水電機組軸系動力學建模與振動故障機理研究

《水電機組軸系動力學建模與振動故障機理研究》是依託四川大學，由徐永擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：水電機組軸系動力學建模與振動故障機理研究
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：徐永
• 依託單位：四川大學

項目摘要

振動是影響水電機組安全、穩定運行的最重要因素之一。過大的振動會縮短機組設備的使用壽命，甚至可能引發嚴重的機組毀壞事故，造成重大的經濟損失。隨著水電機組單機裝機容量和水頭的不斷提高，機組的振動問題日益突出，已經成為亟待解決的重要課題之一。本項目擬利用轉子動力學等建模理論與數值仿真技術，建立水電機組軸系動力學模型。將仿真結果和真實機組的振動試驗結果進行對比分析，展開致力於水電機組振動故障機理的闡明以及診斷的研究。具體的研究內容包括：（1）水電機組實用振動仿真模型的建立與修正；（2）基於仿真結果和振動試驗數據對比分析的振動故障機理探討；（3）展開基於仿真模型的振動故障診斷技術研究。研究成果對於振動故障機理的闡明、振動故障的診斷以及狀態檢修技術的實現都具有重要的意義和研究價值。

結題摘要

隨著建模理論與仿真技術的不斷發展，建立合理描述真實水電機組動力學特性的仿真模型已具備一定的研究基礎。而一個能準確反映機組軸系動力特性的仿真模型對於有效地探究機組振動故障機理知識、實現有效的振動故障診斷以及狀態檢修技術具有重要的意義。在此研究背景及工程實際需求下，本項目致力於建立水電機組實用、可行的軸系動力學仿真模型。結合實際機組的振動試驗結果，展開水電機組振動故障機理探索研究以及基於仿真模型的振動故障診斷技術研究。 針對水電機組的動力學特點，綜合考慮流固耦合、磁固耦合等邊界條件及外部激勵的合理準確描述與模型計算量之間的關係，建立了能夠考慮軸承非線性特性、轉速、勵磁及負荷等工況影響因素、準確而實用的仿真分析系統。同時，仿真分析系統具有一定的通用性，能夠適應水電機組動力學個性較強的特點。利用變分模態分解方法（VMD）研究機組的變工況過程中的振動試驗數據，提取機組在過渡過程中的振動特徵量，從實測數據中挖掘信息，發現振動故障特性知識。利用ANSYS Fluent軟體研究機組負荷變化、水輪機流道出現異常等水力相關因素引起的激勵力。再利用水電機組振動仿真系統，開展水力因素引起的機組振動特性仿真分析研究，通過對比分析及互相驗證的方法，從實測數據分析和仿真試驗數據分析中發現振動故障機理知識。 根據研究的思路及已取得的成果，我們認為建立水電機組實用的振動仿真分析系統是可行的。雖然影響分析系統精確性的因素較多，但在分析系統框架下，不斷最佳化各影響因素的分析計算，使分析系統不斷的完善，最終能夠達到工程實用的程度。這樣的振動仿真分析系統有助於探索振動故障機理知識，提高故障診斷效率，對水電機組維護與檢修的自動化與智慧型化發展具有重要的價值。