脉动压力谐响应和时程分析的差异性研究

谐响应分析和时程分析是研究水电站厂房结构在脉动压力作用下的振动响应时最常用的2种方法。为分析2种方法的差异性,采用谐响应分析法和时程分析法计算了同一抽水蓄能电站厂房结构在脉动压力作用下的振动响应。对2种方法计算的厂房结构振幅、振动速度、振动加速度和动应力进行对比分析,从而分析2种计算方法的差异性。结果表明:采用谐响应分析法计算的振幅、振动速度和振动加速度的均方根值大于时程分析的计算结果,但峰值小于时程分析的计算结果;厂房结构动应力数值不大,两者的计算结果差别不大。能够获得脉动压力时程资料时,应尽量采用时程分析法计算动力响应;缺乏脉动压力时程资料时,谐响应法也可用来分析动力响应。     

水电站主厂房附属机电设备隔振有限元分析

结合某坝后式水电站厂房实际工程,采用有限单元法,在流道脉动压力作用下弹簧阻尼隔振体系对水电站厂房内调速器设备的隔振效果进行了分析研究。结果表明：在15 Hz 脉动压力作用下厂房出现整体竖向振动,发电机层楼板振幅急剧增大,对布置在其上的机电设备有很强的冲击作用;当隔振体系自振频率为4．5 Hz ～5．0 Hz 时,隔振体系对低频脉动压力引起的振动有轻微的放大作用,对中高频脉动压力引起的振动有显著的隔振效果;隔振体系阻尼能有效减小共振区脉动压力引起的振动,对振动控制有利。     

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。     

藏木水电站脉动压力下厂房结构动力响应分析

藏木水电站厂房为坝后式厂房,采用"两机一缝"的布置型式,且中间机组段的水轮发电机组由两个厂家提供,机组特性及结构形式存在一定差异,水轮发电机组振动对厂房结构影响机理复杂。本文开展数值分析,研究及评价流道内水力脉动作用下厂房结构动力响应,通过多方案比较、计算成果表明,藏木水电站厂房振动响应总体不大,厂房整体结构设计合理。     

水轮机压力脉动诱发厂房振动分析

对于巨型水轮机压力脉动诱发的厂房结构振动，研究了模型水轮机压力脉动的时域和频率特征以及原型与模型问的相似关系；利用动力时程分析法计算了结构在水力激励下的振动反应，分析探讨了压力脉动不同分布特性对振动强度的影响，进行了压力脉动幅值的敏感性分析；最后，借鉴国内外相关振动规程，对厂房振动加以评价。     

淮阴三站泵房振动分析

通过三维有限元数值模拟对淮阴三站泵房进行振动分析,研究了泵房的自振特性并进行共振校核;根据测点的压力脉动时程,构造整个流道的压力脉动场,并且对结构复杂的机组进行精确模拟,采用子结构法考虑了机组的机械不平衡力和不平衡磁拉力对泵房振动的影响;采用拟静力法、谐响应法和动力时程法分别计算了泵房的振动响应,并根据相关的水电站厂房振动控制标准对泵房振动进行评价,为工程抗振设计提供科学依据。     

蜗壳压力脉动分布形式和施加方法对厂房振动的影响分析

水轮机水力振动是水电站厂房的主要振源之一,不同工况下蜗壳内压力脉动分布的幅值、频率 和相位等均不相同,属于非平稳的波动荷载,包括行波和驻波等复杂形式。为研究蜗壳内压力脉动分布 特性及其施加方式对厂房振动的敏感性从而确定最不利作用情况,基于ＡＮＳＹＳ软件建立实际水电站厂 房机组段模型,对压力脉动施加方式按行波和驻波作简化描述,通过谐响应分析和瞬态动力分析计算厂 房在压力脉动作用下的振动响应。结论认为行波或驻波作用下结构位移、速度和加速度均大于均布荷 载作用下的响应,厂房振动分析评价中应合理模拟压力脉动荷载的分布特性。     

厂顶溢流式水电站厂房振动分析

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。     

抽水蓄能电站地下厂房智能优化识别研究

水电站厂房动力特性分析研究中，结构的阻尼和动态荷载是极其重要的控制参数。本在以往水电站厂房动态识别研究的基础上，结合某地下抽水蓄能电站的实际观测资料，将免疫算法与大型结构有限元分析程序相结合，对该厂房额定运行工况下的高频水力脉动荷载和阻尼参数进行了联合识别研究，为今后水电站厂房设计研究中建立更准确的厂房数值模型提供了有益的参考。     

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。     

水电站地下式厂房边界条件的识别及动力特性分析

以某大型水电站地下式厂房工程为计算实例,通过应用有限元分析软件ANSYS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固有振动特性的影响;并利用开停机信号,应用随即减量法,提取楼板结构的自由振动信号,得出楼板结构的自振频率。同时分析在水力脉动作用下,厂房上部板梁柱结构的振动特性,根据谐响应计算结果,判断上部结构的共振频率。     

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。     

水电站厂房楼板振动分析

在岩滩厂房振动研究的基础上,建立了较精确的水电站厂房楼板结构模态分析和在机组水力激振作用下动力响应分析的有限元计算模型.利用该模型,对岩滩水电站主厂房振动进行了数值分析,其计算成果与实测数据非常吻合;对三峡水电站厂房振动做了分析预测,结果表明,在最不利情况下,三峡厂房楼板将有可能发生与岩滩厂房相同强度的振动.     

基于水力振源合理施加的水电机组轴系统振动分析

水力振源诱发机组厂房结构振动,影响机组发电效率,甚至威胁其正常安全运行。合理模拟机组振源是研究预测及解决机组厂房结构振动问题的关键。通过CFD(计算流体动力学)数值模拟,提出一种水轮机转轮叶片表面脉动压力的更为合理的计算和施加方法,并综合考虑电磁和机械振源的耦合作用,对所建立的三维水轮发电机组转子-轴承系统模型进行了振动分析。研究表明:通过CFD能够获得可信的转轮表面处各点脉动压力时程,脉动压力对轴系统振动响应的影响不可忽略,对其合理的模拟和施加是必要的。此外,进行了电磁不平衡拉力与机械不平衡力相位差对轴系振动响应的敏感性分析。研究结论可为水电机组及厂房设计运行及振动预测控制等提供参考。     

大型抽水蓄能电站地下厂房结构振动响应分析

某抽水蓄能电站运行后,存在较强的振动和噪声,对设备安全和人员健康造成影响。为了找出 振动的原因,建立了该抽水蓄能电站地下厂房结构三维有限元模型,对厂房整体结构及各层楼板和柱子 局部结构进行了模态分析和共振复核。利用谐响应分析方法,根据实测荷载数据分析了水轮机脉动压 力作用下厂房各部位的振动反应。计算结果表明:脉动压力作用下,楼板和立柱的振动加速度较大,主 要是由于脉动压力幅值较大,振动频率较高,且发生了局部共振。     

基于流固耦合数值方法的尾水涡带诱发尾水管振动分析

流体域运用切应力输运模型封闭时均化Navier-Stokes方程,固体域采用Newmark方法求解固体振动方程,流体和固体耦合作用面通过运动条件和动力条件考虑流固耦合作用,建立了尾水管-管内湍流流固耦合模型.进行了尾水管内部非定常周期性湍流计箅和尾水管本身涡致振动时程响应计算,并依据结果对尾水涡带和压力脉动的主要性质和尾水管振动特征进行分析.结果表明,建立的分析模型用于计算尾水压力脉动和尾水管振动响应是合理可行的,对于尾水管体形优化设计和水电站厂房结构的振动分析具有积极意义.     

地下厂房机墩振幅计算的数值模型取值范围

为了分析地下厂房围岩边界条件对机墩动力特性的影响以及不同数值模型取值范围对机墩振幅计算结果的影响,结合某水电站地下厂房实际情况,建立了三维有限元数值模型。计算结果表明:厂房边界弹性支撑的增强有助于机墩、风罩的抗振,风罩壁厚的增加对增强机墩、风罩抗振能力效果不明显;采用动力谐响应分析方法计算机墩振幅时,数值模型的取值范围对振幅计算结果有较大影响;计算机墩振幅时,建议采用厂房整体模型,但现行规范中推荐的机组振动荷载需进一步论证确定。     

大藤峡水利枢纽大跨度厂房内源振动结构动力分析

发电厂房运行时内源振动产生的振动能量很大,严重时将危害建筑物安全及运行人员健康。为此,基于有限元计算理论开展了厂房整体及重要单体结构的内源振动特性分析,对发电厂房进行了机组振动荷载和流道脉动压力下的振动反应计算。结果表明,厂房整体及重要单体结构自振频率同机组主要振源有足够的错开度,在机组振动荷载或流道脉动压力作用下,厂房结构的振动位移、速度和加速度响应幅值均满足控制标准。综上所述,大藤峡水利枢纽不同频率下的内源振动荷载作用不会对发电厂房的安全运行产生不利影响。     

基于功率流理论的大型水电站厂房结构脉动压力频响分析

以某大型水电站厂房为研究对象,采用模型水轮机流道实测脉动压力数据,对厂房整体结构进行有限元仿真频响分析,基于功率流理论、功率流有限元方法及APDL语言编程,实现厂房风罩、楼板、立柱及廊道结构功率流的计算。结果表明:蜗壳脉动能量的传导以剪切波效应为主,以竖向和顺河向的动力响应为表现方式;机墩及风罩结构是功率流传导的主要路径,其结构形式简单,耗能效果不显著;厚墙、厚板结构能较好吸收传导的能量,限制厂房上部结构动力响应幅值。本文研究成果可为厂房低频脉动压力传导测试及分析提供理论依据及参考。     

基于结构声强的水电站厂房振动传递路径研究

基于结构声强理论对ANSYS进行二次开发,实现了水电站厂房结构声强计算及矢量可视化。以一大型水电站坝后式厂房为研究对象,对其在机墩垂直动荷载和尾水脉动荷载分别作用下的结构声强进行了计算和分析。根据厂房立柱、楼板和风罩等部位的结构声强值和矢量图得到了该电站厂房结构振动的主要传递路径。研究结果表明,该厂房振动传递的主路径为:振动通过机墩或蜗壳外围混凝土结构传递到柱梁和风罩,再传到发电机层楼板;振动通过尾水管传递到蜗壳外围混凝土,然后传到机敦,接着传到风罩、柱子和梁,再传到发电机层楼板。结构振动传递路径可为水电站厂房结构优化设计和减振提供技术支持。