基于非线性振动的多失效模式水轮发电机组混合可靠性研究

水轮发电机组的振动问题不仅关系到机组的正常运行，更直接影响到联合电力系统的安全可靠运作，因而积极开展水轮发电机组振动可靠性广泛而深入的研究，对确保水电站安全可靠高效运行是十分迫切的任务。本项目应用有限单元法建立能全面反映水轮发电机组水力、电磁、机械、故障和动力学状态的非线性动力学方程，探明机组在各种外部激励和内部激励共同作用下的振动机理，针对机组运行中同时存在模糊变量和区间变量的情形，综合应用模糊可靠性理论和非概率可靠性理论,构建基于非线性振动的多失效模式水轮发电机组的模糊-非概率混合可靠性模型，进而根据该模型，揭示机组可靠性与水力参数、结构参数、电磁参数之间的内在关系，从而为水轮发电机组的可靠性设计、制造、运行及控制等提供更多和更加接近客观实际的理论依据。

水轮发电机组的振动问题不仅关系到机组的正常运行，更直接影响到联合电力系统的安全可靠运作，因而积极开展水轮发电机组振动可靠性广泛而深入的研究，对确保水电站安全可靠高效运行是十分迫切的任务。本项目以混流式水轮发电机组为研究对象研究其振动可靠性问题。首先，通过对水轮发电机组主轴系统进行振动分析，建立机组主轴系统振动故障树，明确机组主轴系统的振动故障及其产生原因与机理；然后，在对混流式水轮发电机组水流激励特性深入分析的基础上，应用有限单元法建立能较好体现系统动态性能与其电磁参数、结构参数、水力参数和故障参数之间的内在关系的机组主轴系统非线性动力学方程，并通过实例进行验证；第三，考虑机组主轴系统结构尺寸、材料属性、水力参数及电磁参数的不确定性，根据所建立的水轮发电机组主轴系统非线性动力学方程，导出系统固有频率对不确定性参数的梯度关系，研究系统在外部激励和内部激励（含故障激励）共同作用下的非线性动态特性；第四，针对水轮发电机组存在不同的不确定性信息的情形，分别建立基于非线性振动的多失效模式水轮发电机组概率可靠性模型、基于非线性振动的多失效模式水轮发电机组非概率可靠性模型和基于非线性振动的多失效模式水轮发电机组混合可靠性模型，提出存在不同不确定性信息情形下的多失效模式水轮发电机组可靠性分析方法，并通过实例进行验证；第五，考虑主轴系统结构尺寸、材料属性、水力参数及电磁参数的不确定性，根据所建立的水轮发电机组的可靠性模型，对系统的运行可靠性进行分析，揭示机组可靠性与系统参数之间的内在关系；第六，给出以机组主轴系统体积最小为目标函数，以基于非线性振动可靠性、强度可靠性、刚度可靠性的系统联合可靠度大于或等于某预设值为约束条件，以主轴系统的结构参数为设计变量的可靠性优化设计数学模型，并在此基础上应用惩罚函数法对主轴系统进行可靠性优化设计。本项目的研究工作为水轮发电机组的可靠性设计、制造、运行及控制等提供更多和更加接近客观实际的理论依据。