水轮发电机组轴系非线性动力特性分析及振动机理研究 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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张雷克 编

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• 水轮发电机组
• 轴系振动
• 非线性动力学
• 振动机理
• 动力特性
• 水工机械
• 振动分析
• 有限元分析
• 故障诊断
• 稳定性分析

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出版社： 中国水利水电

ISBN：9787517055228

商品编码：15127413242

开本：16

出版时间：2017-06-01

基本信息

• 商品名称：水轮发电机组轴系非线性动力特性分析及振动机理研究
• 作者：张雷克
• 定价：42
• 出版社：中国水利水电
• ISBN号：9787517055228

其他参考信息（以实物为准）

• 出版时间：2017-06-01
• 印刷时间：2017-06-01
• 版次：1
• 印次：1
• 开本：16开
• 页数：

目录

前言
1 绪论
1.1 水轮发电机组振动的工程背景及研究意义
1.2 非线性转子动力学研究概况
1.2.1 转子—轴承系统研究
1.2.2 密封系统研究
1.2.3 故障转子系统研究
1.3 水轮发电机组振动研究
1.3.1 临界转速
1.3.2 机械因素
1.3.3 电磁因素
1.3.4 水力因素
1.3.5 水—机—电耦合因素
1.3.6 机组—厂房耦联振动
1.4 本书主要研究内容
2 转子—轴承—密封系统数学模型及其分析方法
2.1 引言
2.2 转子非线性动力系统的一般数学表述
2.3 非线性动力系统的基本理论
2.3.1 非线性系统的特点
2.3.2 稳定性理论及分岔的基本概念
2.4 常微分方程的数值求解方法
2.5 非线性外激励数学模型
2.5.1 碰摩模型
2.5.2 非线性油膜力模型
2.5.3 密封力模型
2.5.4 不平衡磁拉力模型
2.6 非线性特征的分析方法
2.6.1 时域方法
2.6.2 频域方法
2.6.3 轴心轨迹
2.6.4 Poincare映射
2.6.5 分岔图
2.6.6 Lyapunov指数
3 水轮发电机组主轴系统非线性动力特性分析
3.1 引言
3.2 机组轴系统动力学模型
3.3 机组轴系动力特性分析
3.3.1 转速对系统振动的影响
3.3.2 轴承刚度对系统振动的影响
3.3.3 密封间隙对系统振动的影响
3.4 结论
4 水轮发电机组转子一轴承系统在不平衡磁拉力作用下横向振动分析
4.1 引言
4.2 不平衡磁拉力计算方法
4.3 机组转子一轴承系统在不平衡磁拉力和油膜力作用下振动特性分析
4.3.l水轮发电机组转子一轴承非线性系统
4.3.2 系统运动微分方程
4.3.3 数值仿真
4.4 结论
5 不平衡磁拉力作用下水轮发电机组碰摩转子系统弯曲振动分析
5.1 引言
5.2 水轮发电机组转子一轴承碰摩系统
5.3 数值模拟和分析
5.3.1 转子质量偏心的影响
5.3.2 励磁电流的影响
5.3.3 定子径向刚度的影响
5.4 结论
6 不平衡磁拉力作用下水轮发电机组碰摩转子系统弯扭耦合振动分析
6.1 引言
6.2 水轮发电机组碰摩转子弯扭耦合振动模型及其运动微分方程原理
6.2.1 电磁扭矩
6.2.2 碰摩摩擦力矩
6.2.3 系统运动微分方程
6.3 数值模拟和分析
6.3.1 励磁电流对系统弯振的影响
6.3.2 质量偏心对系统弯振的影响
6.3.3 励磁电流对系统扭振的影响
6.4 结论
7 水轮机转轮一密封系统非线性动力稳定性研究
7.1 引言
7.2 自激振动特征及机理描述
7.2.1 自激振动基本特征
7.2.2 水封结构介绍
7.2.3 水轮机自激振动机理分析
7.3 水轮机密封系统动力特性分析
7.3.1 公式推导变换
7.3.2 水轮机转轮一密封系统运动微分方程
7.3.3 稳定性分析
7.3.4 计算结果及分析讨论
7.4 结论
参考文献

《水轮发电机组轴系非线性动力特性分析及振动机理研究》图书简介 引言 水轮发电机组作为现代电力系统中至关重要的核心设备，其稳定、高效的运行直接关系到电网的安全与可靠。在复杂多变的工况下，轴系作为水轮发电机组的“血脉”，其动力学特性对整机性能的影响不容忽视。传统的线性动力学模型在描述轴系复杂行为时往往显得力不从心，尤其是在面对高负荷、大变工况以及可能出现的外部干扰时，轴系的非线性动力特性及其可能引发的振动问题，已成为制约机组安全运行的关键瓶颈。本书正是基于这一深刻的认识，深入探讨水轮发电机组轴系的非线性动力特性，并对振动机理进行系统深入的研究，旨在为水轮发电机组的运行、设计、维护提供更为精准、可靠的理论指导与技术支撑。 研究背景与意义 水轮发电机组的轴系是一个由转子、轴承、联轴器等多个部件构成的复杂系统。在实际运行过程中，由于材料的非线性特性、边界条件的复杂性、激振源的多样性以及运行工况的动态变化，轴系的动力学行为呈现出显著的非线性特征。例如，轴承的油膜力随转速、载荷的变化而变化，其非线性特性对轴系的振动模式和稳定性有着至关重要的影响；联轴器在传递扭矩过程中可能出现的间隙、摩擦等现象，也会引入非线性因素；此外，水轮机的水力激励、发电机电磁激励，以及外部环境的震动等，都可能与轴系的固有特性发生耦合，引发复杂的共振或混沌振动。 非线性动力学研究的引入，为理解和分析这些复杂现象提供了强大的工具。通过建立更接近实际的非线性动力学模型，我们可以揭示传统线性模型难以解释的振动行为，如倍频振动、分岔现象、混沌振动等，这些现象一旦发生，将可能导致机组的性能下降、效率降低，甚至造成严重的设备损坏。因此，深入研究水轮发电机组轴系的非线性动力特性，阐明其振动机理，对于提高机组的运行可靠性、延长设备寿命、优化运行策略、降低运行成本，乃至提升整个电力系统的稳定性与安全性，都具有极其重要的理论和实践意义。 本书内容概述 本书将从多个维度，系统地展开对水轮发电机组轴系非线性动力特性及振动机理的研究，力求构建一个全面、深入的理论框架。 第一部分：理论基础与模型建立 非线性动力学基础理论回顾： 本部分将扼要回顾非线性动力学中的核心概念与数学工具，如相空间、吸引子、分岔理论、混沌理论等，为后续的深入分析奠定理论基础。重点将阐述非线性系统与线性系统的本质区别，以及非线性动力学研究在机械工程领域的重要应用。 水轮发电机组轴系结构与动力学建模： 详细介绍水轮发电机组轴系的典型结构，包括转子、导轴承、推力轴承、联轴器等的组成及其在动力学模型中的作用。在此基础上，将重点讨论如何构建轴系的非线性动力学模型。这包括： 转子动力学模型： 考虑转子的质量分布、刚度、阻尼以及可能出现的轴不对中、不平衡等引起的非线性因素。 轴承非线性动力学模型： 深入分析不同类型轴承（如径向滑动轴承、球形调心推力轴承等）的油膜动力学特性，建立描述其载荷-位移-阻尼-刚度关系的非线性方程。重点关注油膜阻尼的非线性效应、空穴现象、动压效应等。 联轴器非线性动力学模型： 考虑联轴器间隙、摩擦、弹性变形等引入的非线性特性，特别是在传递扭矩过程中的动态响应。 多体系统耦合建模： 将上述各部件的非线性动力学模型进行有效耦合，构建整个轴系的整体非线性动力学模型。这将涉及多体动力学方法、有限元方法等在非线性建模中的应用。 外部激振源的建模： 分析水轮发电机组运行过程中可能存在的各类激振源，如水力激励（不平衡水流、甩负荷等）、电磁激励（电网波动、不对称负荷等）、机械激振（转子不平衡、安装误差等）及其可能存在的非线性特性，并将其纳入整体动力学模型中。 第二部分：非线性动力学特性分析 非线性方程的求解方法： 介绍求解非线性常微分方程组的常用数值方法，如Runge-Kutta法、多步法等，并讨论其在轴系动力学分析中的适用性与精度要求。 稳态响应与非线性分析： 不同工况下的稳态响应分析： 利用建立的非线性模型，模拟分析机组在不同运行工况（如不同转速、不同负荷、不同水头）下的轴系响应，研究载荷、转速等参数变化对轴系位移、速度、加速度等的影响。 分岔分析： 运用分岔理论，研究当某些参数（如转速、阻尼、激励幅值）发生变化时，轴系动力学行为可能发生的突变，如周期运动向非周期运动的转变，混沌现象的出现等。可视化展示分岔图，揭示系统行为的演化规律。 混沌动力学分析： 深入研究轴系可能出现的混沌振动现象。通过计算李雅普诺夫指数、绘制相空间轨迹、Poincaré截面图等方法，定量表征混沌特性。分析混沌振动对机组运行稳定性的潜在威胁。 参数不确定性与鲁棒性分析： 考虑到实际工程中参数的不确定性（如材料参数、制造公差、运行磨损等），分析这些不确定性对轴系非线性动力学特性的影响，评估系统的鲁棒性，并提出相应的应对策略。 第三部分：振动机理研究与诊断 主要振动模式与激发机制： 结合非线性动力学分析结果，详细阐述轴系可能出现的各种典型振动模式，如不平衡激振、不对中激振、共振、次谐振、倍频振动、混沌振动等。深入分析不同模式的激发机制，明确非线性因素在其中的关键作用。 轴承润滑与振动耦合机理： 重点分析轴承油膜动力学特性如何影响轴系的振动。研究油膜不稳定（如油膜振荡）的发生条件，以及其对轴系整体动力学行为的放大效应。探讨润滑不良、油膜厚度变化等对振动的影响。 转子-轴承-基础系统的耦合振动： 考虑轴系与基础系统（如厂房、地基）之间的耦合效应，分析其对轴系振动的影响。特别是在共振条件下，这种耦合效应可能加剧振动幅值，增加损坏风险。 故障诊断与预警研究： 基于对振动机理的深入理解，提出有效的振动监测与故障诊断方法。探讨如何利用先进的信号处理技术（如FFT、小波分析、时频分析等）和机器学习算法，从监测到的振动信号中识别出潜在的故障模式，并进行预警。例如，通过识别混沌行为的早期迹象，提前预警可能发生的严重故障。 减振与控制策略研究： 结构优化与参数设计： 根据非线性动力学分析结果，提出轴系结构参数优化建议，例如合理设计轴的刚度、阻尼，选择合适的轴承类型与结构，优化联轴器参数等，以提高系统的非线性动力学性能。 主动与被动减振技术： 探讨应用主动减振器、隔振器等技术，降低轴系振动幅值，改善系统运行平稳性。研究针对特定非线性振动模式的有效控制策略。 运行策略优化： 基于对不同工况下轴系动力学特性的理解，提出最优运行策略，例如避开特定的不稳定运行区域，控制负荷和转速变化率等，以规避引发剧烈振动的条件。 第四部分：案例研究与工程应用 典型水轮发电机组轴系非线性动力学分析案例： 选择不同类型的水轮发电机组，利用本书提出的理论模型和分析方法，进行实际的案例研究。例如，分析某电站机组在甩负荷工况下的轴系瞬态响应，揭示其非线性振动特性。 仿真与实测数据对比分析： 将理论模型的仿真结果与实际运行中采集的振动监测数据进行对比分析，验证模型的准确性与可靠性，并根据实测数据对模型进行修正与完善。 工程应用与实践指导： 总结本书的研究成果，提炼出可直接应用于水轮发电机组设计、制造、安装、运行和维护过程中的工程建议和技术指南。例如，为设计人员提供轴系参数选取的参考依据，为运行人员提供安全运行的注意事项，为检修人员提供故障诊断的思路。 结论与展望 本书在深入研究水轮发电机组轴系非线性动力特性的基础上，系统阐述了其复杂的振动机理，并探索了有效的诊断与控制方法。通过理论建模、数值仿真与案例分析相结合，为提高水轮发电机组的安全、稳定、经济运行提供了重要的理论依据与技术支持。 未来研究将进一步聚焦于： 更精细化的模型： 发展更精确、更全面的非线性动力学模型，考虑更多影响因素，如材料疲劳、温度效应、润滑油性能变化等。 智能监测与诊断： 融合人工智能、大数据等技术，构建更加智能化的振动监测与故障预警系统，实现对轴系非线性动力学行为的实时、精准分析。 主动控制技术的进步： 探索更先进的主动减振与控制技术，实现对轴系非线性振动的实时干预与有效抑制。 多物理场耦合分析： 进一步研究水、电、磁、热、力等多物理场在轴系动力学行为中的耦合效应，为全面理解和优化机组性能提供更深层次的认识。 本书旨在为从事水轮发电机组设计、运行、维护的工程技术人员、科研院所的研究者以及相关专业的学生提供有价值的参考。希望本书的出版，能够进一步推动水轮发电机组非线性动力学领域的研究与应用，为国家能源事业的可持续发展贡献力量。

评分☆☆☆☆☆

我被《水轮发电机组轴系非线性动力特性分析及振动机理研究》这个书名深深吸引了。我总觉得，那些宏伟的水电工程奇迹，背后一定蕴含着对力学和工程学极致的探索。特别是在“非线性动力特性”这个概念上，我充满了遐想。我认为，这不仅仅是简单的物理定律在起作用，而是多种复杂因素相互交织，产生了许多难以用简单的线性模型来解释的现象。想象一下，巨大的水轮在奔腾的水流驱动下高速旋转，水流本身就不是均匀的，它会产生涡流，会带来压力波动。这些不规则的水流作用在转轮叶片上，就会产生非均匀的力，进而引起轴系的振动。而轴系本身，由许多精密的部件组成，它们的相互作用，比如轴承的摩擦、联轴器的连接、甚至是材料本身的弹性形变，都可能随着振动的频率和幅度而改变其性质。这种“非线性”就像是一个潘多拉的魔盒，一旦被打开，就可能释放出无穷无尽的复杂动力学行为。我非常好奇，这本书会如何深入地剖析这些错综复杂的“非线性”源头，是如何用科学的语言来描述这些动态的、变化中的系统行为，从而揭示那些隐藏在水轮发电机组高效运行背后的奥秘。

评分☆☆☆☆☆

《水轮发电机组轴系非线性动力特性分析及振动机理研究》——仅仅是书名，就给我一种深邃而严谨的感觉。作为一名对工程技术充满好奇的普通读者，我尤其被“振动机理”这个词吸引。在我看来，振动是机械设备运行过程中一个普遍存在却又极其令人头疼的问题。它不仅仅会影响设备的效率，更可能预示着潜在的危险。而对于像水轮发电机组这样庞大的精密设备，其轴系的振动，其背后一定隐藏着诸多复杂的因素。我设想，这本书会深入探究这些因素，比如水流的冲击、转子的不平衡、轴承的摩擦以及材料的疲劳等，是如何相互作用，最终引发难以预测的振动模式。更让我着迷的是“非线性”这个概念，它意味着这些振动的产生和演化并非简单的线性规律所能概括，而是充满了复杂性与耦合。我想象着作者如何运用严谨的科学方法，剖析这些复杂的动力学行为，并揭示出隐藏在背后的深层机理，为理解和控制水轮发电机组的振动提供理论依据。

评分☆☆☆☆☆

《水轮发电机组轴系非线性动力特性分析及振动机理研究》这个书名，听起来就充满了挑战与深度。作为一名对工程技术抱有好奇的读者，我特别被“非线性动力特性”所吸引。在我的理解中，现实世界中的许多系统，特别是大型机械系统，其运行往往不是简单的线性关系，而是充满了各种复杂的耦合和反馈。这就像是风吹过树叶，树叶的摆动并不是简单的随风而动，而是受到树枝的弹性、风力的大小和方向、甚至周围其他树叶的影响，形成一连串复杂的、不可预测的运动。水轮发电机组的轴系，我猜想也是如此。它不仅仅是简单的旋转，水流的冲击、转子的质量分布、轴承的配合精度、甚至周围环境的温度变化，都可能对它的动力学特性产生非线性的影响。我渴望了解这本书会如何运用先进的数学模型和分析方法，去揭示这些隐藏在庞大设备内部的“非线性”奥秘，是如何将这些复杂而又微妙的现象，用科学的语言清晰地呈现出来。

评分☆☆☆☆☆

《水轮发电机组轴系非线性动力特性分析及振动机理研究》这个书名，如同一个神秘的入口，让我对水力发电的深层技术奥秘充满了期待。我之所以被它吸引，是因为“非线性动力特性”这个词组，它似乎暗示着一种超越简单线性规律的复杂性。我理解，在庞大的水轮发电机组系统中，很多因素都可能导致其轴系的运行行为呈现出非线性的特征。例如，水流本身就存在着复杂的湍流效应，它对转轮的冲击并非恒定不变；轴承在不同工况下的摩擦特性也可能随着速度和载荷的变化而呈现非线性；材料的疲劳和形变也可能引入非线性效应。这些因素相互叠加，使得轴系的动力学行为变得难以预测，甚至可能引发失稳。我非常想知道，这本书是如何通过严谨的数学建模和分析方法，来捕捉和解析这些复杂的非线性行为，是如何揭示出那些隐藏在水轮发电机组高效稳定运行背后的深层机理。

评分☆☆☆☆☆

这本书的题目《水轮发电机组轴系非线性动力特性分析及振动机理研究》一下子就抓住了我的好奇心，尤其是我对“非线性”这三个字特别敏感。在我的认知里，很多现实世界中的现象都不是简单的线性关系，而是充满了各种复杂的互动和反馈。尤其是在大型旋转机械中，一点点微小的扰动，或者说是参数的微小变化，都可能导致系统发生巨大的、甚至是灾难性的变化。我想象中的这本书，会从最基础的物理原理出发，逐步构建起描述水轮发电机组轴系动力学行为的数学模型。它可能不仅仅会介绍一些经典的振动理论，比如简谐振动、阻尼振动，更会深入探讨那些让系统行为难以预测的非线性因素。比如，轴承的间隙、材料的滞弹性、水流的脉动性，甚至是转子在高速旋转中可能出现的微小不平衡，在放大效应下，都会使得原本以为的简单运动变得复杂莫测。作者一定花费了大量的心血，去捕捉和解析这些“非线性”的蛛丝马迹，并将其转化为严谨的数学公式和理论框架。这对于我这样一个对理论模型感兴趣的读者来说，无疑是一场智力上的盛宴，它会让我有机会窥探工程设计背后那深邃的数学逻辑。

评分☆☆☆☆☆

这本书的名字着实吸引了我——《水轮发电机组轴系非线性动力特性分析及振动机理研究》。光看书名，我就感觉这绝对不是一本轻松愉快的读物，而是一本充满学术深度和技术挑战的著作。作为一名对水力发电技术怀揣浓厚兴趣的普通读者，我脑海中立刻浮现出那些宏伟的水电站，巨大的转轮在奔腾的水流驱动下缓缓旋转，空气中弥漫着一种力量与工程智慧的融合。我常常想象，在这庞大的机械结构背后，究竟隐藏着多少不为人知的科学奥秘？特别是“非线性动力特性”和“振动机理”这两个词，让我觉得这本书触及到了工程领域最核心、也最复杂的问题之一。振动，在任何机械系统中都是一个令人头疼的存在，它不仅会影响设备的运行效率，更可能导致严重的损坏，甚至安全事故。而在水轮发电机组这种规模巨大、工况复杂、运行条件多变的巨型设备中，其轴系的振动就更加难以捉摸。我想，这本书一定深入剖析了那些导致振动的深层原因，比如材料的疲劳、轴承的磨损、叶片的不均匀受力，甚至是水流本身的湍流效应，是如何引发一系列复杂的非线性耦合振动的。它可能不仅仅是在描述现象，更是在揭示这些现象背后的数学模型和物理规律。

评分☆☆☆☆☆

看到《水轮发电机组轴系非线性动力特性分析及振动机理研究》这个书名，我脑海中立刻浮现出水电站那震撼人心的景象，以及背后隐藏的精妙工程技术。尤其“振动机理”这四个字，让我觉得这本书触及到了机械工程最核心、也最让人头疼的问题之一。我想象中的振动，绝非仅仅是简单的摇晃，而可能是一种复杂而微妙的动力学响应，它可能是由多种因素叠加造成的，例如水流的脉动压力、转子在高速旋转中的微小不平衡、轴承的磨损以及材料的弹性形变等。这些因素之间相互作用，可能引发一系列复杂的共振现象，从而对设备的稳定运行和寿命产生严重影响。我非常好奇，作者是如何深入剖析这些看似微不足道的因素，是如何将它们的影响量化，并最终揭示出其背后的“振动机理”。更何况，“非线性”这个词，让我感觉这本书并非停留在表面的描述，而是要揭示那些超越简单线性规律的复杂动力学行为，这本身就极具挑战性和吸引力。

评分☆☆☆☆☆

这本书的题目——《水轮发电机组轴系非线性动力特性分析及振动机理研究》，一下子就勾起了我对工程技术背后复杂科学的兴趣。我总是觉得，那些宏伟的水电站，不仅仅是钢筋混凝土的堆砌，更是无数科学家和工程师智慧的结晶。而“非线性动力特性”这个词，更是让我觉得这本书一定触及到了一个非常深入的层面。我理解，所谓的“非线性”，意味着系统内部的相互作用非常复杂，微小的变化就可能导致巨大的结果。在水轮发电机组这样庞大而精密的设备中，轴系是能量传输的关键，它的任何一点异常都可能被放大。我猜想，书中会详细地探讨，例如水流的冲击力在不同状态下的变化、转子在高速旋转中可能产生的微小不平衡、轴承的磨损程度对支撑刚度的影响，甚至是材料本身的弹性极限等等，这些因素是如何共同作用，使得轴系的动力学行为不再是简单的线性响应，而是充满了各种意想不到的复杂性。

评分☆☆☆☆☆

《水轮发电机组轴系非线性动力特性分析及振动机理研究》这个名字，让我立刻联想到那些在水电行业默默付出的工程师们，他们面对的不仅仅是钢筋水泥的宏伟建筑，更是错综复杂的力学难题。我之所以对这本书产生浓厚的兴趣，是因为“振动机理”这四个字。振动，似乎是机械系统不可避免的“宿命”，它可能悄无声息地侵蚀着设备的性能，甚至潜藏着巨大的安全隐患。特别是对于像水轮发电机组这样庞大而精密的大型设备，其轴系的振动，其背后一定隐藏着许多不为人知的复杂原因。我想，这本书一定不仅仅停留在现象的描述，而是会深入到问题的根源。它可能会剖析水流的冲击、转子的不平衡、轴承的磨损、材料的疲劳等等，这些因素是如何相互作用，最终引发难以预测的振动模式。我更加好奇的是，作者是如何将这些复杂的物理现象，转化为严谨的数学模型和动力学方程，并通过“非线性”的视角去解析。这种对深层机理的探究，远比表面的性能描述更具价值，它能够为实际的工程设计和维护提供更科学、更有效的指导。

评分☆☆☆☆☆

当我看到《水轮发电机组轴系非线性动力特性分析及振动机理研究》这个书名时，一种敬畏感油然而生。我想象中的这本书，是一部关于工程智慧与自然力量博弈的深刻论述。特别是“非线性动力特性”这个词，让我觉得它触及到了工程学中最具挑战性的领域之一。我理解，“非线性”意味着系统的行为并非简单的比例关系，微小的输入变化可能导致巨大的输出差异，这种不可预测性使得分析和控制变得异常困难。而对于水轮发电机组这样庞大而复杂的系统，其轴系无疑是承载着巨大能量的关键环节。我猜想，书中会详细探讨各种可能导致非线性行为的因素：比如水流的复杂湍流、转子在高速旋转中可能出现的微小变形、轴承在不同载荷和速度下的非线性摩擦特性，甚至可能包括材料本身在长期运行中发生的微观结构变化。我想象着作者是如何捕捉这些复杂现象，并用严谨的数学工具去描述它们，从而揭示出那些隐藏在水轮发电机组高效平稳运行背后的深层动力学规律。