新疆阜康抽水蓄能电站地下主厂房结构振动特性分析

为了实现双碳目标,国家大力发展抽水蓄能电站。大型抽水蓄能电站由于具有转速高、水头高、双向运行及工况转换频繁等特点,其地下主厂房极易发生振动。为了复核新疆阜康抽水蓄能电站地下主厂房结构的抗振设计是否合理,通过建立地下主厂房结构的三维有限元模型,进行厂房固有振动频率计算和共振复核,采用瞬态分析方法,根据模型试验结果计算了水轮机脉动压力作用下厂房的振动反应。结果表明：局部立柱结构的自振频率与水轮机叶片数频率的错开度较小,有可能产生共振;但在脉动压力作用下,楼板和立柱结构的振动反应均在允许范围内,分析结果表明地下厂房结构设计是合理的。     

抽水蓄能电站地下主副厂房振动传递途径研究

以某抽水蓄能电站地下厂房为工程实例,采用有限元法,建立地下主厂房与副厂房的耦联体系,对副厂房进行了自振特性和共振复核的分析计算。通过改变主副厂房间结构缝填充材料的物理力学参数,并以楼板的振动响应为依据,探讨了抽水蓄能电站地下主副厂房间振动传递的途径和规律。结果表明,副厂房楼板的振动大部分依靠围岩传递;当结构缝填充材料弹性模量较大时,在高频流道脉动压力作用下,与荷载作用位置较近的副厂房楼板的纵向振动主要通过结构缝的填充材料进行传递。研究所得相关结论为副厂房楼板的隔振减振提供有力依据。     

某大型抽水蓄能电站厂房强烈振动原因分析与减振措施研究

针对国内某大型抽水蓄能电站厂房强烈振动问题,本文开展了厂房局部结构振动测试、自振频率测试和脉动压力测试等现场测试;创建了精细三维有限元模型,求解了厂房结构局部结构自振频率,利用脉动压力测试结果计算了厂房振动响应,并通过调整立柱尺寸开展了厂房减振措施研究,同时对新建抽水蓄能电站厂房振动安全问题提出了展望。本文研究成果如下:(1)蜗壳内脉动压力为厂房结构振动主振源,其振动主频为100.0 Hz;(2)厂房局部结构振动强烈的原因在于其母线层立柱和水轮机层立柱的水平自振频率接近蜗壳脉动压力主频,两层立柱产生幅值较大水平振动引起楼板竖向强烈振动;(3)通过调整立柱截面尺寸,两层立柱和楼板振动响应均有大幅降低,减振效果显著。     

抽水蓄能电站地下厂房整体与局部模态分析

抽水蓄能电站厂房结构常受到因水轮机运行过程中的离心力、电磁力矩以及流道内压力脉动所产生的振动影响,严重威胁厂房的安全稳定。本文以某抽水蓄能电站地下厂房下部结构作为研究对象,建立其整体三维结构有限元模型,对厂房整体及局部结构进行模态分析。结果表明:对于厂房整体结构,其一阶模态频率同转轮转动频率、动静干涉产生的压力脉动频率及其二倍频有较大的差距,满足防共振规范要求;对厂房局部结构,立柱和楼梯的低阶频率与动静干涉压力脉动频率相近,容易引发局部共振;而其高阶频率与动静干涉载荷二倍频相近,虽然高阶模态对结构振动贡献较小,但由于150Hz载荷将会导致附近各模态振型叠加,其作用效果不能忽视。     

基于不同边界的水电站厂房振动特性研究

随着抽水蓄能电站的运行水头和转速不断提高,边界条件对厂房结构振动影响问题日益突出。以呼和浩特抽水蓄能电站地下厂房为计算实例,建立厂房三维有限元模型,研究了不同边界条件对厂房结构自振特性的影响,并对厂房结构进行了模态分析和共振复合,同时分析了在水力脉动作用下厂房结构振动位移随频率的变化规律。研究结果表明,厂房局部结构的振动响应不在允许范围内,可能发生共振,需要采取减振措施。     

大型抽水蓄能电站地下厂房结构自振特性分析

自振特性分析是抽水蓄能电站地下厂房结构振动研究的基础。以丰宁抽水蓄能电站地下厂房为计算实例,建立了变速机组段地下厂房结构的三维有限元模型。首先采用模态分析方法研究了不同边界条件对地下厂房整体结构及楼板、立柱、楼梯、风罩和机墩等局部结构自振特性的影响,然后分析了丰宁地下厂房可能存在的振源,并对厂房整体及局部结构进行了共振复核。结果表明,上下游边墙弹簧约束条件的增强可以有效提高厂房整体结构自振频率,但对楼板局部自振频率的大小影响不大,对楼梯自振频率也无影响。固定边界使厂房整体结构各阶自振频率显著增大,对楼板、立柱、风罩和机墩等局部结构自振频率影响也较大。在可能的振源作用下,厂房整体结构和各局部结构发生共振的可能性很小。     

白莲河抽水蓄能电站地下厂房内部结构动力分析

白莲河抽水蓄能电站地下厂房水轮发电机组转速高,机墩组合结构承受荷载大,长达850 mm的钢筋混凝土环形牛腿下机架支撑对结构整体的抗振性能要求高,厂房振动问题尤为突出.运用大型有限元程序ABAQUS进行了主厂房整体结构的动力分析,首先研究了主厂房的同有振动特性并进行了共振复核,然后用谐响应方法对厂房结构在机组振动荷载和水轮机流道脉动压力荷载作用下的动力响应进行了分析.研究结果表明,白莲河抽水蓄能电站地下厂房在机组振动荷载及脉动压力作用下,结构的动位移及动应力均较小,能够满足结构设计要求.     

抽水蓄能电站地下厂房相邻机组段间振动的相互影响

为考察装有不同转速机组的相邻机组段厂房结构在脉动水压力下振动的相互影响，以某抽水蓄能电站地下厂房为研究对象，建立了包括两个机组段厂房结构的整体有限元模型，计算分析了脉动压力作用下相邻机组段厂房结构的振动反应。结果表明，流道脉动压力在相邻机组段楼板上激发的振动位移最大值仅为4．016μｍ，远小于水电站厂房结构楼板振动位移的控制标准0．2ｍｍ；脉动压力在相邻机组段楼板上激发的均方根加速度最大值为0．133ｍ／ｓ2，双台机组运行时，单台机组流道脉动压力造成的相邻机组段楼板均方根加速度增幅最大值仅为0．35％。说明机组流道内的脉动压力不会对相邻机组段厂房结构的振动产生明显的干扰和显著的不利影响。     

抽水蓄能电站地下厂房振因仿真分析

利用三维有限元分析方法,对某抽水蓄能电站主厂房两台机组进行了动力特性及动力响应仿真分析研究。根据地下厂房整体自振频率、局部构件自振频率与厂房振动主频的错开度分析结果,厂房的剧烈振动是由局部支撑构件在振源激励频率下发生共振引起的。通过对比现场试验振动加速度分布规律和有限元模型时间历程响应数值计算得到的振动加速度分布规律的对比分析,发现引起厂房振动的主要水力振源为导叶后与转轮之间的压力脉动,频率为2倍叶片过流频率(100Hz)。对该抽水蓄能电站的振因分析的研究结果为今后抽水蓄能电站设计阶段的抗振校核和运行阶段振动原因分析提供了参考。     

溧阳抽水蓄能电站地下厂房结构动力响应分析

以溧阳抽水蓄能电站地下厂房为原型,运用大型有限元计算程序ANSYS建立三维有限元模型,采用模态分析方法分析厂房结构的自振特性,基于谐响应法分别分析地下厂房结构在机组动荷载和水轮机流道脉动压力荷载作用下的动力响应。计算结果表明,各种振源对厂房整体结构的影响不大,在机组振动荷载及脉动压力分别作用下,结构的振幅、振动速度和加速度等均在允许范围内,厂房结构设计合理。     

琼中抽水蓄能电站地下厂房结构振动特性分析

结合琼中抽水蓄能电站地下厂房实际情况建立了三维有限元模型,提取结构的模态分析了厂房结构的自振特性,基于谐响应法分析了地下厂房结构在各种工况机组动荷载作用和脉动压力作用下的动力响应,并根据国内相关文献及国外的相关标准提出了适用于琼中抽水蓄能电站地下厂房的振动控制标准。研究结果表明,合理选择围岩与厂房的连接形式,能够有效地优化结构整体动力特性;在机组振动荷载作用下机墩和楼板结构的振动响应较大,但机墩和楼板结构的振幅、振动速度和振动加速度等均在允许范围内;在额定出力条件下运行时,无翼区和转轮出口管附近区域的脉动压力,即优势频率为56.25 Hz对应的脉动压力是影响地下厂房楼板、立柱、风罩等结构振动的主要部分。     

宜兴抽水蓄能电站地下厂房结构抗振设计

宜兴抽水蓄能电站地下厂房结构关键部位的刚度满足厂家要求,通过厂房整体结构的模态分析,自振频率与机组的激振频率满足规范要求,另外,建立了宜兴工程厂房振动评估标准,并提出厂房结构的减振措施,从1号机现场试运行情况看,电站运行后厂房结构抗振性能良好。     

水电站机组支承体系与厂房耦合振动分析

为了研究水电站厂房振动过程中电站机组轴系及其支承体系的耦联作用,分别对不考虑机组支承体系的厂房结构(方案A)、简化机组支承体系的厂房结构(方案B)、有完整机组轴系及其支承体系的厂房结构(方案C)三种方案进行动力分析,计算厂房结构的自振特性和在机组径向荷载作用下的动力响应。结果表明,三种方案下厂房整体自振频率及振型表现基本一致,机组轴系及其支承体系对厂房整体结构自振特性无明显影响,但是对厂房局部振动尤其是与机组支承体系相连接的局部结构自振频率与振型会产生一定影响。在计算机组径向荷载作用下的厂房动力反应时,方案A典型部位位移最小,方案C较大,方案B最大,说明在计算机组荷载作用下的厂房动力响应时需要考虑机组轴系及其支承体系的作用。考虑到建立完整机组支承体系过程较为复杂,建议在计算过程中采用简化的机组支承体系进行厂房结构动力分析。     

三峡工程左岸电站机组调试动力响应分析

介绍三峡左岸电站1号机组在调试、试运行过程中,几种典型运行工况下厂房和引水钢管等关键部位的动力响应测试,并将测试结果与钢管充水过程的测试结果进行比较.结果表明,引水钢管测试部位的应变变化规律和钢管充水过程测试的应变变化规律相一致,说明引水钢管应变变化较大主要是钢管内水压力发生变化所致;机组甩负荷瞬间厂房和引水钢管测试部位的振动响应最大,但振动能量量值不大,说明机组在正常运行过程中不会危及结构物安全.     

Vibration analysis of hydropower house based on fluid-structure coupling numerical method

By using the shear stress transport(SST)model to predict the effect of random flow motion in a fluid zone,and using the Newmark method to solve the oscillation equations in a solid zone,a coupling model of the powerhouse and its tube water was developed.The effects of fluid-structure interaction are considered through the kinematic and dynamic conditions applied to the fluid-structure interfaces(FSI).Numerical simulation of turbulent flow through the whole flow passage of the powerhouse and concrete structure vibration analysis in the time domain were carried out with the model.Considering the effect of coupling the turbulence and the powerhouse structure,the time history response of both turbulent flows through the whole flow passage and powerhouse structure vibration were generated.Concrete structure vibration analysis shows that the displacement,velocity,and acceleration of the dynamo floor respond dramatically to pressure fluctuations in the flow passage.Furthermore,the spectrum analysis suggests that pressure fluctuation originating from the static and dynamic disturbances of hydraulic turbine blades in the flow passage is one of the most important vibration sources.     

河床式水电站厂房结构流固耦合振动特性研究

鉴于厂房结构在地震作用下可能出现的严重后果,地震时动水压力对厂房结构的振动特性的影响就成为厂房结构设计的一个重要控制因素。结合某河床式水电站厂房实际工程,以有限元软件ANSYS为平台,建立三维有限元模型,分析地震动水压力对其振动特性的影响。分析结果表明:地震动水压力作用增加了坝面附加质量,从而降低了厂房的自振频率,并且对振型产生了一定的影响,尤其是进水口闸墩、尾水管闸墩等局部振型变化,因此对其作用下的厂房自振频率进行分析显得极为必要;随着上游水位的降低,厂房整体质量减小了,地震动水压力作用下的厂房自振频率随之增大,不同水位下厂房振型明显有所改变。     

上-下部结构相互作用对水电站厂房地震响应的影响研究

为了探究上-下部结构相互作用对水电站地面厂房地震响应的影响,基于工程实例,针对当前普遍应用的简化分析方法,确定了4种方案对比分析下部结构的放大效应、上下部结构的耦联以及下部结构混凝土材料采用线弹性本构模型对厂房结构地震响应的影响。结果表明:不考虑下部结构放大效应或者不考虑上下部结构耦联会使厂房结构的地震响应偏小且偏差较大,据此设防将不利于结构的抗震安全;不考虑下部结构混凝土材料的塑性力学行为时,厂房结构的地震响应偏大但较为接近真实值,进一步比较结构的各项能量分配和受拉损伤演化过程,此方案上部结构的塑性变形耗能和损伤耗能均减小,损伤范围也减小,下游墙体的损伤程度却更为严重,但结构破坏模式相似,均为上下部结构的相交部位发生损伤破坏,所以认为应用此方法做抗震简化分析能够较为准确地反映上-下部结构的相互作用,并且有利于水电站地面厂房的抗震安全。