三峡电站发电厂房动力特性与低水头振动问题研究

本文对三峡电站发电厂房包括整个流道、网架、各种廊道在内的三维结构严格按照设计尺寸进行了比较真实的模拟,并采用有限元法对其结构进行了动力特性分析。在此基础上,根据VGS模型试验提供的6个测点数据,对整个流道内的脉动荷载作出合理假定,求得三峡发电厂房在63m水头运行时的动力响应。分析表明,对于复杂的厂房结构和复杂的脉动荷载,仅仅从共振的角度难以评估厂房结构的振动,而必须通过施加各种动力荷载求出厂房结构的振动响应,再在此基础上作出定量评估。     

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。     

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。     

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。     

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。     

三峡水利枢纽左岸电站厂房抗震分析

采用三维有限元方法对三峡左岸电站厂房进行抗震计算研究，分别对一个机组段厂房整体结构和子结构进行动力特性计算，并与水力脉动、不平衡电磁力、机械力的频率进行了共振校核．按照相似关系将模型试验测得的流道中的脉动压力转换到原型，对结构在水力脉动压力作用下的振动响应进行瞬态动力分析．计算结果表明三峡左岸电站厂房结构的动位移和动应力都在安全范围内．     

贯流式机组水力脉动荷载对水电站厂房结构的影响

基于流固耦合的瞬态动力分析,研究了贯流式机组尾水管内涡带水力脉动的作用形式,并分析了作用于厂房和厂房基础的振动波形和动力响应。最后研究了尾水管内脉动水压力荷载的简化模拟方法,旨在为贯流式水电站的结构分析和设计研究提供参考。     

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。     

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。     

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。