基于传递熵的水电站厂房振动传递路径识别-水利学报.PDF

水 利 学 报 2018年6月 SHUILI XUEBAO 第49卷 第6期 文章编号：0559-9350（2018）06-0732-09 基于传递熵的水电站厂房振动传递路径识别 1，2 1，2 1，2 王海军 ，王 宁 ，练继建 （1. 天津大学 水利工程仿真与安全国家重点实验室，天津 300350；2. 天津大学 建筑工程学院，天津 300350） 摘要：水电站厂房空间结构复杂，同时振动测试信号中常混杂各种噪声，使得水电站厂房结构振源传递路径的分 析难度增大；论文将传递熵方法与基于EMD分解的小波熵阈值去噪方法相结合，实现水电站厂房振动传递路径 的识别。首先采用EMD分解和小波熵方法自适应地根据信号能量特征确定对应尺度的去噪阈值，对振动测试信 号去噪；然后采用传递熵的方法识别厂房结构振源的传递路径。通过模拟信号的分析证明了该方法在判断信号传 递方向方面的合理性。将该方法应用到一大型水电站厂房，结合现场实测振动数据对尾水涡带的垂向传递路径进 行了识别，并计算了测点之间的信息传递率。结果表明尾水涡带引起的垂向振动主要传递路径为：尾水管→机墩 （定子基础、下机架基础）→厂房上部结构楼板。 关键词：水电站厂房；经验模态分解；小波熵；传递熵；传递路径 中图分类号：TV312 文献标识码：A doi ：10.13243/ki.slxb 1 研究背景 随着水电站装机容量和引用水头的增加，其尺寸更加庞大，刚度也逐渐降低，机组振动、流道 ［1］ 水流等诱发的厂房结构振动问题日益引起重视 。水电站机组与厂房振动系统是一个庞大的耦合体 系，引起其振动的主要振源包括水力、机械和电磁因素三个方面。水电站厂房振动主振源的振动传 ［2］ ［3］ 递路径识别和传递规律成为研究的难点 。针对水电站厂房结构振动传递路径问题，王海军等 基于结 构声强和有限元理论对水电站厂房不同部位进行了结构声强计算，实现了传递路径的矢量可视化。 ［4］ ［5］ 余桐奎等 基于多种相干函数的信息相似性方法实现了双体船振动噪声源主要传递路径的识别。徐伟等 通过功率流理论对水电站厂房结构低频尾水脉动压力振动传递路径进行了理论分析和数值计算。毛 ［6］ 汉领等 利用常相干和偏相干分析模型研究了水电站厂房发电机层楼板振动的振源以及激振力在厂房 结构之间的传递路径。 基于工作环境激励下的水电站厂房结构振动原型观测可以在保证水电站正常运行的工作条件 下，获得所需的振动参数及响应。但是，由于观测环境的复杂性，通过原型观测获得的振动信号不 可避免会受到噪声的干扰，影响后续的数据分析。因此，滤波降噪也是结构振动分析与控制中一项 重要环节。 本文基于传递熵理论对振源传递路径进行识别，通过对模拟信号的分析验证了该理论的合理 性和有效性。以一大型水电站地下厂房为研究对象，首先使用基于EMD的小波熵自适应阈值去 噪方法对原型观测数据去噪，然后对去噪后的信号进行小波分解与重构获取尾水涡带信号，最后 收稿日期：2017-09-07；网络出版日期：2016-06-28 网络出版地址：http：///kcms/detail/11.1882.TV1111.003.html 基金项目：国家重点研发计划项目（2016YFC0401902）；天津市重点领域创新团队（2014TDA001）；高等学校学科创建引智计划 项目（B14012） 作者简介：王海军（1978-），男，江西萍乡人，博士，副教授，主要从事水工结构动静力特性研究。 E-mail：bookwhj@163.com — 732 — 利用传递熵理论对尾水涡带的垂向