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大型汽轮发电机定子绕组端部振动特性研究
摘要
为了研究大型汽轮发电机定子绕组端部振动特性，本文采用数值模拟和实验分析相结合的方法进行研究。首先，建立了发电机定子的三维有限元模型，并对其进行了静态和动态模拟计算，得到了发电机定子的模态和频率响应特性。然后，通过实验测量了发电机定子端部的振动信号，并对信号进行了分析，得到了其主要频率分量及其相对振幅。最后，将数值模拟结果和实验数据进行了对比分析，验证了模型的有效性，说明了定子端部振动的成因及其对发电机性能的影响。
关键词：汽轮发电机；定子绕组；振动特性；数值模拟；实验研究
Abstract
Inordertostudythevibrationcharacteristicsofthestatorwindingendoflarge-scalesteamturbinegenerators,thispapercombinesnumericalsimulationandexperimentalanalysis.Firstly,athree-dimensionalfiniteelementmodelofthegeneratorstatorisestablished,andstaticanddynamicsimulationcalculationsareperformedtoobtainthemodalandfrequencyresponsecharacteristicsofthegeneratorstator.Then,thevibrationsignalattheendofthegeneratorstatorwasmeasuredbyexperiment,andthesignalwasanalyzedtoobtainitsmainfrequencycomponentsandrelativeamplitudes.Finally,thenumericalsimulationresultsandexperimentaldatawerecomparedandanalyzed,verifyingthevalidityofthemodelandexplainingthecauseofthestatorendvibrationanditsimpactongeneratorperformance.
Keywords:steamturbinegenerator;statorwinding;vibrationcharacteristics;numericalsimulation;experimentalstudy
引言
汽轮发电机是重要的发电设备之一，其性能直接影响着电力系统的稳定和经济运行。发电机定子绕组是发电机的重要组成部分，其结构和性能直接影响着发电机的输出功率和电压稳定性。然而，由于定子绕组制造和安装等方面的限制，定子绕组端部显示出的振动问题成为了一个难题，如何减少和控制定子绕组端部的振动，提高其性能和可靠性，一直是发电机制造和运维过程中需要关注的问题。
本文旨在研究大型汽轮发电机定子绕组端部的振动特性，探究定子端部振动的成因和性质，并对其产生的影响进行分析。本文将采用数值模拟和实验分析相结合的方法，以提高研究结果的准确性和可信度。
一、研究方法
1.数值模拟
本文采用有限元方法建立了发电机定子的三维有限元模型，模拟计算其静态和动态特性，并得到其模态和频率响应。在模型建立过程中，考虑了定子绕组的几何形状、材料特性、固定方式等因素。模拟计算采用了ANSYS软件进行，包括静态力学、模态分析和频率响应等计算。
2.实验测量
针对发电机定子的振动问题，本文采用了激光测振仪对定子绕组端部的振动进行了实验测量。在测量过程中，将激光测振仪的激光指向定子绕组端部，通过反射光信号获得振动信号，并对信号进行了分析，得到了其主要频率和振幅。
二、研究结果
1.数值模拟结果
通过有限元模型的分析，得到了发电机定子的模态和频率响应图，如图1所示。
图1发电机定子的模态和频率响应图
从图1中可以看出，发电机定子在几个主要频率上显示出振动响应，其中频率为20Hz、41Hz和58Hz的振动模式最为明显。
2.实验测量结果
通过激光测振仪对发电机定子绕组端部进行了实验测量，得到了其振动信号，如图2所示。
图2发电机定子绕组端部的振动信号
从图2中可以看出，定子绕组端部振动信号主要集中在20Hz、41Hz和58Hz三个频率上，其中20Hz的振幅最大。
三、分析和讨论
通过以上的数值模拟和实验测量，我们可以对发电机定子绕组端部的振动特性进行分析和讨论。从结果可以看出，定子绕组端部的振动频率主要集中在20Hz、41Hz和58Hz三个主要频率上，这些频率与定子本身的结构特性以及工作环境的影响有关。其中，20Hz的振动频率可能与发电机旋转和电磁激