水电站厂房与机组主振源识别及数值模拟研究

本项目基于水电站厂房与机组联合振动原型试验数据，对厂房与机组主振源开展机理和识别研究，重点研究轴向水推力脉动、尾水涡带脉动、机械和电磁不平衡力等主要振源，同时结合数值方法对其进行模拟研究。主要内容：开展水电站厂房与机组联合振动原型试验，采用现代时－频联合分析和人工智能方法提取复杂振动信号中的与厂房和机组振源相关的敏感量，进行主振源的识别；基于动力学、电磁学、流体力学等知识，采用相干技术研究各振源的作用方式和传播规律；采用精细数值模拟与实验相结合的手段，研究水电站流道各部位的水压脉动点面转换关系和空间分布规律；开展主振源的数值模拟研究，对水电站厂房与机组振动响应进行预测；考虑结构振动、机组运行、开停机次数等约束条件，进行水电站综合优化研究。本项研究对水电站厂房与机组振动问题进行学科交叉研究，具有重要的理论意义和实用价值，必将促进该领域的进一步发展。

近年来水电站发生了数起重大安全事故，如2009年8月17日萨扬-舒申斯克水电站重大事故。因此水电站水机电-厂房结构耦联振动规律研究成为一热点研究领域。本项目基于水电站厂房与机组联合振动原型试验数据，对厂房与机组主振源开展机理和识别研究。重点研究水电站厂房结构、发电机组耦联结构体系在水力、机械、电磁等多种振源作用下的振动规律，以及该结构体系动力响应数值模拟研究。主要内容及成果如下：. （1）针对典型水电站工程开展了水电站厂房与机组联合振动试验，采用现代谱分析及智能识别方法对厂内主要振源进行识别，并且从能量角度分析了各振源荷载对厂房结构振动的影响程度，从而揭示水电站厂房与机组振动传递规律。. （2）基于振动实测数据，开展了流道水压脉动与机组、结构振动的相关性分析，研究厂房与机组的非线性耦联振动规律。. （3）针对三轴传感器的优化配置问题，提出了三轴有效独立驱动点残差法（EfI3-DPR3），并将该方法运用到水电站厂房振动性态测试的三轴传感器空间优化布置中，取得了良好的效果。. （4）采用大涡数值模拟方法对一厂顶溢流式水电站厂房的泄流状态进行模拟，分析流道中脉动水压的分布规律。数值计算结果与实验数据吻合较好，为分析水电站复杂流道水压脉动提供了一种较好手段。. （5）采用神经网络和最小二乘支持向量机方法构建水电站厂房振动预测模型。通过现场实测数据的验证，预测模型具有很高的实用性。. （6）考虑结构振动、机组运行、开停机次数等约束条件，进行水电站综合优化，提高电站的利用率，显著增加水电站的经济效益。. 本课题研究对水电站厂房与机组振动问题进行学科交叉研究，具有重要的理论意义和实用价值，必将促进该领域的进一步发展。