本書針對該類機械的設計與運行過程中設計的機械結構動力學、轉子動力學、“流體-結構”耦合動力學等方面的理論及分析方法進行較為系統地探討，較為全面地反映目前葉片式流體動力機械的動力學分析體系和發展趨勢。
葉片式流體機械是指以流體為工作介質和能量載體并通過葉輪葉片進行能量轉換的旋轉機械設備，主要包括葉片式泵、水輪機、壓縮機、風機、汽輪機、燃氣輪機、風力機等。在現代電力工業中絕大部分發電量是由葉片式流體動力機械承擔的，其中汽輪機、燃氣輪機和風力機約占70%，水輪機約占30%。葉片式流體工作機械作為通用機械，據統計，總用電量中約1／3是用于驅動泵、風機和壓縮機的。葉片式流體機械是一類應用極為廣泛的旋轉機械設備，在國民經濟的很多領域中起著極為重要的作用。葉片式流體機械廣泛應用于電力工業、水利工程、動力工程、市政工程、制冷與低溫工程、化學工業、石油工業、鋼鐵工業、采礦工業、航空航天工業等領域。
隨著各應用領域的不斷發展，對葉片式流體機械產品的性能、可靠性、開發周期等提出了更高的要求。根據能量傳遞的方向不同，可以將葉片式流體機械分為原動機（如水輪機、汽輪機、燃氣輪機、風力機）和工作機（如泵、壓縮機）。原動機將流體的能量轉換為機械能，工作機則將機械能轉換為流體的能量。無論是葉片式原動機還是工作機都在向大型、高速、大功率方向發展，運行工況也非常復雜，其動力學特性方面引起的問題也越來越多、越來越嚴重。該類機械的設計與運行過程中除需要解決傳統的結構靜力學和流體動力學問題外，還涉及復雜的機械結構動力學、“流體一結構”耦合動力學、轉子動力學、轉子一支撐系統的動力學等動力學設計和分析問題。在傳統的葉片式流體機械研究中，將其動力學問題主要歸為流體動力學、結構動力學和轉子動力學三大類來研究，結構動力學和轉子動力學問題有所交叉，流體動力學相對獨立。但是在實際工程中，這三大類相互融合并對機組的動力學特性產生相互影響。大型機組的支撐系統動力特性對轉子和機組結構的動力學特性影響巨大。在運行過程中，“流體一結構”耦合引起的動力學特性非常復雜，流體引起的振動、噪聲、運行穩定性等動力學問題也需要深入研究。
動力學分析與數值仿真技術是現代葉片式流體機械的性能參數提高和可靠性保證的技術基礎。葉片式流體機械動力學是一個涉及機械、流體、結構、測試、傳熱和電磁等多領域的綜合與交叉學科。葉片式流體機械的動力學主要研究方法包括理論分析、試驗分析和數值模擬分析，隨著葉片式流體機械的數字化設計理論及技術研究開發的不斷深入，數值模擬分析已成為主要的手段。本書針對該類機械在設計與運行過程中涉及的機械結構動力學、轉子動力學、“流體一結構”耦合動力學等方面的理論及分析方法進行較為系統地探討。針對設計與運行過程中這些動力學問題的分析特點和一些工程實例，根據內容的相關性和緊密程度，全書共分10章。第0章是緒論，主要介紹葉片式流體機械設計與運行過程中涉及的動力學、主要研究內容和研究方法，較為全面地介紹工程中目前葉片式流體機械的動力學分析體系和發展趨勢；第1章針對葉片式流體機械結構和運行特點，介紹其結構動力學和振動分析方法，為其后動力學分析的基礎；第2章針對葉片式流體機械中的主要振源，討論在運行過程中來自流體誘發、機械不平衡、電磁和系統其他方面產生的激振力及振動特征，為后續各章計算分析考慮載荷等奠定基礎；第3章針對葉片式流體機械中的“流體一結構”耦合問題，介紹目前廣泛采用的分離法來求解流固耦合問題的實現方法，并以混流式葉輪動態應力分析的流固耦合數值模擬與實測為例說明在工程中的應用；第4章在第1章基礎上介紹考慮流體機械流固耦合問題的結構模態分析及數值模擬方法，以水輪機轉輪、水泵葉輪、水輪機座環為例說明結構模態分析在工程問題中的應用，以某核主泵機組的地震安全校核計算為例，介紹地震譜分析在葉片式流體機械工程中的應用；第5章針對大型葉片式流體機械廣泛采用的液膜軸承作為轉子支撐系統，討論導軸承、密封等動力學特性的數值模擬分析方法；第6章針對葉片式流體機械轉子的結構和受力特點，介紹其轉子動力學分析的內容和數值模擬方法，以一個立式水輪發電機組轉動部件和一個汽輪發電機組轉子的振動模態、轉子穩定性及諧響應分析、瞬態分析等轉子動力學特性計算分析為例說明在工程問題中的應用；第7章是針對葉片式水力機械的水壓脈動與水力振動特征分析專題，討論葉輪與導葉之間的動靜干擾、尾水管的低頻渦帶、葉道渦及過流部件的繞流體產生的高頻卡門渦及空化噪聲而引起的壓力脈動的主要特征及間隙不均勻、壓力管道系統等引起的水力振動特征和數值模擬分析；第8章結合水電機組的振動狀態監測，介紹葉片式流體機械振動特性的測量分析方法；第9章是基于軸系仿真模型的水電機組振動分析系統專題，介紹根據大型立式水輪發電機組結構特點，綜合應用葉片式流體機械動力學分析建立適當的機組軸系動力學仿真模型，開發出水電機組振動仿真分析系統，基于仿真模型來研究機組動力學性能以及各種振動故障的產生原因。
收起全部↑
賴喜德，1962年9月出生，先后獲華中理工大學流體機械及工程工學碩士學位及華中科技大學機械工程工學博士學位。四川省學術和技術帶頭人、享受國務院政府特殊津貼專家、國家二級教授。現任西華大學教授，動力工程及工程熱物理、水利工程碩士生導師；西華大學學術委員會委員、流體及動力機械教育部重點實驗室學術委員會委員、《西華大學學報》編委；四川省自動化學會理事、自動化與計算機輔助技術專委會副主任，四川水力發電工程學會水力機械專委會副主任；中國農業機械學會排灌機械分會委員，中國機械工業標準化技術協會排灌專業委員會委員；國家自然科學基金評審專家，國內外多個期刊論文審稿人。
自1982年大學本科畢業以來，先后在東方電氣集團東方電機有限公司及西華大學等單位從事科研和教學工作。曾先后八次到德國、美國、加拿大、瑞士、韓國、巴西、澳大利亞等國家進行短期的技術合作并在日本山口大學和美國加州大學圣地哥分校研修。負責或主研完成了多項國家“八五”和“九五”重大科技攻關項目及國家自然科學基金重大項目。負責完成省部級以上科研項目10余項、大型企業委托科研項目40余項，并有10余項通過國家及省部級鑒定或驗收，已獲國家科技進步二等獎1項，部省級科技進步二、三等獎4項，地市級科技進步一等獎2項。已在國內外公開發表學術論文170余篇（SCI、EI收錄50余篇），2007年出版《葉片式流體機械的數字化設計與制造》專著1部，培養碩士和博士研究生80余人。
徐永，1984年1月出生，先后獲得華中科技大學計算數學專業碩士及系統分析與集成專業博士學位，博士期間師從于李朝暉教授、賴喜德教授。現任四川大學流體機械及工程專業講師，為ASME（美國機械工程師學會）會員，中國電機工程學會會員。兼任國家自然科學基金評審人、《Journal of Vibration and Control》、《ASME Journal of Vibration and Acoustics》等雜志論文審稿人。主要從事大型水輪發電機組振動故障機理及故障診斷方法研究。曾于德國短期訪問一次，負責國家青年自然科學基金項目1項，負責或作為主要參與人完成省部級縱向科研課題及企業委托科研項目10余項。已在國內外公開發表學術論文10余篇（SCI、EI收錄5篇）。
第0章 緒論
0．1 葉片式流體機械的特點與動力學問題
0．2 葉片式流體機械動力學的主要研究內容
0．3 葉片式流體機械動力學的研究方法
0．4 葉片式流體機械動力學的研究現狀與發展趨勢
參考文獻
第1章 葉片式流體機械結構動力學分析基礎
1．1 葉片式流體機械承受的主要載荷與結構振動響應
1．2 葉片式流體機械結構振動的分類
1．3 結構振動的力學模型
1．3．1 單自由度系統振動的力學模型
1．3．2 多自由度系統振動的力學模型
1．4 振動數據處理與分析方法
1．4．1 振動數據的分類及一般分析方法
1．4．2 穩態振動數據的分析方法
1．4．3 變工況運行時的振動分析方法
參考文獻
第2章 葉片式流體機械的振動特征
2．1 葉片式流體機械運行中的主要激振力
2．2 流體誘發的振動特征
2．2．1 流體的脈動壓力等引起的振動
2．2．2 間隙流動不均等引起的振動
2．2．3 葉片式氣體機械的氣流激振
2．3 機械和結構引起的振動特征
2．3．1 主軸彎曲不直或有撓度
2．3．2 機組轉動部件的質量不平衡
2．3．3 機組轉動部件與靜止部件的碰摩
2．3．4 支撐系統剛度不足引起的振動
2．3．5 導軸承軸瓦間隙大
2．3．6 推力軸承的推力頭松動乖推力瓦不平
2．4 其他原因引起的振動
2．4．1 電磁原因引起的振動
2．4．2 轉子熱變形引起的振動
參考文獻
第3章 葉片流體機械的流固耦合動力學分析
3．1 葉片式流體機械的流固耦合動力學分析模型
3．1．1 流體動力學控制方程
3．1．2 流固耦合動力學控制方程
3．2 流固耦合分析的實現方法
3．3 水輪機中的流固耦合動力學分析實例
3．3．1 針對給定工況的葉輪流固耦合動力學分析
3．3．2 水輪機啟動過程的流固耦合動力學分析
參考文獻
第4章 葉片流體機械的結構動力學分析
4．1 結構動力學的有限元分析方法
4．1．1 結構運動方程的有限元模型
4．1．2 模態分析的有限元方程
4．1．3 模態分析特征值的求解方法
4．2 混流式水輪機葉輪的模態分析實例
4．2．1 模態的數值計算分析
4．2．2 模態的實驗分析
4．3 水泵水輪機葉輪的模態及振動分析實例
4．4 軸流式水輪機固定導葉因卡門渦引起的振動分析實例
4．5 軸封式核主泵的地震響應譜分析實例
4．5．1 反應譜理論
4．5．2 軸封式核主泵機組建模
4．5．3 核主泵機組的模態分析
4．5．4 核主泵機組的地震譜響應分析
參考文獻
第5章 葉片式流體動力機械的轉子支撐系統動力學分析
5．1 轉子支撐系統的動力特性分析理論與方法
5．1．1 雷諾方程及其求解
5．1．2 導軸承及密封的液膜動力特性分析模型
5．1．3 推力軸承及基座的動力特性分析模型
5．1．4 軸承動力特性計算分析軟件簡介
5．2 導軸承動力特性計算分析實例
5．2．1 水導軸承
5．2．2 上、下導軸承
5．3 密封動力特性計算實例
5．3．1 定子與轉子間的密封形式
5．3．2 直通形迷宮密封分析模型
5．3．3 各影響因素對密封動力特性的影響分析
參考文獻
第6章 葉片式流體機械的轉子動力學分析
6．1 轉子動力學的研究內容與發展
6．2 轉子動力學計算分析模型
6．3 轉子動力學計算分析方法
6．3．1 傳遞矩陣法簡介
6．3．2 有限元法簡介
6．4 水輪發電機組轉子動力學計算分析實例
6．4．1 機組主要參數及分析工況
6．4．2 機組轉動部件的幾何建模及有限元網格
6．4．3 數值計算分析中的約束、載荷施加
6．4．4 機組的轉子動力學計算分析
6．5 汽輪機組的軸系動力學計算分析實例
參考文獻
第7章 葉片式水力機械的水壓力脈動與水力振動
7．1 葉片式水力機械的水壓力脈動特征
7．2 水壓力脈動特征與運行工況關系
7．3 尾水管中渦帶引起的低頻壓力脈動
7．3．1 水輪機尾水管中的渦帶
7．3．2 尾水管渦帶引起的壓力脈動
7．3．3 尾水管中渦帶的數值模擬及壓力脈動預測
7．4 水輪機葉輪中葉道渦引起的壓力脈動
7．4．1 葉道渦的特點
7．4．2 葉道渦的數值模擬分析
7．5 葉片式水力機械中的動靜干涉引起的壓力脈動
7．5．1 動靜葉柵干涉引起的壓力脈動
7．5．2 葉輪流道幾何不對稱引起的壓力脈動
7．5．3 殼體流道的不均勻流場引起的壓力脈動
7．5．4 動靜葉柵干涉引起的壓力脈動數值模擬
7．6 馮·卡門渦列引起的壓力脈動
7．6．1 馮·卡門渦列產生及引起的壓力脈動特點
7．6．2 受馮·卡門渦影響的水力機械過流部件
7．6．3 葉片式水力機械中卡門渦流動數值模擬
7．7 間隙流動不均等引起的水力振動
7．7．1 葉輪密封導致的失穩
7．7．2 上冠／下環側腔的影響
7．8 壓力管道系統引起的水力振動
參考文獻
第8章 葉片式流體機械的振動狀態監測與分析
8．1 葉片式流體機械振動狀態監測儀器與分析系統
8．1．1 流體機械振動監測的一般要求及監測方法
8．1．2 振動監測系統的構成
8．1．3 振動監測方式
8．2 某貫流式水電機組轉動部件的振動離線監測分析
8．2．1 測點布置及試驗工況
8．2．2 機組的振動測試結果及分析
8．2．3 機組離線振動測試分析結論
8．3 某軸流式水電機組轉動部件的振動在線監測分析
8．3．1 某電廠及其在線監測系統概況
8．3．2 水電機組的振動穩定性在線監測系統
8．3．3 部分工況的在線振動監測分析
參考文獻
第9章 基于軸系動力學仿真的水電機組振動分析系統及應用
9．1 基于仿真模型的故障診斷及設備健康狀態評價
9．1．1 基于仿真模型的故障診斷方法
9．1．2 基于仿真模型的設備健康狀態評價方法
9．2 水電機組振動仿真分析系統的建立
9．2．1 振動仿真分析系統的構成
9．2．2 軸系動力學模型的建立
9．2．3 基于軸系仿真模型的水電機組振動仿真分析系統
9．3 基于軸系仿真模型的水電機組振動分析系統的應用
9．3．1 考察和分析工況變化對軸系振動特性的影響
9．3．2 模擬實際振動試驗
9．3．3 仿真水力不平衡對機組振動特性的影響
參考文獻
新書資訊