本文關(guān)鍵詞： 水輪發(fā)電機組軸系 Volterra系統(tǒng) 盲辨識 高階累積量 混合遺傳算法 剪切效應(yīng) 隨機激勵 動力響應(yīng)　出處：《昆明理工大學(xué)》2015年博士論文　論文類型：學(xué)位論文

【摘要】：水輪發(fā)電機組是水電站起能量轉(zhuǎn)換作用的核心部分,其軸系的振動直接影響機組的安全運行和水電站的整體性能。因此,對于水電站水輪發(fā)電機組軸系振動及盲辨識的研究具有重要的工程實用價值。本文依托國家自然科學(xué)基金重點項目(50839003)、國家自然科學(xué)基金項目(51279071)、高等學(xué)校博士學(xué)科點專項科研基金(20135314130002),以水輪發(fā)電機組軸系為研究對象,對其進行振動及盲辨識方面的研究,以期對水輪發(fā)電機組軸系的動力分析提供理論支持和數(shù)據(jù)參考。本文的主要研究內(nèi)容可歸納如下：(1)用有限元法分析了不同因素對水輪發(fā)電機組軸系振動特性的影響規(guī)律。提出了兩種高次單元。通過轉(zhuǎn)子動力學(xué)建立了水輪發(fā)電機組軸系振動的非線性模型,考慮了陀螺效應(yīng)、剪切效應(yīng)的影響以及水輪發(fā)電機組軸系的特點�；谟邢拊碚�,提出了用于軸系振動計算的三結(jié)點彈性軸段單元NODE3和考慮剪切效應(yīng)的三結(jié)點單元NODE3shear,得出了單元的運動方程和水輪發(fā)電機組軸系的運動方程。通過考例驗證了兩個單元的正確性,并將其應(yīng)用于某水輪發(fā)電機組軸系的計算中。得到了陀螺效應(yīng)、不同轉(zhuǎn)速、不同剛度對軸系振動渦動頻率、臨界轉(zhuǎn)速和計算精度的影響規(guī)律。計算結(jié)果表明,對水輪發(fā)電機組軸系而言,剪切變形對于軸系振動的自振頻率和臨界轉(zhuǎn)速均有一定的影響：當(dāng)軸的剛度較大時,必須考慮剪切效應(yīng),否則會帶來較大誤差。(2)提出了Volterra系統(tǒng)時域核參數(shù)的盲辨識方法和混合遺傳算法,實現(xiàn)了基于三階累積量的水輪發(fā)電機組軸系盲辨識。為了解決水輪發(fā)電機組軸系模型不易精確建立的問題,引入二階Volterra系統(tǒng)對其進行描述,以水輪機轉(zhuǎn)輪上的水力激勵作為系統(tǒng)的輸入信號,觀測到的水導(dǎo)軸承處的橫向擺度作為系統(tǒng)的輸出信號,建立了軸系的Volterra模型。為辨識該模型,將標(biāo)準(zhǔn)遺傳算法(SGA)與傳統(tǒng)的直接搜索法相結(jié)合,提出了系統(tǒng)時域核參數(shù)辨識的新方法——混合遺傳算法(HGA),研發(fā)了相應(yīng)的計算程序。通過三個數(shù)值試驗考核表明,HGA比SGA和傳統(tǒng)搜索方法更高效、更穩(wěn)定。針對水輪發(fā)電機組軸系水力激勵的輸入信號不可測得的難題,引入了基于三階累積量的盲辨識方法。其中,在計算輸出信號的三階累積量(三階矩)而需要確定大量系數(shù)時,提出了計算機循環(huán)判斷法,編寫了相應(yīng)的計算程序。利用三個數(shù)值試驗,分別使用Hammerstein模型和Volterra模型,考查了不同的信噪比、不同記憶長度、不同采樣長度的影響,證明了盲辨識方法具有很高的計算效率和很強的普適性。最后對于水輪發(fā)電機組軸系的時域核進行了盲辨識,考慮了不同工況,得到了該水輪發(fā)電機組軸系的時域核參數(shù)。為解決水力激勵難以表達的問題,根據(jù)辨識出的時域核參數(shù)及觀測(輸出)信號,提出了反向遞推方法,來近似求出系統(tǒng)的輸入信號,并用數(shù)值試驗證明了反向遞推法的可行性。經(jīng)過驗證,反向遞推求出的輸入信號可以近似作為系統(tǒng)的隨機激勵施加于水輪發(fā)電機組軸系的轉(zhuǎn)輪上,以此作為軸系動力學(xué)分析中的水力激勵。(3)分析了水輪發(fā)電機組軸系在復(fù)雜作用下的動力響應(yīng)。建立了水輪發(fā)電機組軸系的計算模型,考慮了隨機水力激勵、非線性油膜力、機械不平衡力、不平衡磁拉力等的作用,推導(dǎo)了軸系的動力學(xué)方程,根據(jù)求解結(jié)果分析了軸系轉(zhuǎn)速、質(zhì)量偏心、勵磁電流以及隨機水力激勵大小等機械、電磁、水力參數(shù)對于軸系動力響應(yīng)的影響。結(jié)果發(fā)現(xiàn),水輪機轉(zhuǎn)輪上作用的隨機水力激勵(零均值、獨立同分布信號)對于上導(dǎo)軸承、發(fā)電機轉(zhuǎn)子影響甚微,對于下導(dǎo)軸承有一定影響,對于水導(dǎo)軸承和水輪機轉(zhuǎn)輪影響較大,且隨著隨機激勵的加強,此影響也隨之變大。(4)對某水電站4#機組軸系進行了原型觀測和數(shù)據(jù)處理。介紹了某水電站的水輪發(fā)電機組軸系。對于觀測數(shù)據(jù)進行了分析繪圖,并對這些觀測數(shù)據(jù)進行了濾波處理,以便進行系統(tǒng)盲辨識。進一步地,將辨識得到的輸出數(shù)據(jù)與實際機組運行中的振動情況作比較,以檢驗辨識系統(tǒng)的準(zhǔn)確性、辨識方法的可靠性、以及反向遞推求解水力激勵方法的可行性。
[Abstract]:Based on the finite element theory , the influence of different factors on the vibration characteristics of the shaft system of hydro - generator sets is studied . The results show that the shear deformation has some influence on the self - vibration frequency and critical speed of the shaft system of the hydro - generator set . The results show that the shear deformation has some influence on the self - vibration frequency and critical speed of the shafting vibration . A blind identification method based on three - order cumulant is introduced in this paper , which is based on three - order cumulant . ( 3 ) The dynamic response of the shaft system of turbine generator set is analyzed . The calculation model of shaft system of turbine generator set is established . The influence of random hydraulic excitation , nonlinear oil film force , mechanical unbalance force and unbalanced magnetic pull force is established .

【學(xué)位授予單位】：昆明理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TM312

【參考文獻】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 肖黎;張詠梅;;大型水輪機組瞬態(tài)動力時程響應(yīng)分析[J];長江科學(xué)院院報;2008年01期

2 竇衛(wèi)東;汽輪發(fā)電機組轉(zhuǎn)子油膜渦動原因分析[J];電力學(xué)報;2003年01期

3 周理兵,馬志云;大型水輪發(fā)電機不同工況下不平衡磁拉力[J];大電機技術(shù);2002年02期

4 韓鳳琴;余穎;吳家聲;久保田喬;;轉(zhuǎn)輪出流和尾水管入流的動態(tài)干涉[J];工程熱物理學(xué)報;2009年01期

5 郭玉杰;;可傾瓦軸承損傷的振動特征及診斷[J];軸承;2010年01期

6 宋承祥;德宮·健男;杉下·懷夫;;水輪機卡門渦誘發(fā)振動分析研究[J];紅水河;2012年01期

7 李志和;李正光;孫維鵬;;不平衡磁拉力作用下偏心轉(zhuǎn)子的非線性振動[J];吉林大學(xué)學(xué)報(理學(xué)版);2011年03期

8 李忠剛;陳予恕;;迷宮密封三維流場動力學(xué)特性計算及研究[J];機械強度;2012年01期

9 黃志偉;周建中;賀徽;張孝遠;王常青;;不平衡磁拉力作用下裂紋轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的分岔[J];機械工程學(xué)報;2011年13期

10 孟志強,徐華,朱均;基于Poincare變換的滑動軸承非線性油膜力數(shù)據(jù)庫方法[J];摩擦學(xué)學(xué)報;2001年03期

相關(guān)博士學(xué)位論文 前1條

1 宋兵偉;混流式水輪機轉(zhuǎn)輪上冠間隙流誘發(fā)的軸系不穩(wěn)定性研究[D];大連理工大學(xué);2010年

，

本文編號：1487373