生产和交通运输行业电气化程度日益增高背景下,国家对电能网络系统设施建设和电力质量安全提出了更高要求。“双碳”战略目标下能源清洁和低碳化发展模式已成为能源行业工作重心。水能是除风能、太阳能外,开发技术最成熟、经验最丰富的可再生清洁资源,其在电力网络中所占份额持续增大的同时,对电力系统安全运行的影响亦更为突出。水轮发电机组在长时间尺度中的振动响应特性一直是本学科焦点问题之一。系统地研究机组轴系振
【基金项目】
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国家自然科学基金项目（51709196）水电站机组-厂房结构过渡过程动力系统建模及其瞬态振动响应机制研究；
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在工业生产和交通运输行业电气化程度日益增高背景下,国家对电能网络系统设施建设和电力质量安全提出了更高要求。“双碳”战略目标下能源清洁和低碳化发展模式已成为能源行业工作重心。水能是除风能、太阳能外,开发技术最成熟、经验最丰富的可再生清洁资源,其在电力网络中所占份额持续增大的同时,对电力系统安全运行的影响亦更为突出。水轮发电机组在长时间尺度中的振动响应特性一直是本学科焦点问题之一。系统地研究机组轴系振动特性可有效识别及避免振动故障,为机组安全运行保驾护航。本文以灯泡贯流式水轮机组轴系为研究对象,针对机组工作中振动现象存在的普遍性,采用非线性动力学理论及数值分析方法,研究了机组磁流变液阻尼器-转子-转轮-轴承系统在水力、机械、电磁等外激励作用下的非线性动态特性,并结合Floquet理论对系统周期解稳定性和分岔失稳形式进行了分析,论文主要研究内容如下:（1）针对以往水电机组转轮碰摩过程中多未考虑叶片的影响,本文将叶片简化为刚性悬臂梁并纳入轴系整体,基于转轮运行过程中叶片与转轮室外环的几何关系,利用线性接触力和库伦摩擦力,构建了后续研究中转轮叶尖碰摩外激励模型。（2）针对灯泡贯流式机组轴系在多振源下的分岔失稳问题,将磁流变液阻尼器引入机组系统,采用打靶法同时结合Floquet理论,从全局的角度对转子-转轮-轴承系统在转速下的稳定性进行了分析,判断了系统周期解稳定性与分岔特性,对比了有无磁流变液阻尼器下系统失稳的差异性。（3）为揭示磁流变液阻尼器对灯泡贯流式机组轴系不稳定运动的影响规律,基于修正的Lu Gre摩擦模型,将UMP、碰摩力及不平衡水力等外激励纳入机组轴系受力范畴,在此基础上,构建了机组磁流变液阻尼器-转子-转轮-轴承系统振动模型。采用Runge-kutta法研究了有无磁流变液阻尼器情况下,系统在转速、质量偏心增加过程中磁流变液阻尼器对轴系振动的控制作用。本文对灯泡贯流式水电机组轴系在多振源作用下的非线性振动特性及其减振控制进行了研究,相关结论可为灯泡贯流式机组轴系减振控制提供参考。
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