偏相干分析在水电站振动传递路径识别中的应用

毛汉领 熊焕庭

文章摘要:本文论述了多输入多输出系统相干函数分析模型，设计了多输入多输出系统常相干和偏相干函数的计算程序，并用以分析某大型水电站厂房发电机间楼板等结构发生强烈振动的主要振源及其传递路径，取得较好的结果。
文章主题:水电站 振动 相干分析 结构振动

文章内容：一48一动态分析与测试技术1997年偏相干分析在水电站振动传递路径识别中的应用①良—__?一—————一'(广西大学机械系南宁530004)摘要本文论述了多输入多输出系统相干函数分析模型,设计了多输入多输出系统常相干和偏相干函数的计算程序,并用以分析某大型水电站厂房发电机间楼板等结构发生强烈振动的主要振源及其传递路径,取得较好的结果.关键词二兰茔塑±坌塑弦藏习翻?___..……一1引言某大型水电站装有四台单机容量为3025的水轮发电机组,水轮机型号为286,设计水头59.4米,最大,最小水头分别为685米和37米,转轮名义直径为8米.四台机组于92年9月至95年6月陆续投运.随着电站蓄水水位的提高(水头&;64米)及#2,#3机投运,机组除了在小负荷区(90-一120)尾水管出现强烈的低频压力脉动,在大负荷区(200以上)机组和厂房,特别是发电机问174层楼板出现强烈的振动楼板的强烈振动曾致使发电机间174层的机旁盘保护柜压板松动掉落而引起误动导致机组事故停机,危及电厂的安全运行.为解决某大水电站的振动问题,本文论述了多输入多输出系统相干函数分析模型,设计了多输人多输出系统常相十和偏相干函数的计算程序,最后分析研究了厂房发电机间楼板等结构发生强烈振动的主要振源及其传递路径.2多输入多输出系统相干分析模型对于多输人多输出系统,各个输人之间是互相关联不是独立的,如只考虑输入之间的相互作用,而认为输出是互相独立的,则多输人多输出系统又可分解为多个多输入输出系统.对于图()所示的多输入单输出系统,由于输入之间有相互作用,要研究某一个输入对输出的贡献就必须先把其它输人的影响去除,即通过引入条件输入的概念把图()转为不相关的条件多输入单输出模型如图1(.电站厂房强振及振动传递路径识别主要以#3机组段为研究对象,把整个研究对象包括机组,水工建筑结构,厂房结构等作为一个多输人多输出系统来进行研究,即把强振的主要表现处如发电机间174层楼板,天车牛腿梁上部,上游副厂房楼板和游副厂楼板等结构收稿期:1997_4一第4期动态分析与测试技术一49一部分的振动量作为系统的输出,把上下机架基础,座环,164层立柱的根部等部位的振动量以及蜗壳,顶盖,尾水管等处的压力脉动量都作为系统的输入.首先进行振动初测,摸清厂房强振的原因以及对大坝等水工建筑的影响,在强振工况时探明可174层发电机问楼板,上下游副厂房的主要结构处的振动分布情况,以最大振动点作为输出评价点.最后确定发电机间174层楼板上的三个点,天车牛腿梁上部一个点,上游副厂房楼板和下游副厂房楼板各一个点,共六点作为系统的输出试验时,压力脉动用型,型压力传感器拾取,厂房结构及基础振动用891低频速度传感器及配套放大器(为国家地震局工程力学研究所产品),机组振动用丹麦&;加速度传感器及&;2635电荷放大器,大轴摆动用电涡流位移传感器.全部传感器在试验前均进行标定.总共布置了52个输入测点,即建立了一个52个输入6个输出的分析模型测试通道进58路之多,采用外加直流电脉冲信号的方法使三台日本磁带记录仪,一台英目-磁带记录仪和一台日本磁带记录仪同步记录,为进行偏相干分析作好测试信号准备一一-]2一1一压一卜一一一一一曼鲁--一__(互一互=]_一卜古一善1(-】一豆=]_一(_)任意的事赣入单输出模塑()条件的多输入单输出模型图1多输^单输出分析模型3常相干和偏相干函数的程序设计如图1()所示的输入输出之间的常相干和偏相干函数分别定义为常相_函数偏相干函数=1,2……,(1),=2,3…?.:3,4,…''一●一"●∞一50一却怠分析试技术—,,1.-,-.-一～.<>一一一分别为输入输活和互谱『扁『锄数址:频率域对盘:丁输入之问朐州[.『乍输八输之间1关程度朐平价.对『多个独立振所产_的振动输,"以通过计算偏捌函数值来评价期也符搬源埘输1振动贡献朐人小按.述条十多输八输…模定义朐雨敷制1算常_函数吐和'函数的:机程宇,程【阁2.为蜓小俯能处观凡的丰函数值,【坦定能1人:输仿最人能值10"々忧颧战'柑'函数值,其他顷平',叶.娟牧汁所:输^输…,--滑1.平滑皤时每次的平滑'"'他值情皇:选02.5"--!,分辨率15对振源及其传递路径识别的应用结果输入数据.建立互醋矩阵5条件互谱迭代计算叶苒常相干和偏相干函数2程序框图1站强振埂振传递_!径圳的验按述多输人多输系统『.『0分析嫫』来设计实集?振:求",站构,压力脉动及选定勺振动辕评价点等58,进闻步价求^.次低水振动试验(=6.5)和岛水振【划(=645验『'-挪址』¨,在甩水韬压力脉动最人-5厂房强振时总0行在完成脱场验州『,,3,525致"集分析系统及衍设计编制『.'31分析等鞋1≯州杆0,避处..'统.谱分析士分析等行项结粜埘4划动态廿机?删拙求振源及其传递路径分析町得如结论:()74层楼板在250-40.0之间的菜儿个频率发牛丁共振.如在25.7,173,289.304,38.2等频率楼扳的实洲相有限元十算的同有频率接近,楼板振.(2),从输八,输信号的频潜分析,各输八点在240—30.0的频带内都有较人的能鞋,表明输人扰动完成町使74层楼板叶:共振.3),74层楼板址定导叶至转轮人口之问的水体振动表现为环的振动,通过机组帕冈定安装基础部分(座环,机架基础,.斤琐基础等)罩体和164层内立柱传递到74层楼板,起,振从桐分析结粜-叮见.振动传递的传递率基本符台传递路径最短的原则,即74屡评价点的振由-该点最近的164层输入点的相函数值最人,最近的机基础点的栩函数值最人.74一测点的振动嘏蚯的64(2】之间的村1函数觚0.95,[】』正曲"础(架十,)之川晒数『直为084:\,74—7振功0最近164《41)之问柑数血为.9而最近的机封基础点(千斤顶一5一)丰函数值为6:74一3测1々振动与最近々64(5)之柑函数值为78,而最近的基斫"点(行顺5)之_忏函数阻为.68:164层的其它输人测点和机组基础其它的贞献对较小41瞬1—^4-输