本文關(guān)鍵詞： 水輪發(fā)電機(jī)組軸系 Volterra系統(tǒng) 盲辨識(shí) 高階累積量 混合遺傳算法 剪切效應(yīng) 隨機(jī)激勵(lì) 動(dòng)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(jī)組是水電站起能量轉(zhuǎn)換作用的核心部分,其軸系的振動(dòng)直接影響機(jī)組的安全運(yùn)行和水電站的整體性能。因此,對(duì)于水電站水輪發(fā)電機(jī)組軸系振動(dòng)及盲辨識(shí)的研究具有重要的工程實(shí)用價(jià)值。本文依托國(guó)家自然科學(xué)基金重點(diǎn)項(xiàng)目(50839003)、國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(51279071)、高等學(xué)校博士學(xué)科點(diǎn)專項(xiàng)科研基金(20135314130002),以水輪發(fā)電機(jī)組軸系為研究對(duì)象,對(duì)其進(jìn)行振動(dòng)及盲辨識(shí)方面的研究,以期對(duì)水輪發(fā)電機(jī)組軸系的動(dòng)力分析提供理論支持和數(shù)據(jù)參考。本文的主要研究?jī)?nèi)容可歸納如下：(1)用有限元法分析了不同因素對(duì)水輪發(fā)電機(jī)組軸系振動(dòng)特性的影響規(guī)律。提出了兩種高次單元。通過轉(zhuǎn)子動(dòng)力學(xué)建立了水輪發(fā)電機(jī)組軸系振動(dòng)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(jī)組軸系的特點(diǎn)�；谟邢拊碚�,提出了用于軸系振動(dòng)計(jì)算的三結(jié)點(diǎn)彈性軸段單元NODE3和考慮剪切效應(yīng)的三結(jié)點(diǎn)單元NODE3shear,得出了單元的運(yùn)動(dòng)方程和水輪發(fā)電機(jī)組軸系的運(yùn)動(dòng)方程。通過考例驗(yàn)證了兩個(gè)單元的正確性,并將其應(yīng)用于某水輪發(fā)電機(jī)組軸系的計(jì)算中。得到了陀螺效應(yīng)、不同轉(zhuǎn)速、不同剛度對(duì)軸系振動(dòng)渦動(dòng)頻率、臨界轉(zhuǎn)速和計(jì)算精度的影響規(guī)律。計(jì)算結(jié)果表明,對(duì)水輪發(fā)電機(jī)組軸系而言,剪切變形對(duì)于軸系振動(dòng)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(shí),必須考慮剪切效應(yīng),否則會(huì)帶來較大誤差。(2)提出了Volterra系統(tǒng)時(shí)域核參數(shù)的盲辨識(shí)方法和混合遺傳算法,實(shí)現(xiàn)了基于三階累積量的水輪發(fā)電機(jī)組軸系盲辨識(shí)。為了解決水輪發(fā)電機(jī)組軸系模型不易精確建立的問題,引入二階Volterra系統(tǒng)對(duì)其進(jìn)行描述,以水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪上的水力激勵(lì)作為系統(tǒng)的輸入信號(hào),觀測(cè)到的水導(dǎo)軸承處的橫向擺度作為系統(tǒng)的輸出信號(hào),建立了軸系的Volterra模型。為辨識(shí)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(shí)域核參數(shù)辨識(shí)的新方法——混合遺傳算法(HGA),研發(fā)了相應(yīng)的計(jì)算程序。通過三個(gè)數(shù)值試驗(yàn)考核表明,HGA比SGA和傳統(tǒng)搜索方法更高效、更穩(wěn)定。針對(duì)水輪發(fā)電機(jī)組軸系水力激勵(lì)的輸入信號(hào)不可測(cè)得的難題,引入了基于三階累積量的盲辨識(shí)方法。其中,在計(jì)算輸出信號(hào)的三階累積量(三階矩)而需要確定大量系數(shù)時(shí),提出了計(jì)算機(jī)循環(huán)判斷法,編寫了相應(yīng)的計(jì)算程序。利用三個(gè)數(shù)值試驗(yàn),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(zhǎng)度、不同采樣長(zhǎng)度的影響,證明了盲辨識(shí)方法具有很高的計(jì)算效率和很強(qiáng)的普適性。最后對(duì)于水輪發(fā)電機(jī)組軸系的時(shí)域核進(jìn)行了盲辨識(shí),考慮了不同工況,得到了該水輪發(fā)電機(jī)組軸系的時(shí)域核參數(shù)。為解決水力激勵(lì)難以表達(dá)的問題,根據(jù)辨識(shí)出的時(shí)域核參數(shù)及觀測(cè)(輸出)信號(hào),提出了反向遞推方法,來近似求出系統(tǒng)的輸入信號(hào),并用數(shù)值試驗(yàn)證明了反向遞推法的可行性。經(jīng)過驗(yàn)證,反向遞推求出的輸入信號(hào)可以近似作為系統(tǒng)的隨機(jī)激勵(lì)施加于水輪發(fā)電機(jī)組軸系的轉(zhuǎn)輪上,以此作為軸系動(dòng)力學(xué)分析中的水力激勵(lì)。(3)分析了水輪發(fā)電機(jī)組軸系在復(fù)雜作用下的動(dòng)力響應(yīng)。建立了水輪發(fā)電機(jī)組軸系的計(jì)算模型,考慮了隨機(jī)水力激勵(lì)、非線性油膜力、機(jī)械不平衡力、不平衡磁拉力等的作用,推導(dǎo)了軸系的動(dòng)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(lì)磁電流以及隨機(jī)水力激勵(lì)大小等機(jī)械、電磁、水力參數(shù)對(duì)于軸系動(dòng)力響應(yīng)的影響。結(jié)果發(fā)現(xiàn),水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪上作用的隨機(jī)水力激勵(lì)(零均值、獨(dú)立同分布信號(hào))對(duì)于上導(dǎo)軸承、發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子影響甚微,對(duì)于下導(dǎo)軸承有一定影響,對(duì)于水導(dǎo)軸承和水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪影響較大,且隨著隨機(jī)激勵(lì)的加強(qiáng),此影響也隨之變大。(4)對(duì)某水電站4#機(jī)組軸系進(jìn)行了原型觀測(cè)和數(shù)據(jù)處理。介紹了某水電站的水輪發(fā)電機(jī)組軸系。對(duì)于觀測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行了分析繪圖,并對(duì)這些觀測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行了濾波處理,以便進(jìn)行系統(tǒng)盲辨識(shí)。進(jìn)一步地,將辨識(shí)得到的輸出數(shù)據(jù)與實(shí)際機(jī)組運(yùn)行中的振動(dòng)情況作比較,以檢驗(yàn)辨識(shí)系統(tǒng)的準(zhǔn)確性、辨識(shí)方法的可靠性、以及反向遞推求解水力激勵(lì)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(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TM312

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：1487373