泵站管道振动混沌特性分析与短期预测

发布时间：2020-06-16 06:44

【摘要】：包括泵站管道在内的各类输流管道的振动在工程实际中普遍存在,对于管道振动特性分析及振动预测的研究有着广泛的工程背景。泵站管道在长期服役期间,在各类影响因素下会产生不同程度的振动,大幅度的管道不利振动会导致整个管道系统出现损伤,甚至会造成大规模的结构破坏及经济财产损失。为了验证泵站管道振动中存在混沌特性,明晰使其产生混沌特性的振动激励,同时实现管道振动的短期混沌预测,本文选取某灌区泵站管道实测振动响应为研究对象,基于混沌理论对泵站管道振动的混沌特性及其短期预测进行研究。本文的研究内容主要分以下三个方面:(1)泵站管道振动混沌特性分析。目前国内外对泵站管道振动系统的混沌特性分析极少,本文基于饱和关联维数和最大Lyapunov指数等混沌特性定量分析方法对管道实测不同测点在不同运行工况下的振动响应进行混沌特性分析。研究结果表明,泵站管道在某些工况下确实存在混沌特性,管道不同位置、机组不同运行工况、不同振动方向情况下管道振动的复杂性及混沌程度不同,且存在共通规律,即泵站管道振动复杂性及混沌特性受机组振动及流态稳定性影响较大。(2)确定泵站管道混沌振源。基于前文分析结果,通过频谱分析的方法确定泵站管道的振源组成,初步判断不同振源分量的混沌特性。为将不同时间尺度的振源激励成分进行有效分离,文章引入改进变分模态分解(Improved Variatronal Mode Decomposition,IVMD)方法将信号自适应地分解为一系列具有不同尺度特征的IMFs,并分别计算其饱和关联维数和最大Lyapunov指数分析其混沌特性,以此明晰使泵站管道振动产生混沌特性的振动激励。(3)建立泵站管道振动短期混沌预测模型。基于前文泵站管道混沌特性分析结果,对泵站管道振动响应在混沌系统领域做进一步应用拓展——建立管道振动短期混沌预测模型。本文选取Volterra级数预测和RBF(径向基函数)神经网络预测两种方法,首先以典型混沌系统Lorenz系统x分量为算例验证两种预测方法在混沌预测领域的有效性;其次,以前文混沌特性分析结果为基础选取涵盖机组运行影响及流态突变影响的管道振动响应序列,分别实现其混沌短期预测以判断本文混沌短期预测模型是否具有泵站管道振动响应的普适性;最终综合对比两种方法的预测结果选择精度更高的预测方法建立泵站管道振动响应短期混沌预测模型。
【学位授予单位】：华北水利水电大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TV675
【图文】：

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1 绪论1.1 研究背景及意义水是生命之源、生产之要、生态之基。中国的经济发展现已进入了新时代，为促进经济的长期快速发展和社会的和谐稳定，必须下定决心加速水利事业的发展，强化水利支撑的保障能力[1]。水利枢纽工程的发展是水能资源充分利用的必要条件，随着我国电力提水设备和引水灌溉技术的不断发展，许多缺水地区建成了高扬程输水泵站及扬水灌区，泵站管道工程实例如图 1-1 所示。这些工程创造了巨大的经济、生态和社会效益，因此保证其安全稳定运行是我国现代化建设和水利事业长足发展的首要任务[2]。泵站管道在长期服役期间，受各类因素影响下会产生不同程度的振动[3]，大幅度的管道不利振动会引起整个管道系统出现损伤，甚至会造成大规模的结构破坏及经济财产损失[4]。因此，明晰泵站管道在不同运行工况下的振动特性以此避免其不利振动具有重要的研究价值。

【参考文献】