水力發(fā)電機(jī)組軸系振動(dòng)特性及其故障診斷策略.pdf

1、水力發(fā)電系統(tǒng)是一個(gè)水機(jī)電耦合的復(fù)雜非線性動(dòng)力系統(tǒng)，其運(yùn)行過(guò)程中水電機(jī)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(duì)其進(jìn)行精確描述。同時(shí)，隨著水力發(fā)電機(jī)組日趨大型化、復(fù)雜化、自動(dòng)化，轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的非線性振動(dòng)現(xiàn)象異常突出，由此引發(fā)的非線性動(dòng)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(jī)組的動(dòng)態(tài)行為，獲得機(jī)組故障征兆描述的有力證據(jù)，解析機(jī)組故障的成因及其演化機(jī)理，實(shí)現(xiàn)水電機(jī)組的安全、可靠和高效運(yùn)行，具有十分重要的理論意義和工

2、程應(yīng)用價(jià)值。考慮到振動(dòng)問(wèn)題在機(jī)組運(yùn)行中的普遍性，本文對(duì)剛性聯(lián)接平行不對(duì)中轉(zhuǎn)子系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)特性、軸向推力作用下碰摩轉(zhuǎn)子運(yùn)動(dòng)機(jī)理和水電機(jī)組軸系振動(dòng)特性進(jìn)行了系統(tǒng)的理論分析，同時(shí)對(duì)機(jī)組振動(dòng)故障診斷策略進(jìn)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(duì)中機(jī)理的基礎(chǔ)上，建立了剛性聯(lián)接平行不對(duì)中轉(zhuǎn)子系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)方程，為更好地探尋不對(duì)中轉(zhuǎn)子系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)機(jī)理，對(duì)所建立的不對(duì)中轉(zhuǎn)子系統(tǒng)微分方程進(jìn)行了深入的理論分析，應(yīng)用數(shù)值仿真方

3、法驗(yàn)證分析結(jié)論。研究表明，剛性聯(lián)軸節(jié)平行不對(duì)中時(shí)，故障特征頻率主要為驅(qū)動(dòng)軸頻率；振動(dòng)經(jīng)過(guò)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(duì)中量、驅(qū)動(dòng)軸轉(zhuǎn)子質(zhì)量和從動(dòng)軸轉(zhuǎn)子質(zhì)量等取不同值時(shí)，驅(qū)動(dòng)軸、從動(dòng)軸振動(dòng)幅度變化較為復(fù)雜。
　　 (2)通過(guò)對(duì)軸向推力作用下碰摩轉(zhuǎn)子運(yùn)動(dòng)的解析，建立了碰摩轉(zhuǎn)子在軸向推力作用下的非線性動(dòng)力學(xué)模型，詳細(xì)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(duì)軸向推力作用下

4、碰摩轉(zhuǎn)子動(dòng)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(dòng)特性的變化非常復(fù)雜，可能會(huì)出現(xiàn)周期運(yùn)動(dòng)、擬周期運(yùn)動(dòng)和復(fù)雜的混沌振動(dòng)。
　　 (3)建立了水力發(fā)電機(jī)組動(dòng)力學(xué)模型，分析水電機(jī)組發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子、水輪機(jī)轉(zhuǎn)子及軸承之間的距離對(duì)機(jī)組振動(dòng)特性的影響。研究發(fā)現(xiàn)，隨著水輪機(jī)轉(zhuǎn)子質(zhì)量偏心的不斷增加，發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子、水輪機(jī)轉(zhuǎn)子的徑向位移都近似線性增大。隨著水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪葉片質(zhì)量、發(fā)電機(jī)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(jiǎn)單的周期運(yùn)動(dòng)，但在局部會(huì)發(fā)生復(fù)雜的擬周期運(yùn)動(dòng)。
　　 (4)針對(duì)水力發(fā)電機(jī)組存在故障機(jī)理極其復(fù)雜、診斷系統(tǒng)實(shí)時(shí)性差、現(xiàn)有故障識(shí)別方法的診斷結(jié)論不甚理想等方面的問(wèn)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(jī)組振動(dòng)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(yàn)等獲得機(jī)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(jī)組故障診斷模型。該模型采用基