水电站水机电-结构系统动力耦联模型研究及数值模拟

建立了包括引水系统、水轮机、调速器、发电机电磁系统、电网、水电机组轴系及厂房耦联结构等子模型在内全新的水电站系统非线性动力耦联模型。基于水力、电机、结构等学科理论构建了涉及水力、机械和电磁等因素的联立微分方程组,并采用有限元法建立机组轴系和厂房结构模型。结合Ansys的二次开发功能提出了水-机-电多因素影响下机组和厂房耦联结构模型不同工况动力特性的研究方法。采用差分法及特征线法等数值计算方法,利用该模型对水电站系统的开机工况进行了数值模拟计算和分析,同时对模型的合理性给予了验证。计算结果表明,该模型可以模拟计算水电站系统的开机工况运行过程,并能够较好反映水电站运行时的各种非线性动力特性。针对水电站系统较为复杂的特点,该模型的建立可对电站发电系统进行全面的数值模拟以评价和预测其运行安全性和结构可靠性,从而为水电站在极限工况和过渡工况的运行动态控制提供有益参考。     

基于PSO优化LS-SVM算法的水电站厂房结构振动响应预测

振动问题是攸关水电站运行安全的重要课题。水电站厂房结构振动主要由水力、机械和电气三大类振源引起,厂房结构与机组之间存在非线性的耦联振动关系。本文依据二滩水电站地下厂房和机组的原型观测数据,首先对机组和厂房结构振动的相关性进行了分析,据此建立了基于粒子群优化最小二乘支持向量机算法的厂房振动响应预测模型,预测结果与实测资料吻合。在此基础上,本文将运行水头作为输入因子引入到智能预测模型中,扩大了该智能预测模型的适用范围,取得了很好的效果。     

厂顶溢流式水电站振源特性研究

以某水电站灯泡贯流式机组厂顶溢流布置型式为对象,研究该新型结构的振源组成及对厂房结构影响。通过理论分析结合原型观测数据,对机组运行及泄流产生的厂房结构振动频率进行识别,确定其动荷载来源。分别统计厂房结构主要部位振动达峰值时不同频率所占比重,计算实测工况频带能量对总振动响应的贡献,分析分频振动随负荷的变化规律。结果表明：狭缝射流、转轮叶片振动与协联关系不正确引起的振动为主要振源。泄流诱发厂房振动微弱,对厂房结构运行与安全无影响。该结果可为量级评估该型式水电站厂房振动提供依据。     

大型地下厂房结构振动反应分析

建立锦屏一级水电站地下厂房结构三维有限元动力分析模型,计算结构自振特性,并复核结构共振。通过模型水力脉动试验,获得锦屏一级水电站流道脉动压力荷载特性,用动力法分析厂房结构在机组振动荷载与水力脉动荷载作用下的振动反应,并据国内外有关规程规范对振动反应进行评价。研究结果表明,地下厂房结构与各种振源频率相差较大,不存在共振的可能性。地下厂房结构整体刚度较大,在机组振动荷载及水力脉动荷载作用下,振动位移、应力、速度均较小,满足有关规程要求。     

基于RVM方法的水电站厂房结构振动预测研究

随着水电站规模和单机容量的不断增长,水电站厂房振动问题日益突出。明确厂房结构的振动规律有助于电站长期运行安全评估。在电站厂房原型振动观测数据相关分析的基础上,建立了基于相关向量机(Relevance Vector Machine,RVM)的厂房振动响应预测模型。该模型可通过机组、流道测点的测试数据预测厂房结构垂直振动空间分布,并具有较高的精度。     

水电站厂房振动方面设计的分析与研究

水电建设是一项宏伟的工程,也是国民经济获得能源动力的重要途径。水电站厂房作为机组的支承结构,在机组运行产生的激励荷载作用下,可能引起厂房整体或者局部的振动,本文研究了基于振动问题给出了抗振设计。供同行参考。     

基于混合TPA的水电机组厂房振动传导研究

机组的稳定运行对水电站厂房上下游的经济和社会发展具有重要支撑作用,新时期对水电机组厂房的稳定性要求愈发增高,但以原型观测为基础的振动理论分析与工程实践仍然滞后。为解决水电厂房测点数量不足的问题,该研究以原型观测为基础,考虑大体系非线性结构的耦合振源传播与放大机理,以实测与仿真计算频响函数(frequency response function, FRF)为核心,搭建混合振动传递路径分析(transfer path analysis, TPA)模型,开展原型-仿真联立分析的水电机组振动传递研究,识别水电机组未测振源、确定振动成分的贡献量等,明确影响响应目标点振动水平的根本原因,并提出局部结构减振措施,形成一套基于传递路径分析方法的水电站厂房振动分析与控制,为我国水电机组的安全稳定运行、结构设计和优化奠定理论基础。     

一种水电厂房振动模态参数识别方法

水电厂房的振动是机械力、电磁力、水力脉动共同作用的结果,其动荷载很难测得,结构模态参数识别的难度不言自明。为解决以上困难,提高厂房结构振动模态参数识别的精度,在厂房结构各种荷载未知的情况下,将突然停机工况下动荷载释放后的振动信号,利用随机减量法提取自由衰减信号成分,以基于ARMA模型参数识别法实现了对某大型水电站厂房低阶模态参数的识别。识别结果表明,随机减量法和ARMA联合分析方法是解决大型复杂厂房结构动态参数识别的有效方法,识别结果可用于结构物的健康监测和振动控制中,同时该方法在大型水电站厂房振动模态参数的在线识别领域中具有广阔的工程应用前景。     

涔天河水电站大波动水力过渡过程电算与分析

本文介绍了涔天河水电站大波动水力过渡过程电算的工况选择及计算成果,分析并确定水力过渡过程计算控制值和设计值。工况选择时涵盖全水头范围运行,并需要与实际运行工况相近,了解典型工况规律,以便利用典型工况快速进行洞径比选、机组飞轮力矩敏感性分析及导叶关闭规律优化等。     

螺旋桨激励条件下结构振动特性研究

为研究复合材料螺旋桨以及铜质材料螺旋桨在锤击激励以及非稳态激励条件下的结构模态固有特性和水下振动噪声特性,在设计的试验环境下,对处于水介质以及空气介质中的复合材料螺旋桨以及铜质材料螺旋桨5桨叶进行模态激励试验,得到两型螺旋桨各桨叶的固有频率、模态振型以及阻尼比,并分析两型桨5桨叶之间的差异;针对桨-轴系统在临界转速工况下出现空化而导致的异常振动噪声现象,选取螺旋桨发生空化前的辐射水声频谱,对两者进行了对比研究;另外,试验还模拟桨-轴系统在高速运转下的停车运行工况,对停车运行过程的振动噪声时频特性进行分析。试验研究结果表明:前3阶模态中,复合材料螺旋桨各桨叶之间的差异比铜质材料螺旋桨之间的差异要大,但两型桨叶的振型基本一致;螺旋桨发生空化时,产生的叶频及其倍频幅值放大了约2~10倍;停车运行过程中,变流速,变转速产生的变激励力是引起振动噪声时频变幅特性的主因。该研究成果对新材料、新工艺在船舶推进器声学设计有较好的指导作用,对螺旋桨在非稳态激励下的噪声源声学特性有全面认识。     

北美屋顶机设计运行工况下热力膨胀阀选型探讨

热力膨胀阀只能在一个较窄的工况和负荷范围下实现调节过热度的功能。现有一批在北美销售的屋顶机,设计运行工况范围较宽,在室外温度为-17．7℃-51．7℃下,机组都要求能运行。仿真结果表明,对这种运行工况的屋顶机组,用传统方法选出的热力膨胀阀未能在较多工况点充分发挥其控制过热度的作用。在考虑热力膨胀阀的振荡现象的基础上,对选型方法进行改进,并通过实验验证,证明在基于最小负荷比大于30％方法选出的热力膨胀阀能够在较多工况点控制空调机组的过热度,且避免了振荡现象的发生。     

停机过程中的水电站厂房支承结构动力特性识别方法

运行过程中的水电站厂房支承结构动荷载的作用复杂，确定支承结构动力特性是水电站厂房动力分析中的重要问题，然而常规的试验手段对结构有较强的破坏作用或者因难度较大不易实现。利用李家峡双排机主厂房真机试验中的测试数据，基于动力学原理分析了停机过程中结构振动及荷载的变化的特点，提出了一种应用停机过程识别厂房支承结构动力特性的方法。在该方法中，将机组测试与结构测试成果相结合，并充分利用小波分析的优点，成功地克服了停机过程分析中荷载变化历程长，结构振动非平稳等不利因素。     

一管多机布置抽水蓄能电站非线性动力学建模与瞬态分析

一管多机布置抽水蓄能电站存在共用管段引水系统,其中共用管段的水力耦合相互作用是抽水蓄能电站系统动力学建模的关键。考虑共用管段水力系统耦合作用,将其分解成多个仅依赖于各子管段流量的单变量函数,通过结合水泵水轮机组动态特性,建立一管多机布置抽水蓄能电站非线性动力学模型。利用数值模拟探究了两机在额定工况并列运行时,一机突甩全负荷在不同导叶关闭规律且另一机组在调速器PID控制下,对各支管内机组流量、水头、出力动态特性的影响规律。仿真结果表明正常运行机组出力和流量动态响应具有正相关关系,机组水头动态响应与其流量和出力具有负相关关系,且波动周期相近。突甩负荷机组水头与流量的动态响应与导叶关闭规律密切相关,突甩负荷机组水头波动程度始终高于正常运行机组水头,且两机组水头波动周期相近;研究结果为探究一管多机抽水蓄能电站系统瞬态动力学建模与稳定性调控提供理论参考。     

混流式水轮机轴向动荷载识别

水轮机轴向动荷载是机组总轴向力的主要组成部分，其特性直接影响水电站厂房设计和安全经济运行。合理对其进行评估具有重要的意义。文中以一水电站厂房结构和机组联合现场振动测试数据为基础，将厂房结构和机组视为一耦联体系，采用改进遗传算法和有限元技术编写程序，对水轮机轴向动荷载进行识别。识别结果比较理想。该方法简单有效，具有较强的实用性。     

运行状态下海上风机结构振源特性研究EI北大核心CSCD

由于海上风机结构运行环境的复杂性,其振源的准确识别与振源特性研究已经成为风机运行安全性评估的重点问题。以某新型复合式筒型基础结构海上风力发电试验样机为研究对象,依据原型观测获得的全负荷条件下结构不同位置的振动响应数据,对不同运行工况下诱发结构振动的振源进行全面识别与分析。利用谱峭度法识别明确引起海上风机结构振动的主要振源及其对应振动响应的频域属性,通过经验模态分解法对实测信号进行分解得到表征各振源特性的频域或频率尺度的分量,同时引入振动能量法对不同振源的能量比重进行统计分析,给出了海上风机结构运行状态下结构整体振动主振源及其对应振动能量分布随运行因素变化的分布规律。研究表明随着机组负荷的增加运行状态下海上风机结构振动的振源变化遵循由单一的环境荷载激励转为环境荷载激励和叶轮转动联合作用再到完全由叶轮转动产生的谐波激励影响的规律。     

运行状态下海上风机结构振源特性研究

由于海上风机结构运行环境的复杂性,其振源的准确识别与振源特性研究已经成为风机运行安全性评估的重点问题。以某新型复合式筒型基础结构海上风力发电试验样机为研究对象,依据原型观测获得的全负荷条件下结构不同位置的振动响应数据,对不同运行工况下诱发结构振动的振源进行全面识别与分析。利用谱峭度法识别明确引起海上风机结构振动的主要振源及其对应振动响应的频域属性,通过经验模态分解法对实测信号进行分解得到表征各振源特性的频域或频率尺度的分量,同时引入振动能量法对不同振源的能量比重进行统计分析,给出了海上风机结构运行状态下结构整体振动主振源及其对应振动能量分布随运行因素变化的分布规律。研究表明随着机组负荷的增加运行状态下海上风机结构振动的振源变化遵循由单一的环境荷载激励转为环境荷载激励和叶轮转动联合作用再到完全由叶轮转动产生的谐波激励影响的规律。     

船用汽轮机组振动激励源特性分析

船用汽轮机组运行时会产生较强的振动,易引发关键构件的疲劳破坏,而充分了解船用汽轮机组的振动激励源特性是减小其振动的前提。对某船用汽轮机组在不同运行工况下的振动激励源特性进行仿真研究。首先,分别通过理论分析和数值计算得到汽轮机组的旋转和气动激励源,计算不同运行工况下的等效激励力;然后,将等效激励力加载到地面安装条件下的汽轮机组有限元模型上,计算不同工况下汽轮机组的振动响应;最后,通过对比不同工况下汽轮机组的响应特征,确定旋转不平衡力是汽轮机组所受激励的主要成分,并进一步建立船用汽轮机组的振动加速度与机组转速的关系。该研究方法及有关结论对船用汽轮机组减振优化设计具有一定的指导意义。     

三台巨型离心机基础振动相互影响与分缝隔振效能研究EI北大核心CSCD

某科学装置包括重载机、高速机和模型机三台巨型离心机,主机基础位于软土基坑内,其中高速机转速达668 r/min,重载机最大容量为1900 Gt,基础结构的振动问题不容忽视。为了对多个主机基础间的振动相互影响进行研究,基于有限元软件建立离心机基础结构+地基的三维耦合模型,采用动力时程方法计算分析了各主机运行工况下的振动响应,并基于多个分缝优化方案,研究了分缝隔振的效能。结果表明:模型机运行时其自身基础的振动位移幅值最大;重载机运行时对相邻机组振动的影响最为显著,对相邻基础的振动传递比例分别达到63%和72%;对相邻机组振动影响呈现随与振源距离增大而衰减的趋势;在地连墙包围的条件下,三基础间的分缝隔振效能不突出,从振动响应对比看,三台机组间不分缝是相对较优的方案。     

转子热致振动现象的瞬态响应特性研究

针对燃气轮机转子在启停暂态及变工况下的振动过大问题,建立了转子瞬态动力学特性理论分析模型,基于转子热变形现象将转子热变形等效为弯曲激励力,分析了转子在热变形激励下快速启动过程的瞬态响应特性、热变形与不平衡耦合激励下的转子在不同启动过程中的瞬态动力学特性,以及热变形随启动过程衰减的转子瞬态动力学特性,研究成果为燃气轮机转子热致振动特性研究提供理论依据与基础。     

不同抽水转发电模式下抽蓄机组稳定性参数对比

新型电力系统建设要求缩短抽水蓄能机组的快速响应时间。以具体电站机组为例,研究了正常与快速抽水转发电模式下监控流程的主要差异和机组稳定参数的变化规律。在此基础上,引入反时限振动评价方法对两种模式下的振动峰峰值进行计算,评估了转换模式对机组的影响;采用频谱分析方法对无叶区压力脉动进行分析,发现了低转速下无叶区存在水力共振现象,并揭示了共振幅值、频率与转速的相关性。研究结果表明：抽水转发电快速流程优于正常流程,快速转换模式下的水力制动方式较正常转换模式下的电气制动加机械制动方式流程时间由438 s缩短至220 s,显著提高工况转换效率;在振动对机组损伤方面,14个振动、摆度监测点中13个监测点证明快速转换模式有利于延长机组预期寿命;同时,快速转换模式有利于机组快速通过低转速下无叶区产生的水力共振区,将水力共振时间由15 s缩减至5 s,共振转速区间压缩超过60%。