大型水轮机转轮动应力测试技术研究

论文题目: 大型水轮机转轮动应力测试技术研究

论文类型: 硕士论文

论文专业: 动力工程

作者: 潘罗平

导师: 王正伟,唐澍

关键词: 水轮机,转轮应力,机载测试系统,叶片裂纹,疲劳寿命预估

文献来源: 清华大学

发表年度: 2005

论文摘要: 近年来,随着水力机组尺寸和容量的不断增大,由水轮机水力稳定性引起的机组振动和转轮裂纹问题也愈来愈突出。转轮裂纹是水电机组安全稳定运行的重大问题,是关系到机组是否能安全运行的核心,已经引起行业界的普遍关注,也是水电工程建设中亟待解决的关键课题之一。本文通过对近几年国外水轮机转轮动应力现场测试技术和测试装置的调查研究,针对水轮机旋转部件动应力测试的特殊要求,集成开发了目前国际上较为先进的、可脱离PC 机独立运行的转轮动应力机载测试系统。根据水电机组的特点,提出了合理的测试方法和数据分析方法,包括传感器的选型、布置、安装、采样速率和采样时间的选择、分析方法的选择等。为解决频率分辨率和时域波形精度这一对矛盾,提出了在水轮机固有频率测试中采用变时基信号采集和传递函数分析方法,即选用相对较高的采样速率对力脉冲信号进行数据采集,提高力脉冲的时域波形精度,同时用相对较低的采样速率对响应信号进行数据采集,保证响应信号的频率分辨率。同时,针对目前行业界普遍关注的转轮裂纹问题,开展了华能徐村电站和福建棉花滩电站的转轮动应力和机组稳定性现场实测,包括转轮固有频率测试、转轮动应力测试、水压脉动测试、机组振动及摆度测试等,研究分析了转轮叶片在不同负荷工况包括机组启动和停机等过渡过程工况下的动、静应力水平,转轮叶片振动情况以及叶片有无共振产生等,对转轮动应力与水轮机压力脉动之间的相关关系和转轮叶片产生裂纹的原因进行了分析研究,并对水轮机转轮疲劳寿命预估及可靠性评价标准进行了初步探讨。大型水轮机动应力测试技术研究是水电工程安全保障关键技术研究的重要内容,对分析解决大中型机组安全稳定运行具有重要意义。本文所作的工作为大中型水轮机转轮裂纹的分析和研究提供了必要的手段,为水轮机安全稳定运行的进一步深化研究提供了依据。

论文目录:

摘要

Abstract

目录

第一章 绪论

1.1 课题研究背景

1.2 国内外转轮动应力测试技术发展状况

1.3 转轮动应力测试的关键技术

1.4 研究工作及意义

第二章 转轮动应力测试方法和测试装置

2.1 电测法的基本原理及优点

2.2 电阻应变片的选择

2.2.1 电阻应变片类型的选择

2.2.2 影响电阻应变片量测的因素及改进措施

2.3 电阻应变片的安装工艺

2.4 应变片的布置及其应力计算

2.5 水轮机转轮动应力测试装置

2.6 小结

第三章 固有频率和机组稳定性测试方法

3.1 转轮叶片固有频率测试

3.1.1 固有频率测试方法

3.1.2 力脉冲持续时间

3.1.3 激振点和响应测量点的选择和布置

3.1.4 测试条件和响应传感器选择

3.2 机组稳定性试验方法

3.2.1 开、停机试验

3.2.2 变负荷试验

3.2.3 测点布置和传感器选择

3.3 小结

第四章 信号采集和数据分析

4.1 采样速率的选取

4.1.1 信号混叠现象

4.1.2 采样速率选取

4.2 采样时间的选取

4.2.1 信号泄漏现象

4.2.2 采样时间选择

4.3 采样速率和采样时间对混频幅值的影响

4.4 数据分析

4.4.1 时域分析

4.4.2 频域分析

4.5 固有频率信号采集和数据分析

4.5.1 变时基信号采集

4.5.2 传递函数和相干函数分析

4.6 小结

第五章 华能徐村电站动转轮应力现场测试及裂纹分析

5.1 机组运行资料及裂纹情况

5.2 水轮机基本参数

5.3 现场试验情况及试验结果

5.3.1 试验工况和测点布置

5.3.2 主要试验结果

5.4 转轮叶片动应力与尾水管压力脉动之间相关关系

5.5 转轮叶片裂纹分析

5.5.1 材料的疲劳极限

5.5.2 转轮应力试验结果分析

5.5.3 叶片裂纹分析

5.6 小语

第六章 棉花滩电站转轮动应力现场测试及裂纹分析

6.1 机组运行资料及裂纹情况

6.2 机组基本参数

6.3 现场试验情况及试验结果

6.3.1 试验工况和测点布置

6.3.2 主要试验结果

6.4 试验结果及转轮叶片裂纹分析

6.4.1 试验结果分析

6.4.2 转轮叶片裂纹分析

6.5 小结

第七章 转轮疲劳寿命预估

7.1 转轮裂纹与水轮机设计参数的关系

7.2 转轮裂纹与机组运行方式的关系

7.3 转轮疲劳寿命的预估

7.3.1 材料的疲劳特性曲线(S—N 曲线)

7.3.2 雨流计数法的基本原理

7.3.3 转轮疲劳累积损伤的计算

7.4 水轮机可靠性评价标准的探讨

7.5 小结

第八章 结论

8.1 本文主要研究工作结论

8.2 研究内容展望

参考文献

致谢

声明

个人简历

研究生期间参与的研究工作

攻读硕士学位期间发表的学术论文

发布时间: 2005-11-16

参考文献

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