CN106980713A - 一种基于底载分配的大型结构件调频方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于大型结构件调频技术领域，具体涉及一种基于底载分配的大型结构件调频方法，目的在于解决大型结构体结构共振问题，提供一种无需改变原有设计，操作简单的固有频率调节方法。本发明是基于底载分配的大型结构件调频方法，通过调整阶梯型承载垫片改变底载分配以调整固有频率，其固有频率调整范围大，根据某大型发电机固有频率调整实例，其频率调整范围达到初始固有频率的6％，具有较高的工程实用价值。本发明利用大型结构件自重调整底载分配，未改变其原有结构设计，简单易行。本发明通过调节垫片实现底载的改变，经济型好，尺寸精度高且容易控制，能满足工程要求。

Description

一种基于底载分配的大型结构件调频方法

技术领域

本发明属于大型结构件调频技术领域，具体涉及一种基于底载分配的大型结构件调频方法。

背景技术

以发电机组为代表的大型旋转设备，单机容量日益增大，振动控制问题对其运行安全、可靠性至关重要。典型的发电机机体外部结构如图1所示，包括垫片、底脚支撑筋板、底脚支撑和氢冷器。当发电机机体结构固有频率接近其工作频率时，将诱发结构共振，导致振动超标，威胁发电机组运行安全，同时机壳长期受共振应力作用，容易发生疲劳失效，必须加以控制。调整发电机机体结构固有频率，使其远离工作频率，可有效解决此类问题。

现有的调频思路，一般需要改变原有设计，修正系统的质量、刚度参数，以达到调整固有频率的目的。例如：“一种涡轮整体叶盘叶片固有频率调整结构及方法”(201410403055.7)、“一种振动筛固有频率调节方法及装置”(201310611051.3)、“一种惯性导航组件隔振系统固有频率调整方法”(201410008611.0)。然而对于大型发电机组，由于其机壳庞大，通常需要大幅调整结构，方能改变发电机机体结构固有频率，对现场已投产设备可实施性差。

发明内容

本发明的目的在于解决大型结构体结构共振问题，提供一种无需改变原有设计，操作简单的固有频率调节方法。

本发明是这样实现的：

一种基于底载分配的大型结构件调频方法，具体包括如下步骤：

步骤1：对发电机结构体进行模态测试以得到频率响应曲线，根据频响曲线计算各阶固有频率f；

步骤2：对比发电机机体结构固有频率f和工作频率f₀，判定共振状态及共振阶数，即第k阶结构共振频率f_k接近工作频率f₀，并利用模态分析软件计算其k阶振型；

步骤3：使用电阻应变计进行发电机机体底部载荷分配测试，本实验在机体四组底脚支撑共布置64个测点，通过64个测点测得底脚支撑应力应变，将该测量值处理换算成底部载荷分配比例；

步骤4：建立发电机机组有限元模型，并基于步骤3测试得到的真实底部载荷分配和步骤2得到的固有频率参数修正模型，然后改变其底载分配以调整固有频率；

步骤5：基于步骤4得到的有限元仿真结果，将其应用于工程实践，对结构件添加阶梯型承载垫片，改变底部载荷分配，以使固有频率远离工作频率。

如上所述的步骤4，具体包括如下步骤：

(1)利用Ansys workbench软件的静力学分析模块，按照发电机机组实际工况设定边界条件和接触类型，模拟真实底部载荷分配情况；

(2)基于静力学分析模块的分析结果，利用Ansys workbench软件的模态分析模块，对结构体进行预应力模态分析，计算其第k阶固有频率f_k和k阶振型；

(3)利用Ansys workbench软件对结构体模型添加阶梯型承载垫片，调整垫片尺寸以改变底部载荷分配，并复核f_k是否远离工作频率f₀，若不满足，继续调节垫片尺寸至满足要求，即f_k与f₀的差值在5％以上，并通过Ansysworkbench软件计算最终底部载荷调整幅值a和固有频率调整幅值b。

如上所述的步骤5，改变底部载荷分配的方式为：按照底部载荷调整幅值a定量改变底部载荷分配，使得固有频率按照幅值b发生变化，以使其远离工作频率。

本发明的有益效果是：

(1)本发明是基于底载分配的大型结构件调频方法，通过调整阶梯型承载垫片改变底载分配以调整固有频率，其固有频率调整范围大，根据某大型发电机固有频率调整实例，其频率调整范围达到初始固有频率的6％，具有较高的工程实用价值。

(2)本发明利用大型结构件自重调整底载分配，未改变其原有结构设计，简单易行。

(3)本发明通过调节垫片实现底载的改变，经济型好，尺寸精度高且容易控制，能满足工程要求。

附图说明

图1是现有发电机机体外部结构图；

图2是发电机频响曲线；

图3是发电机初始底部载荷分配比例；

图4是发电机调整前固有频率及振型；

图5发电机最终底载分配比例；

图6是发电机最终固有频率及振型。

其中：1.垫片，2.底脚支撑筋板，3.底脚支撑，4.氢冷器。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进行进一步描述。

本发明涉及某发电机机体结构固有频率接近工作频率而诱导的共振问题，通过对发电机底载分配的调整，有效降低了其固有频率，避开了共振现象。在实际运用过程中，具体步骤如下：

步骤1：对发电机结构体进行模态测试以得到频率响应曲线(如图2)，根据频响曲线计算各阶固有频率f。

步骤2：对比发电机机体结构固有频率f和工作频率f₀，判定共振状态及共振阶数(第k阶结构共振频率f_k接近工作频率f₀)，并利用模态分析软件计算其k阶振型。

步骤3：使用电阻应变计进行发电机机体底部载荷分配测试，本实验在机体四组底脚支撑共布置64个测点，通过64个测点测得底脚支撑应力应变，将该测量值处理换算成底部载荷分配比例(如图3所示，机体共分为A、B、C和D四个承载区域，其具体分区结构参见图1)。

步骤4：建立发电机机组有限元模型，并基于步骤3测试得到的真实底部载荷分配和步骤2得到的固有频率参数修正模型(发电机机体结构如图1)，然后改变其底载分配以调整固有频率，具体步骤分以下三步：

(1)利用Ansys workbench的Static Sructural(静力学分析模块)，按照发电机机组实际工况设定边界条件和接触类型，模拟真实底部载荷分配情况。

(2)基于静力学分析模块的分析结果，利用Ansys workbench的Modal(模态分析模块)，对结构体进行预应力模态分析，计算其第k阶固有频率f_k和k阶振型(其有限元仿真图如图4)。

(3)利用Ansys workbench对结构体模型添加阶梯型承载垫片，调整垫片尺寸以改变底部载荷分配(最终底载分配比例如图5)，并复核f_k是否远离工作频率f₀，若不满足，继续调节垫片尺寸至满足要求，即f_k与f₀的差值在5％以上(最终k阶固有频率及振型如图6)，并通过Ansys workbench计算最终底部载荷调整幅值a和固有频率调整幅值b。

步骤5：基于步骤4得到的有限元仿真结果(最终底部载荷调整幅值a和固有频率调整幅值b)，将其应用于工程实践，对结构件添加阶梯型承载垫片，按照底部载荷调整幅值a定量改变底部载荷分配，使得固有频率按照幅值b发生变化，以使其远离工作频率。在本实例中，其二阶结构固有频率有效避开了工作频率，消除了结构共振现象。

以上所述仅是本发明的优选实施方案，在此说明：由于大型结构件通常过于庞大，底载调整实验操作困难，耗时耗力，所以首先利用Ansys对结构体进行仿真实验，为实际工程操作提供数据支撑，减少底载分配调整工序，其有限元仿真在本发明中仅作为优化手段，非必要步骤。基于本发明原理的方法改进和结构调整，都将视为本发明的保护范围。

Claims (3)

1.一种基于底载分配的大型结构件调频方法，具体包括如下步骤：

步骤1：对发电机结构体进行模态测试以得到频率响应曲线，根据频响曲线计算各阶固有频率f；

步骤2：对比发电机机体结构固有频率f和工作频率f₀，判定共振状态及共振阶数，即第k阶结构共振频率f_k接近工作频率f₀，并利用模态分析软件计算其k阶振型；

步骤3：使用电阻应变计进行发电机机体底部载荷分配测试，本实验在机体四组底脚支撑共布置64个测点，通过64个测点测得底脚支撑应力应变，将该测量值处理换算成底部载荷分配比例；

步骤4：建立发电机机组有限元模型，并基于步骤3测试得到的真实底部载荷分配和步骤2得到的固有频率参数修正模型，然后改变其底载分配以调整固有频率；

步骤5：基于步骤4得到的有限元仿真结果，将其应用于工程实践，对结构件添加阶梯型承载垫片，改变底部载荷分配，以使固有频率远离工作频率。

2.根据权利要求1所述的基于底载分配的大型结构件调频方法，其特征在于：所述的步骤4，具体包括如下步骤：

(1)利用Ansys workbench软件的静力学分析模块，按照发电机机组实际工况设定边界条件和接触类型，模拟真实底部载荷分配情况；

(2)基于静力学分析模块的分析结果，利用Ansys workbench软件的模态分析模块，对结构体进行预应力模态分析，计算其第k阶固有频率f_k和k阶振型；

(3)利用Ansys workbench软件对结构体模型添加阶梯型承载垫片，调整垫片尺寸以改变底部载荷分配，并复核f_k是否远离工作频率f₀，若不满足，继续调节垫片尺寸至满足要求，即f_k与f₀的差值在5％以上，并通过Ansys workbench软件计算最终底部载荷调整幅值a和固有频率调整幅值b。

3.根据权利要求2所述的基于底载分配的大型结构件调频方法，其特征在于：所述的步骤5，改变底部载荷分配的方式为：按照底部载荷调整幅值a定量改变底部载荷分配，使得固有频率按照幅值b发生变化，以使其远离工作频率。