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第1章 概述 1

1.1 水轮发电机组轴系的振动 1

1.1.1 机械振动 2

1.1.2 电磁振动 3

1.1.3 水力振动 4

1.1.4 水轮发电机组轴系模型辨识 5

1.2 复杂作用下水轮发电机组轴系振动的研究进展 5

1.2.1 转子动力学的发展和油膜涡动的处理 5

1.2.2 不平衡磁拉力的求解与电磁振动 8

1.2.3 水力作用的影响与表达 9

1.2.4 水轮发电机组轴系模型辨识研究进展 14

第2章 轴系振动计算的有限元法 17

2.1 引言 17

2.2 轴系的有限元法 17

2.2.1 单元划分 17

2.2.2 刚性圆盘单元的运动方程 18

2.2.3 弹性轴段单元的运动方程 19

2.2.4 系统的运动方程 22

2.2.5 不考虑陀螺效应时横向振动频率计算 22

2.2.6 临界转速的计算 22

2.2.7 考虑陀螺效应时涡动频率的计算 23

2.3 三结点单元的应用 24

2.3.1 三结点单元的验证 24

2.3.2 某水轮发电机组轴系的横向自振特性分析 25

2.4 考虑剪切效应的三结点单元 28

2.4.1 考虑剪切效应三结点单元的动能和势能 28

2.4.2 剪切效应的算例——单圆盘转子 30

2.4.3 剪切效应对轴系振动特性的影响 32

2.5 三结点单元源程序 33

2.6 本章小结 43

第3章 水轮发电机组轴系原型观测及数据处理 44

3.1 机组简介 44

3.2 4号机组原始观测数据 45

3.3 观测数据处理 49

第4章 Volterra系统时域核参数辨识 53

4.1 引言 53

4.2 Volterra级数 54

4.2.1 非线性系统的Volterra时域模型 54

4.2.2 非线性系统的Volterra频域模型 55

4.2.3 简化的Volterra模型——Hammerstein模型 56

4.2.4 Volterra泛函级数的核辨识 57

4.3 优化算法及其改进 57

4.3.1 混合离散变量的直接搜索算法 58

4.3.2 标准遗传算法 61

4.3.3 遗传算法的改进——混合遗传算法 61

4.4 基于混合遗传算法的Volterra时域核辨识 62

4.4.1 数值试验 62

4.4.2 数值试验【E4-1】结果分析 64

4.4.3 数值试验【E4-2】结果分析 67

4.4.4 数值试验【E4-3】结果分析 68

4.5 输入输出信号生成的源程序 69

4.6 本章小结 76

第5章 水轮发电机组轴系的盲辨识 77

5.1 高阶统计量 77

5.1.1 高阶矩 77

5.1.2 高阶累积量 78

5.1.3 高斯信号的高阶累积量 78

5.1.4 高阶矩与高阶累积量的转换关系 79

5.2 基于高阶累积量的Volterra核参数盲辨识 80

5.2.1 Volterra模型与假设 80

5.2.2 输出序列的三阶累积量计算 81

5.2.3 三阶累积量的一致估计 82

5.2.4 时域核参数的盲辨识 83

5.3 数值试验 83

5.3.1 数值试验模型 83

5.3.2 数值试验【E5-1】的辨识结果 85

5.3.3 数值试验【E5-2】的辨识结果 85

5.3.4 数值试验【E5-3】的辨识结果 86

5.3.5 不同记忆长度的影响 87

5.3.6 信号数据采样长度的影响 88

5.4 水轮机主轴系统时域核参数的盲辨识 88

5.4.1 数据准备 88

5.4.2 超速试验工况【E3-2】的辨识结果 89

5.4.3 满负荷运行工况【E3-4】的辨识结果 90

5.5 水轮机转轮上水力激励的反向递推求解 91

5.5.1 反向递推求解方法 91

5.5.2 数值试验【E5-3】 93

5.5.3 水轮机转轮上水力激励的反向递推求解 96

5.6 系数γijk取值的循环判断法 97

5.7 本章小结 101

第6章 水轮发电机组轴系动力响应分析 102

6.1 引言 102

6.2 机组轴系上的作用力 103

6.2.1 导轴承非线性油膜力 103

6.2.2 机械不平衡力 104

6.2.3 发电机转子不平衡磁拉力 104

6.2.4 水力不平衡力 104

6.3 机组轴系的运动方程 105

6.3.1 机组轴系的力学模型 105

6.3.2 机组轴系的运动方程 105

6.3.3 运动方程的无量纲化 107

6.4 某机组轴系动力响应分析 109

6.4.1 某机组轴系简介 109

6.4.2 转速对系统振动的影响 110

6.4.3 质量偏心对系统振动的影响 111

6.4.4 励磁电流对系统振动的影响 112

6.4.5 关键部位的响应图示 114

6.5 随机水力激励下系统的响应 120

6.5.1 随机水力激励为零均值一方差的i.i.d.信号 120

6.5.2 随机水力激励大小的影响 123

6.6 动力响应计算及图形绘制源程序 125

6.7 本章小结 130

参考文献 132