汽轮发电机组-基础系统动力特性的研究

    0　引言

    在对大型汽轮发电机组-基础系统进行动力特性现场测试研究时,普遍存在实验工作量大、实验周期长、投资大等问题,这给机组-框架式基础系统动力特性的研究带来很大的困难,而模型试验研究是解决此问题的一条有效途径,即建立一个便于试验的模型来代替实物原型进行试验,然后从模型试验结果推算出相应的实物原型动力特性参数,这将是机组框架式动力特性研究中一种经济有效的方法[1]。当然,要采用模型试验的方法来研究汽轮发电机组-框架式基础系统的动力特性,如果只采用简单的几何类比法,难以得到合理、准确的研究结果,必须建立汽轮发电机组-框架式基础系统模型和实物原型之间的动力特性相似关系,从而使模型试验结果能较准确地推算出工程实物原型的动力特性,使模型设计和试验具有科学分析的依据。

    作者对机组-框架式基础系统模化过程的动力特性相似准则进行研究,分别采用量纲分析法和方程分析法建立机组-框架式基础系统模化过程的动力特性相似准则,根据动力特性相似准则建立了某600MW汽轮发电机组-框架式基础系统的1∶20模型试验台,并在模型试验台上进行了动力特性试验,然后,利用建立的动力特性相似准则关系推算出机组-框架式基础系统实物原型结构的动力特性。

    1　机组-框架式基础系统模化过程的动力特性相似准则研究

    1.1　基于量纲分析法的相似准则的建立

    根据机组-框架式基础系统的动力特性和结构特点,可知相关的主要物理量有:激振力P、几何尺寸1、时间t、弹性模量E、泊松比υ、材料密度ρ、位移响应u、频率f。选取激振力P、几何尺寸1、时间t3个物理量为基本物理量,则根据相似第二定理(П定理)[2,3],可建立如下的函数关系式

    如果采用FLT力制系统,把(1)式具体化到量纲矩阵上,可得

    因为(1)式所代表的5个方程都是量纲齐次的,借助于上面给出的量纲矩阵,可以建立起与(1)式中各因变物理量(即E、υ、ρ、u、f)相对应的5个П项。

　　根据相似第二定理(П定理)可知,П关系式具有这样的特性:任何两个(或多个)П项的代数转换,如乘、除、加、减、提高或降低幂次,都不会改变原关系式的函数性质[4]。因此,可得以下关系式

　　假设机组-框架式基础系统模型和原型之间的特征参数关系式如下(脚标符号F代表机组-框架式基础系统原型,脚标符号M代表机组-框架式基础系统模型):

则由(7)式可得机组-框架式基础系统模型和原型之间的固有频率关系式为

　　由(8)式可得机组-框架式基础系统模型和原型之间的位移响应关系式为