水力發(fā)電機組軸系振動特性及其故障診斷策略.pdf

1、水力發(fā)電系統(tǒng)是一個水機電耦合的復(fù)雜非線性動力系統(tǒng)，其運行過程中水電機組故障的產(chǎn)生和發(fā)展包含大量的不確定性因素，難以用數(shù)學(xué)模型對其進行精確描述。同時，隨著水力發(fā)電機組日趨大型化、復(fù)雜化、自動化，轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的非線性振動現(xiàn)象異常突出，由此引發(fā)的非線性動力學(xué)行為引起學(xué)術(shù)和工程界的廣泛關(guān)注。因此，深入研究水電機組的動態(tài)行為，獲得機組故障征兆描述的有力證據(jù)，解析機組故障的成因及其演化機理，實現(xiàn)水電機組的安全、可靠和高效運行，具有十分重要的理論意義和工

2、程應(yīng)用價值?？紤]到振動問題在機組運行中的普遍性，本文對剛性聯(lián)接平行不對中轉(zhuǎn)子系統(tǒng)動力學(xué)特性、軸向推力作用下碰摩轉(zhuǎn)子運動機理和水電機組軸系振動特性進行了系統(tǒng)的理論分析，同時對機組振動故障診斷策略進行了深入研究。論文的主要研究成果如下：
　　 (1)在分析轉(zhuǎn)子系統(tǒng)平行不對中機理的基礎(chǔ)上，建立了剛性聯(lián)接平行不對中轉(zhuǎn)子系統(tǒng)運動方程，為更好地探尋不對中轉(zhuǎn)子系統(tǒng)動力學(xué)機理，對所建立的不對中轉(zhuǎn)子系統(tǒng)微分方程進行了深入的理論分析，應(yīng)用數(shù)值仿真方

3、法驗證分析結(jié)論。研究表明，剛性聯(lián)軸節(jié)平行不對中時，故障特征頻率主要為驅(qū)動軸頻率；振動經(jīng)過充分衰減后，轉(zhuǎn)子系統(tǒng)軸心軌跡是比較穩(wěn)定的圓。在轉(zhuǎn)子系統(tǒng)中，質(zhì)量偏心、聯(lián)軸節(jié)平行不對中量、驅(qū)動軸轉(zhuǎn)子質(zhì)量和從動軸轉(zhuǎn)子質(zhì)量等取不同值時，驅(qū)動軸、從動軸振動幅度變化較為復(fù)雜。
　　 (2)通過對軸向推力作用下碰摩轉(zhuǎn)子運動的解析，建立了碰摩轉(zhuǎn)子在軸向推力作用下的非線性動力學(xué)模型，詳細分析了轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速比、質(zhì)量偏心、摩擦系數(shù)、系統(tǒng)阻尼等參數(shù)對軸向推力作用下

4、碰摩轉(zhuǎn)子動力學(xué)特性的影響。分析發(fā)現(xiàn)，隨著轉(zhuǎn)速比、質(zhì)量偏心、摩擦系數(shù)、系統(tǒng)阻尼等參數(shù)的變化，轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的振動特性的變化非常復(fù)雜，可能會出現(xiàn)周期運動、擬周期運動和復(fù)雜的混沌振動。
　　 (3)建立了水力發(fā)電機組動力學(xué)模型，分析水電機組發(fā)電機轉(zhuǎn)子、水輪機轉(zhuǎn)子及軸承之間的距離對機組振動特性的影響。研究發(fā)現(xiàn)，隨著水輪機轉(zhuǎn)子質(zhì)量偏心的不斷增加，發(fā)電機轉(zhuǎn)子、水輪機轉(zhuǎn)子的徑向位移都近似線性增大。隨著水輪機轉(zhuǎn)輪葉片質(zhì)量、發(fā)電機轉(zhuǎn)子質(zhì)量偏心、軸承之間

5、的距離的不斷變化，轉(zhuǎn)子系統(tǒng)響應(yīng)主要是簡單的周期運動，但在局部會發(fā)生復(fù)雜的擬周期運動。
　　 (4)針對水力發(fā)電機組存在故障機理極其復(fù)雜、診斷系統(tǒng)實時性差、現(xiàn)有故障識別方法的診斷結(jié)論不甚理想等方面的問題，吸收并發(fā)展故障診斷理論的最新研究成果，將信息融合技術(shù)引入到水電機組振動故障診斷中，充分挖掘不同信息源的數(shù)據(jù)以及專家經(jīng)驗等獲得機組故障相關(guān)信息，建立了熵權(quán)理論、灰色關(guān)聯(lián)分析和證據(jù)推理技術(shù)相結(jié)合的水力發(fā)電機組故障診斷模型。該模型采用基