水电站内源振动引起厂房结构振动反应分析

随着水轮发电机组单机容量的提高,机组转动部件的重量、轴向水推力以及作用在支撑结构上的机组偏心力、不平衡磁拉力及电磁扭矩均会显著增大。为确保结构安全,对大型水电站厂房进行在机组振动荷载下的振动反应分析具有十分重要的意义。以锦屏一级水电站地下厂房为例,采用三维有限元法,计算了正常运行工况和事故工况下,厂房结构的振动位移、速度、加速度和应力。结果表明,锦屏一级水电站地下厂房在机组振动荷载作用下的动力反应满足规范和建议的厂房振动控制标准的要求。

周宁水电站地下厂房结构振动与结构形式研究——周宁水电站地下厂房采用悬式发电机组，支撑结构上部受力，结构体型单薄，高水头、高转速下运行，下拆方式检修，在蜗壳外包混凝土开孔等，这些都对结构抗振不利。为此，用模态分析和瞬态动力学分析方法，对无梁厚板...

随着我国大型抽水蓄能电站建设的快速发展,地下厂房结构动态设计日益成为设计运行中的关键课题,而水力振动是高水头电站的重要特征。本文以宜兴抽水蓄能电站为实例,在自振特性分析和共振复核的基础上,研究水轮机流道结构内部压力脉动试验结果的幅频特性、相似关系以及施加方式,重点对地下厂房的水力激励振动反应作系统分析,从振动位移、速度、加速度和动应力加以复核评价,以期对水力激发厂房振动的机理和分析评价方法有准确的掌握。

针对水电站厂房结构振动主要由水力、机械和电磁三大类振源引起,结合景洪水电站机组与厂房振动联合测试数据,在分析厂房结构与机组振动响应关系的基础上,应用径向基神经网络建立了厂房结构振动预测模型。实例结果表明,该方法简单、有效、预测精度较高,可供同类工程参考。

随着水电站规模和单机容量的不断增长，水电站厂房振动问题日益突出。明确厂房结构的振动规律有助于电站长期运行安全评估。在电站厂房原型振动观测数据相关分析的基础上，建立了基于相关向量机（relevancevectormachine，rvm）的厂房振动响应预测模型。该模型可通过机组、流道测点的测试数据预测厂房结构垂直振动空间分布，并具有较高的精度。

基于泸定水电站厂房,研究提出了水电站厂房非定常湍流、机组及混凝土结构相互作用的流固耦合振动分析方法,对流体压力脉动的振动能量传递路径进行了仿真模拟,建立了厂房全流道湍流-整体结构流固耦合振动分析的全耦合仿真模型。通过流体和固体交错迭代考虑流体和固体间的耦合作用,进行时程振动计算分析。结果表明,水轮机叶片与导叶间静动干扰所引起的流体脉动压力对厂房整体结构振动影响较为显著,座环安放处混凝土的振动相对最为剧烈,研究成果揭示了水电站厂房的整体振动规律。

大型水电站厂房结构流固耦合振动特性研究——浅析了流固耦合振动机理，探讨了流固耦合振动问题的分析方法，分析了厂房结构同流体相互作用的复杂的边界条件，并利用强耦合法把有限元理论和声场理论结合起来，计算了某大型水电厂房流固耦合振动特性，并与无流体存...

部分已建水电站的运行实践表明:厂房振动问题是影响水电站正常运行的主要因素之一,它不仅直接影响到机组的安全稳定运行,缩短检修周期和使用寿命,严重时还会引起整个厂房的振动,以至被迫停机,这就需要在设计和建设过程中进行相应的研究,采取有效措施,尽量防止厂房振动的发生,将损失减小到最小.本文以潘口电站厂房结构为研究对象,通过对结构与理想流体耦合问题的分析,采用迦辽金法推导了具有压缩性流体与固体流固耦合问题的动力有限元分析模型,模型考虑了流固耦合问题的附连水质量问题,利用三维有限元分析了厂房结构自振特性和在地震荷载作用下结构的动力特点,对厂房整体结构共振进行校核和评估,提高电站安全运行和管理.

近年来,我国电力工业快速稳步地发展,水电站的建设也进入蓬勃发展时期,其优越性越来越明显。但是水电站由于水泵水轮机组转速高、双向运转、启动运行频繁等特点,因机组摆动或水力脉动而导致的厂房支承结构振动问题也日益突出。文中就支撑结构振动进行了分析,并进行了优化探讨。

根据十三陵蓄能电厂1号机组段结构振动实测资料,分析不同工况、部位、方向的振动特性,研究振动原因以及振动对结构稳定的影响,总结一般性规律,确保机组安全运行。

通过建立龙头石水电站厂房三维有限元动力分析模型,研究了厂房固有振动特性并进行了共振复核,同时研究了机墩在各种动荷载作用下的振幅和应力。利用动力法计算厂房在水力激励荷载作用下的振动反应,并根据国内外有关振动规程,对振动加以评价。研究结果表明,厂房上部框架结构自振频率与机组转频相差不大,可能发生共振,根据计算结果提出了修改设计的建议。厂房整体结构刚度较大,振动反应基本在允许范围内,可以满足设计要求;共振区振动反应较为突出,应重点关注。振动应力较小,不应成为控制参量。

年月 水利学报 第卷第期 收稿日期 基金项目国家自然科学基金 作者简介宋志强男辽宁开原人博士生主要从事水轮发电机组与厂房耦联振动研究 文章编号 龙头石水电站厂房振动分析 宋志强马震岳陈婧张运良 大连理工大学土木水利学院辽宁大连 摘要通过建立龙头石水电站厂房三维有限元动力分析模型研究了厂房固有振动特性并进行了共振复核同时研 究了机墩在各种动荷载作用下的振幅和应力利用动力法计算厂房在水力激励荷载作用下的振动反应并根据国 内外有关振动规程对振动加以评价研究结果表明厂房上部框架结构自振频率与机组转频相差不大可能发生 共振根据计算结果提出了修改设计的建议厂房整体结构刚度较大振动反应基本在允许范围内可以满足设计 要求共振区振动反应较为突出应重点关注振动应力较小不应成为控制参量 关键词水电站厂房自振压力脉动响应评价 中图

本文根据水电站厂房及机组结构开机过程原型观测资料,对水工结构振动情况进行分析,并详细探讨了机组起动过程中的轴向力、扭矩、不平衡力等几种主要荷载的变化情况,给出它们的幅值的近似估算。在此基础上,提出一种计算开机过程中厂房结构动力响应的方法。并将通过该方法结合有限元模型计算出的数值结果与实测数据进行比较,证明该方法是可行的。

水力振源在某些工况下可能对机组的正常运行造成影响,同时引起厂房结构不同程度的振动,且水力振源频域分布广,作用范围大,是水力、机械、电磁3种振源中最主要的振源,因此研究水力脉动及其造成的影响有着十分重要的意义。现有的研究成果对于水力振源特性的研究主要依赖于模型试验,存在模型尺寸比例误差和测点过少等问题,对于机组及厂房结构的振动稳定性计算也过于简化。根据计算流体动力学（cfd）数值模拟方法,提出一种新的厂房水力振源研究方法,将水力振源转化为激励作用于转轮、蜗壳、尾水管部位,研究机组及厂房结构的稳定性,是未来可能的水力振源施加新方法,有着重要工程实际意义及应用前景。

以阿海水电站厂房结构为例,采用定性判别和定量分析两种方法评价了厂房结构抗振安全性,首先分析计算了主、副厂房及楼板等局部结构的自振特性,然后分析了3种潜在振源(机械、电磁、水力)的频率特性,并按共振校核法对厂房结构抗振安全性作出了定性判别,最后将机组水力激振作用下的厂房振动简化为简谐振动系统,采用逐步积分法定量计算了厂房结构的动力响应,所得结果可为厂房抗振设计提供参考。

第七章水电站厂房结构分析 第三节吊车梁及排架柱结构计算 厂房上部结构的屋盖、发电机楼板、围护砖墙结构设计与一般工业厂房相同，这里不再赘述。吊 车梁与构架则有其不同于一般工业厂房的使用特点，现将结构设计原理作简要介绍。 一、吊车梁 吊车梁是直接承受吊车荷载的承重结构，是厂房上部的重要结构之一。水电站厂房内大多采用电 动桥式吊车，其特点是起吊容量大、工作间歇性大、操作速度缓慢、使用率低(只在机组进行安 装和检修时才用)。 水电站吊车性质属于轻级工作制，吊车梁可不验算重复荷载作用下的疲劳强度。 现在我国大中型水电站已大多采用预应力钢筋混凝土吊车梁，也有采用钢结构的。钢筋混凝土吊 车梁在施工上可分为现浇、预制和叠合梁等形式。现浇吊车梁可分为单跨简支和多跨连续结构(在 厂房伸缩缝处必须分开)。预制梁大多为单跨预应力混凝土结构。吊车梁截面截面形式有矩形、t 形和i字形

结合三峡右岸电站某机组段建立三维数值计算模型,考虑直埋式蜗壳外围混凝土的拉伸软化和损伤特性。重点分析蜗壳外围混凝土在内水压力等静荷载和脉动压力作用下的损伤及其演化;混凝土损伤后,电站厂房在脉动压力激励下,各部位混凝土结构的振动应力峰值;同时还对流道系统金属结构,在长期承受脉动压力作用下的抗疲劳性能进行了初步探讨。结果表明:脉动压力引起蜗壳结构外围混凝土的损伤指标、损伤区域的变化均比较小;蜗壳结构外围混凝土发生损伤后,混凝土结构的振动应力表现为上部结构较小,下部结构振动反应较大,且总体水平较低,对混凝土动力强度复核的影响不大;在长期的脉动水压力作用下,该机组段流道系统金属部件的动应力幅值较小,不会发生疲劳破坏。

随着水电站水轮机组单机出力和尺寸日益增大,特别是抽水蓄能电站的运行水头和转速不断提高,机组的水力稳定性与厂房结构振动等问题日益突出。本文从厂房结构振源、厂房结构自振特性和厂房结构动力响应分析三方面总结了大型水电站厂房振动相关的研究和应用成果。结果表明,建立全耦合整体仿真模型对于推动大型水电站厂房振动问题研究的发展具有积极意义。同时,对有待于进一步研究的问题提出了展望。

随着水电站水轮机组单机出力和尺寸日益增大,特别是抽水蓄能电站的运行水头和转速不断提高,机组的水力稳定性与厂房结构振动等问题日益突出。本文从厂房结构振源、厂房结构自振特性和厂房结构动力响应分析三方面总结了大型水电站厂房振动相关的研究和应用成果。结果表明,建立全耦合整体仿真模型对于推动大型水电站厂房振动问题研究的发展具有积极意义。同时,对有待于进一步研究的问题提出了展望。

振动不仅会消耗一部分功率使机组的效率降低，缩短检修周期和使用寿命，甚至会引起整个厂房结构和引水管道的振动而被迫停机。尤其随着水轮机组单机出力和蜗壳尺寸的不断增大，机组和厂房结构的刚度相对降低，水轮机在某些运行工况下普遍出现了振动不稳定现象，进而加剧了厂房结构的振动。特别是对于抽水蓄能电站，由于其具有高转速、大容量、高水头、抽水和发电双工况频繁变换等特点，机组和厂房振动问题较常规电站更为突出。

在分析当前进行地下厂房水力振动分析构建有限元模型中所存在问题的基础上,以目前国内在建、装机容量最大的溪洛渡水电站地下厂房为例,基于模型试验资料选择典型工况,进行了流道脉动水压力作用下的动力反应时域分析。结果表明,该地下厂房主要部位的位移、速度、加速度和应力振动幅值满足允许限值要求。

年月 水利学报 第卷第期 收稿日期 作者简介曹伟男江西九江人硕士生主要从事水利水电建筑物结构分析研究 文章编号 厂顶溢流式水电站厂房振动分析 曹伟张运良马震岳陈婧 大连理工大学土木水利学院辽宁大连 摘要本文以国内某厂顶溢流式厂房为研究对象建立了动力分析有限元模型结合厂房结构自振特性及可能的振 源特性进行了共振校核根据试验资料利用相关分析原理推求了水流的点面脉动压力转换系数采用时程分 析法比较了机组动荷载和水流脉动压力对结构振动响应幅值和频率特性的影响研究表明水流脉动压力频率与 厂房结构的自振频率相差较大不会引发厂房结构的共振机组荷载是引起厂房结构振动的主要因素水流脉动压 力的影响较小厂房上部结构的振动响应水平高于下部结构因此设计中应注意上部结构的刚度突变问题 关键词贯流式机组厂顶溢流式厂房有限元振动水流脉动压力