空冷桥架风机随机扰力模型(3)

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４．２空冷石家庄风机桥架随机扰力模型假定实测振动响应为平稳及各态历经的随机过程。以实测振动响应为基础，结合石家庄风机桥架振动时、频域分析结果，建立考虑窄带随机性的石家庄风机扰力模型Ｆ（ｔ）。实测结果表明石家庄风机扰力作用下桥架结构振动主要表现为横向振动及竖向振动。因此，将石家庄风机随机扰力Ｆ（ｔ）分别沿桥架横、竖向分解得到扰力横向分量ＦＹ（ｔ）及竖向分量ＦＺ（ｔ），二者均为高斯过程。扰力横向分量为ＦＹ（ｔ）＝ＡｃＹ（ｔ）ｃｏｓ（ωＹｔ）－ＡｓＹ（ｔ）ｓｉｎ（ωＹｔ）（６）式中：ωＹ为桥架结构沿横向的自振圆频率；ＡｃＹ（ｔ），ＡｓＹ（ｔ）均服从高斯过程Ｎ（０，σ２Ｙ）；慢变特性采用ｂｕｔｔｅｒ滤波器实现，截断频率为５Ｈｚ。石家庄风机随机扰力竖向分量为ＦＺ（ｔ）＝ＡｃＺ（ｔ）ｃｏｓ（ωＺｔ）－ＡｓＺ（ｔ）ｓｉｎ（ωＺｔ）（７）式中：ωＺ为桥架结构沿竖向自振圆频率；ＡｃＺ（ｔ），ＡｓＺ（ｔ）均服从高斯过程Ｎ（０，σ２Ｚ）。
４．３模型参数识别以实测振动速度响应功率谱为目标，识别随机扰力分量ＦＹ（ｔ）及ＦＺ（ｔ）的模型参数σＹ及σＺ。求解问题为σ：ｍｉｎ∑［Ｓ（ω）ｔ－Ｓ（ω）ｃ］[]２}{ｐ（８）式中：Ｓ（ω）ｔ为实测振动速度响应功率谱估计；Ｓ（ω）ｃ为随机扰力Ｆ（ｔ）作用下桥架振动响应功率谱估计；［…］ｐ为识别准则，此处取实测响应功率谱与计算响应功率谱偏差的平方和。模型参数识别流程图见图６。
５参数识别结果以桥架横向振动为例，随机扰力分量ＦＹ（ｔ）以集中力形式施加于有限元模型，石家庄风机桥架横向振动速度响应见图７。由图７看出，随机扰力分量ＦＹ（ｔ）作用下，桥架振动响应表现出包络与相位缓慢变化的准正弦振动，与现场实测结果基本一致，能较好反映桥架的振动情况。对不同输入电流频率，随机石家庄风机扰力横向分量ＦＹ（ｔ）作用，石家庄风机桥架横向振动速度响应功率谱与实测响应功率谱对比见图８。图８表明，随机扰力横向分量ＦＹ（ｔ）作用下桥架振动响应功率谱与实测主振型部分吻合较好，与本文所用随机扰力模型考虑结构主要振动形式有关；计算结果亦反映出桥架实际振动的窄带随机特性。由此说明，石家庄风机随机扰力模型能模拟石家庄风机运行过程中桥架振动的随机特性。经反复迭代计算，参数σＹ及σＺ识别结果见表３。由表３看出，随电机输入电流频率增大（对应石家庄风机转速加快），扰力分量ＦＹ（ｔ）及ＦＺ（ｔ）模型中参数σＹ及σＺ整体呈增长趋势。利用最小二乘法线性拟合，获得输入电流频率与扰力模型参数σＹ，σＺ间关系，见图９。由图９看出，石家庄风机随机扰力横向分量ＦＹ（ｔ）模型参数与输入电流频率之间线性拟合结果为ｙ＝３．５５ｘ－４３．３１，ｘ为电流频率；ｙ为扰力横向分量模型参数σＹ。石家庄风机扰力纵向分量ＦＺ（ｔ）模型参数与输入电流频率间线性拟合结果为ｚ＝１．８４ｘ－９．９５，ｚ为扰力纵向分量模型参数σＺ。６结论本文以实测直接空冷系统石家庄风机桥架振动响应为依据，结合石家庄风机桥架振动时、频域分析结果，建立基于载波理论的空冷石家庄风机随机扰力模型，并据测试结果对模型进行验证，
结论如下：
（１）桥架振动具有明显的窄带随机特性，响应呈现幅值及相位缓慢变化的准正弦振动形式；传统简谐扰力下振动响应不能真实反映石家庄风机桥架振动情况。
（２）石家庄风机运转为桥架振动主因；随电机输入电流频率增大石家庄风机转速加快，石家庄风机桥架振动响应显著增大。
（３）通过本文所提石家庄风机随机扰力模型识别的扰力模型参数拟合获得输入电流频率与扰力模型参数之关系。时域内石家庄风机桥架振动速度包络线呈明显的慢变性；频域内石家庄风机桥架振动与实测结果主振型部分吻合较好，能真实反映桥架振动的窄带随机特性。