基于复杂扰动的水电机组与厂房振动传导研究

【摘要】：随着电站规模、水头、容量的提高,机组与厂房结构尺寸越来越大,对机组的安全稳定运行要求逐渐提高,水电站的振动稳定性逐渐成为研究、制造、运行的关键课题。近年来,国内外一些高水头、大容量水电站的厂房结构出现了明显的振动问题,甚至发生破坏。这些实际问题的存在,使得厂房结构的振动机理研究更为紧迫。水电站长期处于强噪声工作环境,测量得到的参数伴随的扰动十分复杂,在振源相互耦合、结构强非线性的振动系统中,如何识别振源的成分、振动传递的具体路径,已成为目前水力发电领域的一个热点和难点。 本文围绕复杂扰动条件下水电站振动的传导问题展开研究,结合信号分析、随机振动和振动传导等理论,研究了复杂扰动条件下水电站水力振源竖向振动传导路径的分析理论与计算方法,探讨了水电站振动传导的梯度排序问题,提高了随机振动问题中扰动分析的准确性,为振动控制以及振动稳定性分析提供了理论支撑。论文主要研究内容和成果如下： (1)针对时域积分产生漂移以及频域积分累积误差较大的问题,结合水电站振动信号的特征,提出一种适用于水电站振动测试信号的二次积分算法。该算法以EMD分解为基础,利用其自适应滤波特性剔除频域积分所产生的趋势项误差。算例表明,该方法具有较高的计算精度,能够完整保留信号的频域特性,可用于工程实际。 (2)水电站工作运行时,噪声污染严重,使得各参数伴随大量由不同成因组成的扰动因素,单一扰动量不足以完整描述。针对该情况,本文提出采用双扰动形式,特别是同时包含乘性扰动、加性扰动的混合型扰动形式对各参数所含扰动量进行刻画,推导出相应的随机振动分析方法,并通过算例验证了可行性及有效性。 (3)在双扰动的基础上,进一步研究当扰动之间、参数之间的相关性以及同时存在两类相关性的结构随机振动问题,并推导出相应的计算方法。通过算例分析各类相关性对结构的影响,并最终应用于水电站水力振源竖向振动传递路径分析。算例表明,当随机参数较多时,参数之间的相关性不可忽略。 (4)在以往水力振源竖向振动分析模型的基础上引入顶盖子系统,建立了一个更为完善的、可用于振动传导分析的水电站水力振源竖向振动简化模型。在考虑质量、阻尼、刚度参数具有复杂扰动条件下,对竖向振动传递路径进行理论分析和数值计算,在频域内给出各竖向振动传递路径的传递率及其概率特征,并利用功率流方法相互印证。 【关键词】：水电站机组与厂房结构 测试信号积分方法 EMD 随机参数结构 双扰动 双关联 振动传导 功率流
【学位授予单位】：大连理工大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TV312
【目录】：

• 摘要6-7
• Abstract7-9
• 目录9-12
• TABLE OF CONTENTS12-14
• 图表目录14-16
• 主要符号表16-18
• 1 绪论18-30
• 1.1 问题提出与研究意义18-19
• 1.2 国内外相关研究进展19-29
• 1.2.1 水电站振动环境特征19
• 1.2.2 测试信号积分方法研究现状19-21
• 1.2.3 结构振动分析中的扰动问题21-26
• 1.2.4 水轮发电机组和厂房振动传导研究进展26-29
• 1.3 本文主要研究思路与内容29-30
• 2 振动测试信号的积分算法30-45
• 2.1 引言30
• 2.2 时域、频域积分方法的误差分析30-32
• 2.2.1 时域积分法30-31
• 2.2.2 频域积分法31-32
• 2.3 基于EMD滤波的FFT积分算法32-34
• 2.3.1 经验模态分解(EMD)方法32-33
• 2.3.2 EMD的分解过程33-34
• 2.3.3 基于EMD滤波的FFT积分算法34
• 2.4 振动信号仿真研究34-38
• 2.4.1 周期信号仿真分析35-36
• 2.4.2 非平稳信号仿真分析36-38
• 2.5 实测信号处理38-44
• 2.6 结语44-45
• 3 基于两类扰动的随机参数结构分析45-65
• 3.1 引言45-47
• 3.2 经典随机参数结构分析47-51
• 3.2.1 含乘性扰动的随机参数结构分析47-49
• 3.2.2 含加性扰动的随机参数结构分析49-51
• 3.3 双扰动的随机参数结构分析51-58
• 3.3.1 双乘性扰动的随机参数结构分析51-54
• 3.3.2 双加性扰动的随机参数结构分析54-56
• 3.3.3 混合型扰动的随机参数结构分析56-58
• 3.4 算例分析58-64
• 3.4.1 单自由度振动系统58-61
• 3.4.2 多自由度振动系统61-64
• 3.5 结论64-65
• 4 基于相关性的随机参数结构分析65-87
• 4.1 引言65-66
• 4.2 基于扰动相关的随机参数结构分析66-73
• 4.2.1 各扰动形式修正方法66-69
• 4.2.2 算例分析69-73
• 4.3 基于参数相关的随机参数结构分析73-80
• 4.3.1 各扰动形式修正方法74-76
• 4.3.2 算例分析76-80
• 4.4 基于两类相关性的随机参数结构分析80-86
• 4.4.1 各扰动形式修正方法80-82
• 4.4.2 算例分析82-86
• 4.5 结论86-87
• 5 水电站水力振动传导路径分析87-107
• 5.1 引言87-88
• 5.2 引入顶盖子系统的简化模型88-90
• 5.3 基于两类相关性混合型扰动的水电站振动传导路径排序90-93
• 5.4 基于功率流方法的水电站振动传导分析93-96
• 5.5 算例分析96-105
• 5.5.1 基于单扰动的传递路径排序分析98-100
• 5.5.2 基于两类相关性混合型扰动的传递路径排序分析100-103
• 5.5.3 基于功率流的传递路径排序分析103-105
• 5.6 结论105-107
• 6 结论与展望107-111
• 6.1 结论与创新点107-109
• 6.2 创新点摘要109-110
• 6.3 研究展望110-111
• 参考文献111-122
• 攻读博士学位期间科研项目及科研成果122-123
• 致谢123-124
• 作者简介124-125

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