水電站廠房與機組主振源識別及數值模擬研究

《水電站廠房與機組主振源識別及數值模擬研究》是依託天津大學，由王海軍擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：水電站廠房與機組主振源識別及數值模擬研究
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：王海軍
• 依託單位：天津大學

項目摘要

本項目基於水電站廠房與機組聯合振動原型試驗數據，對廠房與機組主振源開展機理和識別研究，重點研究軸向水推力脈動、尾水渦帶脈動、機械和電磁不平衡力等主要振源，同時結合數值方法對其進行模擬研究。主要內容：開展水電站廠房與機組聯合振動原型試驗，採用現代時－頻聯合分析和人工智慧方法提取複雜振動信號中的與廠房和機組振源相關的敏感量，進行主振源的識別；基於動力學、電磁學、流體力學等知識，採用相干技術研究各振源的作用方式和傳播規律；採用精細數值模擬與實驗相結合的手段，研究水電站流道各部位的水壓脈動點面轉換關係和空間分布規律；開展主振源的數值模擬研究，對水電站廠房與機組振動回響進行預測；考慮結構振動、機組運行、開停機次數等約束條件，進行水電站綜合最佳化研究。本項研究對水電站廠房與機組振動問題進行學科交叉研究，具有重要的理論意義和實用價值，必將促進該領域的進一步發展。

結題摘要

近年來水電站發生了數起重大安全事故，如2009年8月17日薩揚-舒申斯克水電站重大事故。因此水電站水機電-廠房結構耦聯振動規律研究成為一熱點研究領域。本項目基於水電站廠房與機組聯合振動原型試驗數據，對廠房與機組主振源開展機理和識別研究。重點研究水電站廠房結構、發電機組耦聯結構體系在水力、機械、電磁等多種振源作用下的振動規律，以及該結構體系動力回響數值模擬研究。主要內容及成果如下：（1）針對典型水電站工程開展了水電站廠房與機組聯合振動試驗，採用現代譜分析及智慧型識別方法對廠內主要振源進行識別，並且從能量角度分析了各振源荷載對廠房結構振動的影響程度，從而揭示水電站廠房與機組振動傳遞規律。（2）基於振動實測數據，開展了流道水壓脈動與機組、結構振動的相關性分析，研究廠房與機組的非線性耦聯振動規律。（3）針對三軸感測器的最佳化配置問題，提出了三軸有效獨立驅動點殘差法（EfI3-DPR3），並將該方法運用到水電站廠房振動性態測試的三軸感測器空間最佳化布置中，取得了良好的效果。（4）採用大渦數值模擬方法對一廠頂溢流式水電站廠房的泄流狀態進行模擬，分析流道中脈動水壓的分布規律。數值計算結果與實驗數據吻合較好，為分析水電站複雜流道水壓脈動提供了一種較好手段。（5）採用神經網路和最小二乘支持向量機方法構建水電站廠房振動預測模型。通過現場實測數據的驗證，預測模型具有很高的實用性。（6）考慮結構振動、機組運行、開停機次數等約束條件，進行水電站綜合最佳化，提高電站的利用率，顯著增加水電站的經濟效益。 本課題研究對水電站廠房與機組振動問題進行學科交叉研究，具有重要的理論意義和實用價值，必將促進該領域的進一步發展。