水輪發(fā)電機組現場試驗與分析技術

序

前言

第1章 緒論

1．1 水輪發(fā)電機組現場試驗的目的

1．2 水輪發(fā)電機組現場試驗的主要內容

1．3 現場試驗的主要測試方法

1．4 現場試驗的基本參數

1．5 水輪發(fā)電機組現場試驗與診斷技術現狀

1．6 水輪發(fā)電機組現場試驗與分析診斷技術的發(fā)展和展望

第2章 發(fā)電機組性能特點及故障分類

2．1 水輪發(fā)電機組的運行性能指標

2．2 影響水輪發(fā)電機組穩(wěn)定性的基本因素

2．3 水輪發(fā)電機組故障類型和故障分析

2．4 查找故障原因的典型現場試驗

第3章 發(fā)電機組現場試驗技術標準

3．1 現場試驗標準體系

3．2 現場試驗的要求

3．3 可逆式機組現場試驗

第4章 信號分析技術基礎

4．1 概述

4．2 信號的分類

4．3 周期信號與離散頻譜

4．4 非周期信號與連續(xù)頻譜

4．5 隨機信號

4．6 相關分析及其應用

4．7 頻譜分析及其應用

4．8 數字信號處理

4．9 沖擊信號與包絡分析技術

4．10 模態(tài)分析

4．11 誤差分析與數據處理原則

第5章 水輪發(fā)電機組現場試驗分析系統(tǒng)

5．1 概述

5．2 試驗分析系統(tǒng)

第6章 水輪發(fā)電機組穩(wěn)定性試驗

6．1 概述

6．2 現場測量的幾種方法

6．3 現場穩(wěn)定性試驗

6．4 試驗結果分析

6．5 引起機組振動的原因及處理

第7章 水輪發(fā)電機組動平衡試驗

7．1 靜平衡和動平衡概述

7．2 平衡原理

7．3 動平衡試驗

第8章 水輪發(fā)電機組調速器試驗

8．1 概述

8．2 調速器系統(tǒng)的靜特性及品質指標

8．3 靜特性試驗

8．4 水輪機調速系統(tǒng)的動態(tài)特性試驗

第9章 水輪發(fā)電機組效率試驗

9．1 概述

9．2 水頭和有功功率的測量

9．3 流量測量

9．4 相對效率試驗

9．5 熱力學法

9．6 試驗結果誤差分析

第10章 水輪發(fā)電機組應力特性試驗

10．1 概述

10．2 試驗應力分析方法及測量原理

10．3 電測法在應力特性試驗中的應用

10．4 應力特性試驗中電阻應變片的選擇

10．5 應變片及應變花的防沖、防潮處理

10．6 測試接線方法及其應力計算

10．7 動態(tài)應變測試中部分測試量的標定

10．8 應力特性試驗中測試量的修正

10．9 水輪發(fā)電機組應力特性測試

第11章 水輪發(fā)電機組噪聲測量

11．1 基本概念

11．2 噪聲測量方法

第12章 水輪發(fā)電機組通風試驗

12．1 概述

12．2 水輪發(fā)電機通風試驗

12．3 試驗結果處理

第13章 水輪發(fā)電機組盤車試驗

13．1 盤車試驗的目的和方法

13．2 在線監(jiān)測系統(tǒng)盤車的原理

13．3 電動盤車裝置的原理及應用

第14章 水輪發(fā)電機組推力軸承油膜厚度試驗

14．1 軸承油膜厚度的一般概念

14．2 軸承油膜厚度的測試目的和意義

14．3 推力軸承油膜厚度的測試原理及方法

14．4 試驗工況與程序

14．5 試驗結果分析與計算

第15章 水輪發(fā)電機組現場試驗案例與分析

15．1 電磁拉力不平衡試驗

15．2 磁極松動故障試驗

15．3 機組水力不平衡故障測試

15．4 動不平衡故障試驗

15．5 機組穩(wěn)定性及能量特性試驗

15．6 過速試驗及甩負荷試驗

15．7 噪聲測試

15．8 熱力學法測水輪機效率試驗

15．9 軸流轉槳機組相對效率試驗

15．10 卡門渦的確定及處理

15．11 轉輪葉片應力測試

參考文獻2100433B

《水輪發(fā)電機組現場試驗與分析技術》在總結水輪發(fā)電機組現場試驗、數據分析新技術的基礎上，結合全國多家單位現場試驗的實踐經驗，融合新國際、國家、行業(yè)標準，全面系統(tǒng)地闡述了水輪發(fā)電機組現場試驗和分析技術。

《水輪發(fā)電機組現場試驗與分析技術》主要包括：信號分析技術基礎、現場試驗分析系統(tǒng)、穩(wěn)定性試驗、動平衡試驗、調速器試驗、效率試驗、應力特性試驗、噪聲測量、通風試驗、盤車試驗、推力軸承油膜厚度試驗、現場試驗案例與分析等。

《水輪發(fā)電機組現場試驗與分析技術》具有很強的理論性和實用性，對水輪發(fā)電機組的現場試驗具有很好的指導作用。

《水輪發(fā)電機組現場試驗與分析技術》可供水輪發(fā)電機組試驗人員以及水電站運行、檢修人員閱讀，也可供高等學校有關專業(yè)師生參考。

試驗分析的作用 　結構試驗分析與結構理論分析是對結構工作狀態(tài)取得完善認識的依據。結構模型和原型試驗分析在下列諸方面起著重要作用：①建立或驗證結構的數學分析模型和理論；②為結構設計提供依據；③建立或修正經驗公式；④確保施工安全和質量；⑤判斷結構的承載能力；⑥長期監(jiān)視結構的工作性能；⑦建立或修訂工程結構設計及施工規(guī)范的有關條款。

結構試驗分析試驗分析的內容

結構試驗的涉及面很廣，常按照靜力、動力及長期試驗分為三大類。

靜力試驗分析

① 原型結構靜力試驗分析。目的主要是審核結構設計、鑒定工程施工質量、確定結構的承載能力和探索結構計算理論等。主要分析內容有變位分析及內力分析，其結果應互相參照,綜合考慮。(a)變位分析。結構變位（包括線位移和角位移）是結構受載時的綜合反應，常以某些特定位置處的變位值衡量結構的整體工作性能。通過變位分析可判斷結構的剛度特性是否符合設計要求和使用規(guī)定，估計結構的承載潛力，確定結構的安全度。(b) 內力分析。測定結構各部位應力以了解結構受力狀態(tài)。在對結構理論、制造、安裝、施工已有深入了解的基礎上分析影響受力的各種因素，判斷結構的整體或局部構件的工作狀態(tài)是否良好，指出設計、施工方面可能存在的問題，估計其對結構物的影響。

② 模型結構靜力試驗分析。模型結構試驗常涉及到驗證結構理論，建立結構的數學分析模型，以及在原型結構試驗中所不易解決的諸如結構穩(wěn)定、結構破壞等問題。無論是整體結構或局部結構的模型試驗，除了變位及內力分析外,還要結合模型試驗的特點,進行下列內容的分析:(a)模型制作工藝、支承狀態(tài)、安裝誤差、連接方式等模擬關系的完善程度及對試驗結果的影響;(b)模型制作材料性能的影響;(c)對于研究結構的穩(wěn)定和空間作用的模型試驗，應當針對外力作用體系（包括施力點、力的方向和外力等級），結構的約束條件以及結構的連接狀態(tài)這些在試驗中十分敏感的問題，分析其與原型結構的吻合程度,以得出正確結論；(d)對于結構破壞試驗，應根據結構的應變、應力、變位的變化過程，考慮到材料非彈性階段的特性，分析結構體系中導致破壞的薄弱環(huán)節(jié),以正確估計原型結構的最大承載能力；(e)對于結構局部構件受力狀態(tài)的大型局部構件模型試驗，應重點分析其邊界條件是否與原型結構相符。

結構試驗分析動力試驗分析

① 原型結構動力試驗分析。其內容是:施加于結構的動力產生的機理，結構的動態(tài)特性，動力的各種因素對結構的影響，結構變位及內力的動力系數和動態(tài)響應的規(guī)律，確定有利于結構運動狀態(tài)的使用條件，擬定合宜的措施使結構不致發(fā)生較大的動力影響，積累數據以改進結構設計。

② 模型結構動力試驗分析。其內容是通過對模型動態(tài)響應規(guī)律的分析驗證理論，為擬建的結構選擇合理的結構形式，為既有結構的合理使用提供必要的建議。斜張橋1/160全模型風洞試驗(見彩圖)。 結構試驗分析　動力試驗分析的主要項目和方法包括:(a)結構振動頻率分析，分析結構的自然振動頻率，從頻率角度分析結構形式、結構剛度特性對動態(tài)響應的影響;(b)結構阻尼特性分析，實際上結構在運動過程中能量損耗的機理很難正確估計，常根據直接測試結果的分析。常用的分析方法有自由振動衰減法、共振放大法以及半功率（帶寬）法等，可根據試驗條件選擇。正確的阻尼分析有助于結構振動理論的實際應用；(c)結構的振型分析,根據振型坐標分析結構的動態(tài)響應;(d)非隨機荷載試驗分析，用確定性分析方法分析相應于非隨機荷載時程的變位－時間過程，結構的其他反應（如內力）則可通過變位反應求得；(e)隨機荷載試驗分析；(f)非線性結構試驗分析。

結構試驗分析長期結構試驗分析

其目的在于及時掌握結構性能變化的動態(tài)，以采取有利于結構的安全措施，同時為結構的設計、施工、維護和耐久性預測提供依據。分析的項目有：①各測試數值隨時間變化的過程；②各測試數值在各測試周期中同一時間的變化規(guī)律；③根據同一時間測得的數據分析各種因素影響的分量值，并與理論分析值或標準值進行比較；④分析同一因素的測量值在不同時間的變化規(guī)律；⑤分析結構動力特性的變化規(guī)律。

電子計算機在結構試驗分析中的應用 　從60年代末以來，由于小型、微型計算機得到日益廣泛的應用，為復雜的結構試驗數據，特別是結構振動波形的處理分析提供了有利條件。目前，已有多種配有數據處理的程序計算機，也出現了各種帶有微處理機的數據處理專用設備，進行從原始數據的采集到結果數據的輸出，其中包括應力和力的分析、變位、影響系數、特征頻率和模態(tài)等各項分析。由于數據處理速度的不斷提高，有可能對結構試驗的結果進行實時處理，因此，在進行試驗分析的同時，又可對試驗的進程進行控制和監(jiān)視。

結構試驗分析結構試驗分析結果

結構試驗的測試數據經過整理分析，應當用列表、圖示或經驗公式配以適當的理論推導和論證，表達分析的內容、過程和結論。完善的試驗分析報告應當是數據取舍合理、分析思路明確、理論探討周密嚴謹、分析結論簡明正確，并對分析結果的適用范圍提出恰當的建議。2100433B

目錄

引言

第一章 單因子試驗

§1 單因子試驗的統(tǒng)計模型

1.1 完全隨機化設計

1.2 試驗的統(tǒng)計模型

§2 固定效應模型的統(tǒng)計分析

2.1 方差分析

2.2 參數估計

2.3 等重復情形

2.4 從回歸角度看方差分析中的因子平方和

§3 多重比較方法

3.1 對比

3.2 鄧肯多重比較法

3.3 謝菲多重比較法

§4 隨機效應模型

4.1 試驗設計與統(tǒng)計模型

4.2 統(tǒng)計分析

§5 模型恰當嗎？

5.1 方差齊性檢驗

5.2 正態(tài)性檢驗

5.3 非齊性方差數據的變換

習題一

第二章 多因子試驗引論

§1 兩因子試驗的統(tǒng)計模型

§2 固定效應模型的統(tǒng)計分析

2.1 可加效應模型的統(tǒng)計分析

2.2 交互效應模型的統(tǒng)計分析

§3 隨機效應模型與混合模型的統(tǒng)計分析

3.1 隨機效應模型的統(tǒng)計分析

3.2 混合模型的統(tǒng)計分析

§4 多因子試驗的設計與分析

4.1 統(tǒng)計模型

4.2 固定效應模型的統(tǒng)計分析

4.3 隨機效應模型與混合模型的方差分析

§5 拉丁方設計與正交拉丁方設計

5.1 拉丁方設計及其統(tǒng)計模型

5.2 統(tǒng)計分析

5.3 希臘－拉丁方設計

習題二

第三章 析因試驗的部分實施與正交表

§1 2k設計的部分實施

1.1 22設計與正交表L4（23）

1.2 23設計與正交表L8（27）

1.3 2k設計與正交表L2k（22k－1）

1.4 例

§2 3k設計的部分實施

2.1 32設計與正交表L9（34）

2.2 33設計與正交表L2，（313）

2.3 3k設計與正交表

2.4 例

§3 pk設計的部分實施

3.1 pk設計與正交表

3.2 pk設計的部分實施

3.3 關于正交設計

§4 正交表的并列

4.1 并列的方法

4.2 例

4.3 進一步的例

§5 擬水平法

5.1 試驗設計

5.2 統(tǒng)計分析

5.3 含交互作用的例

§6 賦閑列法

6.1 賦閑列

6.2 統(tǒng)計分析

6.3 一個實例

6.4 含交互作用的例

習題三

第四章 參數設計

§1 田口的基本思想

§2 穩(wěn)健性設計與分析

§3 靈敏度分析

§4 綜合噪聲因子

§5 動態(tài)特性的參數設計

5.1 動態(tài)特性

5.2 信號因子

5.3 動態(tài)特性參數設計的要求

5.4 動態(tài)特性參數設計的試驗安排

5.5 SN比的估計

5.6 動態(tài)特性的參數設計

習題四

第五章 不完全區(qū)組設計

§1 平衡不完全區(qū)組設計

1.1 平衡不完全區(qū)組設計的概念

1.2 平衡不完全區(qū)組設計的參數間的關系

1.3 互補設計、導出設計、剩余設計

§2 平衡不完全區(qū)組設計的統(tǒng)計分析（區(qū)組內分析）

2.1 參數估計

2.2 方差分析

§3 平衡不完全區(qū)組設計的統(tǒng)計分析（區(qū)組間分析）

§4 部分平衡不完全區(qū)組設計

4.1 問題的提出

4.2 結合類和部分平衡不完全區(qū)組設計的概念

4.3 統(tǒng)計分析

§5 尤登方設計

習題五

第六章 回歸設計與響應曲面分析

§1 正交回歸設計的概念

1.1 編碼變換

1.2 正交回歸設計的定義

1.3 線性回歸正交設計的統(tǒng)計分析

§2 用正交表構造線性回歸的正交設計

2.1 使用正交表構造試驗設計、作統(tǒng)計分析

2.2 添加中心點的重復試驗

§3 用單純形法構造線性回歸的正交設計

3.1 單純形的概念

3.2 第一種方法

3.3 由正交矩陣構造單純形設計

§4 旋轉回歸設計的概念

§5 多項式回歸的試驗設計的旋轉性條件

5.1 多項式回歸的設計的信息矩陣元素的一般形式

5.2 旋轉性條件

§6 二次回歸的旋轉設計

6.1 二次回歸旋轉設計的試驗點必須處于不同球面

6.2 兩個自變量的二次回歸旋轉設計

6.3 二次回歸的旋轉中心組合設計

6.4二次回歸的均勻精度旋轉中心組合設計

§7 最速上升法

7.1 最速上升法的步驟

7.2 最速上升路線的確定

§8 二次響應曲面分析

8.1 響應曲面的等高線表示法

8.2 穩(wěn)定點

8.3 二次回歸方程的典范形式

習題六

第七章 最優(yōu)設計

§1 設計的概念，信息矩陣的性質

1.1 模型

1.2 設計的概念

1.3 信息矩陣的性質

§2 優(yōu)良性準則

2.1 D最優(yōu)性

2.2 A最優(yōu)性

2.3 線性最優(yōu)性

2.4 G最優(yōu)性

2.5 E最優(yōu)性

§3 等價性定理

3.1 引理

3.2 等價性定理

3.3 用等價性定理驗證設計的D最優(yōu)性

§4 費多洛夫迭代算法

習題七

附錄 方差分析中的有關分布

§1 多維正態(tài)分布

§2 x2分布

2.1 X2分布的概念

2.2 x2分布的基本性質

§3 正態(tài)變量的二次型

3.1 正態(tài)變量的二次型服從x2分布的條件

3.2 正態(tài)變量的二次型的獨立性

3.3 正態(tài)變量的二次型與線性型獨立的條件

§4 t分布

4.1 t分布的概念

4.2 t分布的基本性質

§5 F分布

5.1 F分布的概念

5.2 F分布的基本性質

參考書目

附表

1.正態(tài)分布表

2.x2分布的上側分位數（x2a）表

3.t分布表

4.t分布的雙側分位數（ta）表

5.F檢驗的臨界值（F。）表

6.鄧肯多重比較的顯著性極差的系數

7.多重比較中的S表

8.正交表

9隨機數表

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“巖土分析與試驗”是三年制高職土木工程道路與橋梁、隧道與地下工程、鐵道工程及測量工程技術、基礎工程技術等專業(yè)必修的一門專業(yè)基礎課程。按照教、學、做一體化，強化學生能力的培養(yǎng)要求，本教材編寫時注重考慮了土木工程專業(yè)人員應具備的有關巖石與土的工程性質及巖石與土的物理力學性質試驗、工程地質圖和工程地質勘探方面的基本知識和基本技能的要求。

根據“巖土分析與試驗”課程的培養(yǎng)目標，教材內容的設計主要考慮滿足學生畢業(yè)后在施工或設計單位從事試驗員、監(jiān)理員、質檢員、鉆探工等的工作要求。上述崗位的典型工作內容為：按相應的規(guī)范規(guī)程做好各項試驗，填寫試驗記錄和試驗報告；根據工程巖土體的試驗參數確定巖土體相應施工方案，進行現場質量驗收和隱蔽工程質量驗收；根據工程布局確定勘探方案及勘探方法，整理勘探記錄和編寫勘察報告；對各種類型試驗結果或勘察報告進行整理歸檔慫寸。2100433B