[发明专利]稳态工况任意轴心轨迹下水电机组运行摆度计算方法

说明书

稳态工况任意轴心轨迹下水电机组运行摆度计算方法。本发明涉及水电机组运行摆度技术领域，尤其涉及一种稳态任意轴心轨迹下水电机组运行摆度计算模型与方法。本发明通过对给定的某一个任意大轴轴心轨迹建立几何关系模型，并对该几何关系模型进行公式推导，得到该给定的任意大轴轴心轨迹的摆度向量表达式，以及最大摆度模长和最大摆度模长对应的方位，将摆度向量表达式转换为有限项的余弦形式的摆度向量表达式，并通过对有限项的余弦形式的摆度向量表达式引入旋转矩阵进行旋转变换得到不同旋转角度下的摆度向量表达式，进而得到全方位的摆度波形图，本发明对完善水电机组振动摆度在线监测系统，提高水电机组状态监测及故障诊断水平具有重要的工程应用价值。

技术领域

本发明涉及水电机组运行摆度计算方法技术领域，尤其涉及一种稳态工况任意轴心轨迹下水电机组运行摆度计算方法。

背景技术

工程实践中使用涡流传感器测量大轴的摆度信号，由于涡流传感器往往都是垂直安放，测量出来的就是两个垂直方向上的振动信号，因此轴心轨迹往往通过同一水平面内或近似同一水平面内的两个方向垂直的摆度信号构造出来。

然而实践中受到水力、机械、电磁等多种因素的影响，轴心轨迹表现出几何形状复杂、相互重叠杂乱的特征，学术领域与工程实践领域往往从摆度信号角度出发，通过利用各种信号处理方法构造轴心轨迹，为加以区别，本发明将该种思路称之为正向研究思路，正向研究思路从摆度信号出发构造出轴心轨迹，并对轴心轨迹进行研究，主要集中于轴心轨迹的提纯、轴心轨迹的识别、轴心轨迹的评价与故障诊断等。

与该思路相对的是逆向研究思路，即在给定轴心轨迹下研究摆度的测量及其特征，本发明即按照逆向思路，提出了任意轴心轨迹下摆度信号的研究方法，建立了任意轴心轨迹下摆度信号分析体系，揭示了任意轴心轨迹下与摆度信号间的关系，为摆度信号特征提取、传感器优化布置、轴心轨迹重构与识别提供了理论基础。

工程实践中机组开/停机、空载扰动、加减负荷等过程的轴心轨迹动态时变；即使机组稳定运行后，受到机组运行工况切换、大轴轴线倾斜曲折、转子动不平衡、水力不平衡、电磁不平衡、质量分布不均匀、涡流传感器安装支架及底座刚度等因素的影响，轴心轨迹出现如圆形轴心轨迹、椭圆形轴心轨迹、内八字形轴心轨迹、外八字形轴心轨迹、心八字形轴心轨迹、三角形轴心轨迹等形状更为复杂的几何形状。

此外，仅有中国电力出版社2003年出版的《水轮发电机机械检修》研究了圆形轴心轨迹下摆度的理论计算公式，但是对于稳态工况下椭圆形、内八字、外八字等其他形式甚至任意形式下轴心轨迹下的摆度计算缺乏理论上的深入研究与探讨，由此缺乏对于稳态工况除圆形轴心轨迹以外其他形式甚至任意形式轴心轨迹下对于大轴轴线检修或大轴实际运行状态下实时监测的理论指导，如果逐一分析不同种类的轴心轨迹下的摆度信号，工作量大，计算繁琐。

发明内容

(一)要解决的技术问题

为了解决现有技术的上述问题，本发明提供一种工作量较小且计算较为简便的稳态工况任意轴心轨迹下水电机组运行摆度计算方法。

(二)技术方案

为了达到上述目的，本发明采用的主要技术方案包括：

本发明提供一种稳态工况任意轴心轨迹下水电机组运行摆度计算方法，包括以下步骤：

步骤S1：对给定的某一个任意大轴轴心轨迹建立几何关系模型；

步骤S2：对步骤S1所述的该几何关系模型进行公式推导，得到该给定的任意大轴轴心轨迹的摆度向量表达式，以及最大摆度模长和最大摆度模长对应的方位；

步骤S3：将步骤S2所述的摆度向量表达式转换为有限项余弦函数多项式形式的摆度向量表达式；

步骤S4：通过对步骤S3所述的有限项的余弦形式的摆度向量表达式引入旋转矩阵进行旋转变换得到不同旋转角度下的摆度向量表达式，进而得到全方位的摆度波形图。