THEORY AND EXPERIMENT ON THE VISCOUS HEATING OF FLUID DAMPER UNDER SHOCK ENVIRONMENT

A specially designed fluid damper used as negative shock pulse generator in the shock resistance test system to dissipate the shock input energy in transient time duration is presented. The theoretical modeling based on the three-dimensional equation of heat transfer through a fluid element is created to predict the viscous heating in the fluid damper under shock conditions. A comprehensive experimental program that investigates the problem of viscous heating in the fluid damper under different shock conditions is conducted on the shock test machine to validate the analytical expression. Temperature histories for the fluid within the damper at two locations, the annular-oriflce and the-end-of stroke of the damper, are recorded. The experimental results show that the theoretical model can offer a very dependable prediction for the temperature histories in the damper for increasing input velocity. The theoretical model and experimental data both clearly indicate that the viscous heating in the damper is directly related to the maximum shock velocity input and the pressure between the two sides of the piston head.

双目标优化与生成对抗网络结合的框架结构阻尼器布置方案智能设计方法

为实现框架结构的阻尼器智能化布置,结合减震设计原理和智能算法,采用双目标优化算法和生成对抗网络算法分别进行阻尼器竖向和水平智能布置研究,并将该方法应用到两个框架结构减震设计工程案例中。在框架结构减震设计中,采用双目标优化算法进行阻尼器竖向布置,并与逐层逼近法、工程师设计和非减震设计进行对比,结果表明,采用该优化算法得到的阻尼器竖向布置方案能有效降低层间位移角和楼层加速度,提高结构的抗震性能。在确定各楼层的阻尼器数量后,利用训练好的生成对抗网络生成模型,可快速、自动地选择和确定各楼层阻尼器的平面安装位置,生成的平面布置与工程师设计的平面布置在相似性差异度综合评价指标上小于临界值0.1,说明两者相似度较高,且有利于提高原结构的抗扭能力。将双目标优化算法与生成对抗网络相结合,不仅能满足框架结构的减震性能目标,而且可实现阻尼器布置方案的智能设计,提升减震工程设计效率。

带支撑广义Maxwell粘弹性阻尼耗能结构风振响应分析

工程中粘弹性阻尼器的安装通过支撑与结构进行连接,但在安装粘弹性阻尼器的耗能结构随机响应分析中,为了简化计算过程,将支撑的刚度看作无穷大或者忽略支撑刚度的影响。实际上,对支撑刚度的影响加以考虑更能符合工程实际。针对考虑支撑刚度影响的粘弹性阻尼耗能结构风振响应分析过程复杂的问题,提出了一种求解考虑支撑影响的广义Maxwell粘弹性阻尼耗能结构基于Davenport谱风振响应的简明解析解法。在广义Maxwell粘弹性阻尼器微分型本构模型基础上,给出了考虑支撑刚度的粘弹性阻尼器等效本构关系。将粘弹性阻尼器等效本构关系与结构运动方程联立,采用复模态法将其解耦,获得结构风振响应的统一表达式。将耗能结构在Davenport风速谱下的系列响应功率谱密度函数分解为频域响应函数与Davenport功率谱密度函数的乘积形式,基于随机振动理论中谱矩的定义,对响应功率谱密度函数积分后获得无积分项的系列响应谱矩表达式。在算例中通过与虚拟激励法计算结果对比,验证了所提解法的准确性,并分析了支撑刚度在耗能系统中的影响。

基于MRD优化布置的水轮发电机组碰摩系统振动抑制

针对水轮发电机组转子-转轮系统碰摩故障问题,采用磁流变液阻尼器(magneto-rheological damper,MRD)对轴系振动进行抑制,旨在探究MRD对机组轴系振动的影响规律及其对系统碰摩故障的抑制效果。首先,将机组轴向位置函数引入MRD非线性动力学模型,推导了碰摩故障下含轴向分布参数的MRD-转子-转轮系统动力学方程。其次,基于数值模拟方法,以机组转速为控制参数对比分析了是否考虑MRD的转子-转轮系统非线性动力学行为。最后,研究了不同MRD轴向布置参数对碰摩转子-转轮系统动力学行为的影响。研究结果表明:MRD的加入对转子、转轮非稳态运动具有良好约束作用,能够显著减小转子、转轮振动幅值,有效避免了机组轴系碰摩故障的发生;当阻尼器位置参数s_(1)、s_(2)分别取0.25与0.95时,MRD对系统的减振效果最佳。通过在机组轴系合理布置MRD,可有效改善系统振动情况,从而为水轮发电机组振动控制提供有益指导。

井下涡轮发电机轴系减振阻尼器设计与分析

提出一种新型阻尼器以减小基础激励下发电机的轴承力,该阻尼器由周向油膜的挤压效应与端面节流流道的节流效应协同产生阻尼,端面节流流道采用特斯拉阀结构,具有一定单向导通性,既可产生正向阻尼,又可减小油液反流阻力,缓解油膜空化问题;采用内置密封储油腔,整体结构紧凑。对阻尼器结构进行设计,采用数值方法研究阻尼特性及减振性能。结果表明:阻尼系数总体上具有一定非线性,但在低速低频区具有良好的线性度;阻尼器显著减小基础摆动产生的惯性载荷,与未安装阻尼器的对照组相比,径向轴承力下降至53.51%,支撑刚性下降至0.038倍,轴系径向振动位移和速度增长至14.63倍,但二者之积仍小于1,说明支撑刚性下降导致的轴系振动位移增长趋势被抑制,轴系得以有效减振。

振动能量采集型磁流变阻尼器发电性能研究

为了解决磁流变阻尼器对外部电源的过度依赖以及避免其断电失效的风险,设计了一种结构简单、可实现振动能量采集的磁流变阻尼器。该阻尼器由基于磁流变效应的减振装置和基于电磁感应原理的发电装置组成。首先,基于磁路欧姆定理建立了电磁感应发电装置的振动能量采集数学模型;其次,应用MATLAB软件进行发电装置发电性能分析,研究了装置发电性能与结构设计变量之间的关系;接着,采用COMSOl软件对2种不同永磁体组结构的发电装置进行了电磁仿真分析与对比,重点分析了发电装置永磁体组高度对发电性能的影响;最后,仿真分析了不同振动频率和幅值对装置发电性能的影响。结果表明:在一定范围内,感应线圈绕线槽高度值与发电性能指标值基本呈线性关系,永磁体组高度、导磁垫片高度与绕线筒径向厚度均存在最优值。无论在何种频率或幅值振动激励下,永磁体组高度为30 mm的发电装置单线圈感应电压的峰值比永磁体组高度为20 mm的大42.5%左右,输出功率峰值大22.3%左右。研究结果可为提高振动能量采集型磁流变阻尼器发电性能提供参考。

一起隐极同步发电机转子阻尼绕组烧损故障的检测与处理

针对灵活性运行方式下发电机转子故障日趋增多的问题,以某台148.5 MVA汽轮发电机为例,介绍了启机过程中出现的轴振爬升情况,轴振与有功功率的相关性明显强于无功功率和励磁电流,重复脉冲法试验结果显示转子匝间绝缘性能存在下降趋势。转子返厂解体后,发现护环内阻尼绕组存在明显的烧损现象。该案例是典型的转子阻尼绕组烧损故障案例,采用的检测判断方法和故障处理经验对相关人员具有一定的借鉴作用。

同步发电机不对称运行工况阻尼绕组电流的计算

现代水轮发电机都装设阻尼绕组,阻尼绕组电流计算的准确程度会直接影响到发电机运行性能的研究。尤其在发电机不对称运行时,阻尼绕组受负序磁场所感生的电流会对发电机的运行性能产生很大的影响。因此在研究发电机不对称运行工况时,如何准确计算阻尼绕组电流就显得尤为重要。该文利用场路耦合法计算了同步发电机在极端不对称运行工况下的阻尼绕组电流。通过建立阻尼绕组端部数学模型,考虑了端部磁场非线性对阻尼绕组电流的计算结果所带来的影响。同时也利用传统对端部磁场的处理方法计算了同步发电机不对称运行时的阻尼绕组电流。利用1台可以直接测量阻尼绕组电流实时值的试验样机对2种方法的计算结果分别进行了验证。结果表明,当发电机端部磁场饱和比较严重时,例如发电机极端不对称运行工况,该文的计算方法更适用于阻尼绕组电流的计算。

设置支撑的广义Maxwell阻尼器系统基于非平稳巴斯金谱的地震响应分析

对设置支撑的广义Maxwell阻尼器单自由度减震系统非平稳随机地震响应问题进行了系统的研究。首先,建立设置支撑广义Maxwell阻尼器的等效本构关系,将设置支撑广义Maxwell阻尼器转化为不带支撑的等效阻尼器;然后,采用传递函数法,直接在耗能结构原始空间上,获得减震系统在非零初始条件和任意激励下结构整体系统(含支撑和阻尼器的位移、速度以及受力,结构位移与速度)的时域瞬态响应精确解;最后,针对2种经典均匀调制四参数巴斯金谱地震激励,获得了减震系统的结构整体系统非平稳响应解析解。所获得的结构系统时域瞬态响应精确解和非平稳地震响应解析解,可为结构系统各构件建立抗震反应谱设计法和动力可靠度提供分析路径。

使用磁流变阻尼器的大型汽轮发电机定子端部绕组振动控制

为控制大型二极汽轮发电机定子端部绕组产生的强迫振动,提出了基于磁流变阻尼器端部绕组的减振方法。将端部绕组及支撑结构简化为等效均质连续的三维板壳组合模型,采用Sig-moid力学模型计算阻尼器的阻尼力,建立了加装磁流变阻尼器的端部绕组的振动控制方程,通过直接积分法计算了电磁力作用下某大型汽轮发电机定子端部绕组加装磁流变阻尼器前后的振动响应。计算结果表明,磁流变阻尼器使端部绕组中径向、轴向动应力幅值分别降低了17.3%、55.9%,采用磁流变阻尼器是控制发电机端部绕组振动的一种有效方法。

大型水轮发电机多回路模型的合理简化

适用于分析电机定子绕组内部不对称的多回路模型已成功用于发电机的主保护设计。多回路模型一般表达为含有时变系数的微分方程组,需要借助计算机求得数值解,其计算时间会随方程维数的增加而急剧增长。而大型水轮发电机由于极数多,多回路模型中的阻尼回路数目很大,造成方程维数过高,短路计算耗时过长而无法满足内部短路主保护设计的需要,必须对其多回路模型进行合理的简化。本文对阻尼回路的2种简化方法进行了深入分析和仿真计算,指出等效d轴和q轴阻尼绕组模型应用于电机内部短路计算时,物理概念上存在缺陷,且会造成过大的误差、在工程上无法容许：而近似阻尼笼的处理方法既能满足工程精度要求,又可节省计算时间。

基于C-P谱分析设置支撑的广义Maxwell阻尼器系统完全非平稳地震响应

对设置支撑的广义Maxwell阻尼单自由度减震系统完全非平稳随机地震响应问题进行了系统的研究。首先,建立设置支撑广义Maxwell阻尼器的等效本构关系,用积分微分方程实现结构时域非扩阶建模;然后,采用传递函数法,直接在耗能结构原始空间上获得减震系统在任意激励和非零初始条件下结构位移、速度和阻尼器受力、受力速率的时域瞬态响应解析解;最后,基于地震动的强度非平稳和频率非平稳,采用Conte和Peng所提出的完全非平稳地震动功率谱模型,获得减震系统的结构位移、速度和阻尼器受力、受力速率的完全非平稳响应解析式。所获得的结构系统时域瞬态响应解析解和完全非平稳地震响应解析式,可为建立结构系统各构件抗震动力可靠度和基于模态叠加的反应谱抗震设计法提供分析路径。

阻尼绕组对凸极同步发电机空载电势波形的影响

采用二维瞬态涡流场有限元法,对装有阻尼绕组的凸极同步发电机的空载电势波形进行了计算,分析了阻尼绕组节距对空载电势波形的影响。结果表明,阻尼绕组可以削弱定子齿谐波分量,而对与阻尼绕组节距有关的谐波分量则有加强作用。

大型贯流式水轮发电机阻尼绕组损耗与发热

为了深入研究大型贯流式水轮发电机阻尼绕组的损耗和发热规律,建立了发电机二维电磁场和转子三维温度场有限元模型,考虑了电磁场时变、运动、非线性等因素对损耗的影响以及转子铁芯各向异性导热性能和磁极迎风面、背风面散热性能差异对发热的影响。在此基础上,以东方电机股份有限公司生产的36 MW贯流式水轮发电机为例,针对不同工况、结构和材料,对阻尼绕组的损耗和温度进行了综合计算和对比分析,并与实测数据进行了比较。结果表明,该模型计算精度高,发电机设计合理,研究结论对探讨大型贯流式水轮发电机阻尼绕组的损耗发热规律、改进其设计、提高发电机与电网的运行可靠性具有参考价值。

自供电式汽车磁流变减振器特性研究

针对现有磁流变减振器自供电装置结构复杂、机电转换效率低能等问题,提出一种运用滚珠丝杠驱动的盘式永磁发电机的能量采集器。介绍盘式永磁发电机的结构和原理;运用software Maxwell 3D软件分析发电机气隙磁密,理论计算出发电机基本机电能量转换关系;建立了盘式发电机的电磁有限元模型,用仿真软件对所设计的电机空载负载输出电压进行研究;制作了样机,对盘式永磁发电机分别进行定转速激励和正弦激励测试其机电转换性能;研究带有能量采集器的磁流变减振器在正弦激励下阻尼力特性。试验结果表明该盘式永磁电机能够为磁流变减振器提供所需的电能。

阻尼绕组对同步发电机三相短路电流的影响

为深入研究阻尼绕组对同步发电机三相短路电流的影响,从磁势与电流关系的角度分析了同步发电机突然三相短路的物理过程,以及阻尼绕组对短路电流的影响机理。基于MATLAB/Simulink搭建了有无阻尼绕组同步发电机机端突然三相短路的仿真模型,并对定/转子短路电流的各个分量进行了仿真研究。仿真实验结果表明,阻尼绕组改变了暂态磁通对应的磁路,增大了定子短路电流,减小了转子短路电流,加速了能量的衰减。

广义Maxwell阻尼器高层结构随机风振响应解析法

为解决设置广义Maxwell阻尼器的非定常耗能结构在随机风荷载作用下的随机响应采用传统方法比较繁琐及精度不高的问题,针对此类结构提出基于传递函数法的精确分析方法。首先,用微分积分混合方程组建立了结构的动力运动方程;其次用传递函数法及巴斯金相关函数的随机风振激励模型,获得了结构用第一振型表达的时域瞬态位移响应非扩阶解析解;然后,根据获得的解析解,运用随机振动方法获得了该类型耗能结构第一振型下的随机风振响应及楼层处等效静态风荷载设计取值的解析解,最后通过算例计算显示:设置阻尼器后结构的位移减少约36.7%,同时与数值方法计算结果完全吻合,证明了本文方法的优越性。由于采用巴斯金相关函数的随机风振激励模型,本文方法可以应用其他诸如地震、路面不平等激励下的振动响应。

基于欧拉公式的宽频谐波谐振稳定性评估法

分布式电站宽频谐波谐振现象描述与稳定性评估之间尚存矛盾:馈线模型的复数双曲函数特征是准确描述上述现象的必备条件,但上述函数使经典稳定性分析法无从适用。为此,该文利用欧拉公式将上述函数等价变换,建立系统时域特征根与频率的直接联系;进而,稳定性评估转化为特征根在复平面上随频率变化的运动问题。评估表明:1)随系统频率递增,当主导极点从s右半平面至上而下穿越负实轴时,非主导极点与零点无法严格对消,引起非主导极点上的留数过大,系统欠稳;2)合理选取协调阻尼器控制参数,可限制特征根跟随系统频率变化的运动范围,确保宽频范围内系统时域性能的不变性。最后,搭建了分布式电站模拟实验平台,验证协调阻尼器控制参数选取的合理性。

液压脉冲发生器机理与非线性特征分析

提出了一种具有非线性刚度特性的液压冲击脉冲发生器,该发生器采用缝隙和小孔组合节流产生的阻尼来吸收消耗高速运动负载的动能,以获得设定的脉冲波形;建立了脉冲发生器工作机理的力学模型,并对其机械特性进行了数值仿真分析预测。分析结果表明脉冲发生器具有如下特性:负载自适应性好,瞬间耗能和缓冲制动效果显著;冲击脉冲的脉宽和幅值调节方便;适用于重载高速紧急制动并对制动过程有控制要求的场合。

带整流负载同步发电机的数字仿真(Ⅲ)——稳态波形和特性

本文比较了对两台带整流负载同步发电机的数字仿真结果和实验结果。所比较的变量有电枢相电压和相电流、励磁电流、负载电流以及阻尼条电流。运行状态包括额定负荷、负荷调节后的稳态及励磁调节后的稳态。此外,还比较并讨论了这两台发电机的负荷调节特性。