一种新的动载荷识别方法及其在水电机组中的应用

【摘要】： 随着水电建设的快速发展,机组容量和尺寸急剧增大,转速相应提高,机组振动及其诱发的水电站厂房结构振动问题日益突出,对机组振源和振动的研究更加紧迫。通过建立振动载荷识别的数值模型,探讨振动载荷特性和分析方法,从而为机组和厂房结构的动力优化设计和振动控制提供理论指导和技术依据,具有重要的科学意义和工程价值。 为解决现有的动载荷时域识别法中存在的问题,本文以模态坐标变换方法为基础,构造了一种新的动载荷时域识别算法——五点反演法。其基本思想是通过t+2Δt,t+Δt,t,t-Δt,t-2Δt这5个时刻测点上的位移值的线性组合来确定t时刻的载荷值。识别系数可由振动系统参数计算得出。对于参数未知的系统,在五点反演法的基础上构造了两步五点法,即先通过实验或有限元计算得到系统在样本载荷作用下的样本位移,将它们代入识别方程组,用最小二乘法解得识别系数,然后再利用反演方程进行载荷识别。由于五点反演法不是用递推的方式反演动载荷,因此不存在传统时域法中的误差积累问题。 本文通过数值算例和简支梁实验验证了两步五点法对于不同复杂程度的载荷的识别效果。并初步分析了两步五点法中各参数对反演效果的影响,如样本数量、测点数、测点位置、测量位移的方向、样本载荷完备性、信号噪声、共振区载荷等的影响,得出了该方法的一些重要特性,为提高识别精度提供了依据。 在实际应用方面,本文以水轮发电机上机架为对象,先用数值方法对其进行了模态分析,然后分析了稳定运行时的受力情况,并计算出在此受力情况下的位移响应。最后将两步五点法运用到对上机架的动载荷识别过程中,结果显示识别效果很好。 本文研究成果为动载荷识别技术的发展及其在水电机组中的应用做出了有益的探索。 【关键词】：水轮发电机上机架 振动 动载荷识别 时域法 五点反演法
【学位授予单位】：清华大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2008
【分类号】：TV734
【目录】：

• 摘要3-4
• Abstract4-8
• 第1章 绪论8-26
• 1.1 课题的工程背景及研究意义8-10
• 1.1.1 中国水电能源发展状况及展望8
• 1.1.2 水电站机组及厂房振动问题8-9
• 1.1.3 水电机组动载荷识别的研究意义9-10
• 1.2 动载荷识别问题概述10-26
• 1.2.1 结构动力学的反问题10-12
• 1.2.2 现有的主要动载荷识别方法12-22
• 1.2.2.1 频域法12-15
• 1.2.2.2 时域法15-16
• 1.2.2.3 SWAT 法16-17
• 1.2.2.4 基于广义正交域的级数系数平衡法17-18
• 1.2.2.5 逆系统法18-19
• 1.2.2.6 小波正交算子变换法19-21
• 1.2.2.7 基于神经网络的识别法21-22
• 1.2.3 国内外研究发展概况22-25
• 1.2.4 主要研究内容25-26
• 第2章 动态载荷识别的五点反演法26-47
• 2.1 单自由度系统载荷识别26-32
• 2.1.1 系统参数已知的反演方法26-27
• 2.1.2 五点反演法的数值算例27-30
• 2.1.3 系统参数未知的反演方法30-31
• 2.1.4 两步五点法的数值算例31-32
• 2.2 多自由度系统载荷识别32-46
• 2.2.1 多自由度系统载荷识别的基本原理32-36
• 2.2.2 数值算例36-46
• 2.3 小结46-47
• 第3章 两步五点法算法分析47-64
• 3.1 样本数量的影响47-48
• 3.2 反演方程的简化48-51
• 3.3 测点数的影响51-52
• 3.4 测点位置及测量方向的选择52-56
• 3.5 样本载荷的完备性56-59
• 3.6 信号噪声的处理59-61
• 3.7 载荷频率的影响61-62
• 3.8 小结62-64
• 第4章 钢简支梁动载荷识别实验研究64-73
• 4.1 实验设备64-65
• 4.2 单频实验65-68
• 4.3 扫频实验68-72
• 4.4 小结72-73
• 第5章 水轮发电机上机架动载荷识别73-84
• 5.1 上机架的模态分析73-77
• 5.2 上机架的载荷识别77-83
• 5.3 小结83-84
• 第6章 结论和展望84-86
• 6.1 结论84-85
• 6.2 展望85-86
• 参考文献86-89
• 致谢89-90
• 个人简历、在学期间发表的学术论文与研究成果90

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