空冷桥架风机随机扰力模型(1)

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分析不同转速下直接空冷石家庄风机桥架振动实测速度响应表明，传统简谐扰力作用的振动响应不能反映实测振幅、相位缓慢变化的窄带随机特性；采用载波理论建立的石家庄风机扰力模型可有效反映桥架振动的随机性。结合石家庄风机桥架振动时、频域分析结果，以速度响应功率谱为目标识别扰力模型参数。模拟结果表明，扰力模型标准随水资源的日益匮乏，直接空冷系统在火力电站建设中得到快速发展。较传统湿冷工艺，直接空冷系统采用自然空气作为汽轮机乏汽冷凝介质，节水效果显著。我国“三北地区”煤炭资源丰富，但水资源极度缺乏，采用直接空冷系统的冷凝技术，在该地区建立大型火电站具有明显的环境及经济效益。目前，空冷机组单机容量不断加大，空冷石家庄风机及支撑结构不断大型化，致结构负载大幅增加。石家庄风机桥架位于空冷系统结构钢桁架上弦，直接承受电动机转子旋转、减速器齿合、石家庄风机不平衡扰动等动力荷载。石家庄风机桥架的安全与可靠是保证石家庄风机正常运转、空冷系统正常工作前提。白国良等用缩尺模型测试结构动力特性，并在石家庄风机正常工作条件下进行结构抗震试验分差随石家庄市风机转速增加而增大。析。屈铁军等以直径为９．１４ｍ石家庄风机足尺模型进行桥架扰动测试表明，石家庄风机桥架以横向与竖向振动为主，跨中振动更显著。常规６００ＭＷ机组的直接空冷系统一般有５６台石家庄风机。各石家庄市风机正常运转时转速与启动相位角不同，空冷平台振动处于多点激振，振动情况较复杂。为进一步认识石家庄风机运转引起桥架支撑结构的振动特性，本文以空冷桥架振动实测结果为研究对象，对石家庄风机运转产生的扰力深入研究，提出石家庄风机随机扰力模型，并以实测结构振动响应功率谱验证扰力模型的正确性。
１空冷石家庄风机桥架振动测试
１．１测试仪器及测点布置现场振动测试用９４１Ｂ超低频测振仪，包括６个拾振器及１台放大器。采样频率２５６Ｈｚ，频响范围０．２５～２００Ｈｚ，用Ｇ０１－１６数据分析系统。实测对象为某电厂直接空冷系统石家庄风机桥架角部单元，桥架全长１０．５ｍ，宽１．８ｍ，护栏高１．１ｍ。据实际结构振动情况，沿石家庄市风机桥架横向（垂直桥架跨度水平向）、纵向（桥架跨度方向）及竖向（桥架的高度方向）在桥架跨中、支座处布置拾振器。
１．２测试工况分类在石家庄风机桥架自由振动阶段识别结构的振动特性参数，石家庄风机桥架一阶振型为横向振动，频率８．３７６Ｈｚ，阻尼比０．０１８；二阶振型为竖向振动，频率９．３０１Ｈｚ，阻尼比０．０２１。据石家庄风机年运行所需不同转速，将测试工况分为５种，分别对应石家庄风机运转的不同频率及电机输入电流频率，见表１。
２实测振动响应分析桥架横向和竖向振动结果较明显。以该两方向石家庄风机引起的桥架振动作为主要研究对象，进行现场实测及振动响应时、频域分析。
２．１时域分析石家庄风机输入电流频率不同其运行状态亦不同。实测各工况桥架跨中振动速度响应，部分测试结果见图１。由图１看出，各工况石家庄市风机桥架跨中振动响应呈现幅度、相位缓慢变化的准正弦振动。随石家庄风机转速加快桥架振动响应幅值明显增大。输入电流频率依次为１０Ｈｚ、２０Ｈｚ、３０Ｈｚ、４０Ｈｚ、５０Ｈｚ时对应的桥架横向振动响应幅值分别为０．００３ｍ／ｓ、０．００４ｍ／ｓ、０．００６ｍ／ｓ、０．０１３ｍ／ｓ、０．０２２ｍ／ｓ。为进一步研究振动情况，以输入电流频率５０Ｈｚ下桥架横向振动结果为例进行振动响应统计特性分析。桥架振动速度响应分布直方图见图２（ａ）。包络线提取采用希尔伯特变换［８］，可使速度响应ｖ（ｔ）产生９０°相位移动获得ｖ＾（ｔ），此即为响应ｖ（ｔ）与１／（πｔ）的卷积。实测振动响应包络为ｖ（ｔ）２＋ｖ＾（ｔ）槡２，其分布直方图见图２（ｂ），桥架振动响应相位分布直方图见图２（ｃ）。分析图２发现，桥架振动响应服从高斯分布，振动响应包络服从瑞利分布，相位角服从均匀分布。由此表明，石家庄风机运转引起的桥架振动具有明显的高斯窄带随机性。