水电站引水钢管水压共振的研究

一般认为,水电站(或泵站)引水钢管振动的原因有两个,一是由于机组运转不平衡产生扰动水压波,当其频率与钢管结构的自振频率相接近时产生共振(水压波频率等于机组转     

基于流固耦合的混流式水轮机转轮振动特性分析

为防止水轮机转轮发生共振,导致叶片产生共振裂纹,需要对水轮机的固有频率进行计算,使转轮的固有频率避开外界的激振频率。本文基于流固耦合方法,将CFD软件CFX与有限元软件ANSYS Workbench相结合,对某水电站混流式水轮机转轮进行了有限元模态分析计算,分别计算了转轮在有无预应力情况下对于模态计算结果的影响,并分别考虑了转轮在空气中和在水介质中的固有频率和振型。结果表明,转轮在有预应力情况下各阶固有频率会有所提高,提高幅度在0.5%以内,可以忽略预应力的影响;转轮在水中的各阶固有频率比在空气中均有明显的降低,且各阶频率降低程度不同,下降系数的总体趋势是随着阶次的提高而逐渐减小的。     

混凝土成层结构的流激振动特性

泄流激励引起水工建筑物振动的现象时有发生且形式多样,严重的还可能引起结构的破坏。对于混凝土成层结构而言,由振动引起破坏的案例不多,对其振动响应机制的研究也不够深入。以混凝土拱坝为例,通过数值计算及模型试验对比分析了整体与成层两种不同结构在相同泄流荷载作用下结构的振动响应,探讨了响应与结构自身的关系,并结合"拍"的概念,对混凝土成层结构振动响应特性与泄流荷载之间的关系进行了研究。结果表明,成层结构频率相近的前两阶振动是拍振形成的主要原因。此外,即使不满足拍振形成的条件,振动曲线同样可以表现为"拍"的形式,且振动量较受迫振动大幅增加,实质为"水力共振"现象。     

贯流式水轮机飞逸工况下支撑系统的模态分析

文章着重分析了飞逸工况下水轮机组支撑系统的受力情况,并应用ANSYS分析软件对甘肃河口水电站相应工况下的支撑系统进行模态分析。分析得出支撑系统飞逸工况下的6阶固有频率,与相关文件提出该项目在飞逸工况下的激振频率相比较,机组不存在发生共振的危险,设计合理。     

新疆某水利枢纽工程主厂房结构地震工况共振复核分析

采用三维有限元软件中的Lanczos方法,提取主厂房前30阶振动频率与地震产生的频率进行共振复核分析。结果表明:厂房上部结构的主振频率内出现了与地震特征频率接近的现象,因上部结构的刚度较低,对整体厂房的固有频率贡献率较小,可以适当调整上部结构的尺寸,使主要频率不在该段地震频率范围内即可。依此避免了结构出现不必要的破坏,为今后此类工程提供借鉴。     

泵停机瞬态振动的非定常数值解析与试验研究

通过振动试验,量化分析了机组性能,探明异常振动为横梁共振引发。引入CFD技术展开非定常数值模拟,捕捉振动工况的泵内流动特性。数值仿真场中压力、速度和力的频谱分析表明,当阀门开度较小时,泵和管道内水压脉动的低频分量频率与横梁固有频率相近,产生共振,引发强烈振动。采用"提前停泵"的减振方案,消除了阀门关死点的机组异常振动现象。CFD数值模拟实现了瞬态工况下泵内流动态信号的连续采样,解决了测量中无法获取过渡过程非平稳信号瞬态频率的难题,可作为水泵振动分析的有效手段。     

关于水轮机抗振与防裂纹设计的建议

水轮机抗振设计要分析水流通道中可能出现的激振频率和过流部件在水中的固有频率，并使它们错开一定的范围避免共振；防裂纹设计应进行详细的刚强度计算，静、动应力分析和疲劳强度设计等；在制造方面应保证质量；运行时应避开振动区。这些都是保证水轮机不出现裂纹的关键。     

孤立波作用下组合型港池共振响应的数值研究

港池受到孤立波入射时会在港池内激发多种模态的共振响应。为进一步研究不同平面布置形式港池的响应特性和共振规律,建立不同内外港池长度和连接位置的组合型港池,采用基于Boussinesq方程的波浪数值模型MIKE 21-BW模拟了孤立波作用下组合型港池的共振响应,对数值模拟的结果进行频谱分析和波幅分布测定并与现有理论值比较。结果表明,孤立波正向入射组合型港池激发的主要响应模态的频率和与其长度相等的细长港池的理论固有频率接近,各主要共振模态的振幅与内外港池的长度和两港池口门的距离有密切关系;波浪入射方向和港池内边界反射条件的改变对狭长组合型港池中形成的各共振模态的形状影响不大,但是增大港池宽度会使港池内激发明显的横向共振。最后提出了消减港湾共振的平面布置形式,可为实际工程设计提供指导。     

一种基于固有频率的超高压线路相间保护方案

在分析影响固有频率因素的基础上，提出了一种利用固有频率的超高压输电线路相间故障保护方案。理论分析表明，故障后产生的各种频率信号中，固有频率信号是明确的，且信号较强，便于采集。该方案利用线路两侧的固有频率主频差和阻抗判据区分区内、外相间故障，可以有效提高区内故障时保护的动作速度，同时保证区外故障时保护不误动。该方案不受系统振荡、负荷电流、故障时刻、过渡电阻、故障点位置和系统运行方式的影响，受电流互感器饱和的影响较小。ATP仿真和MATLAB分析验证了该方案的有效性。     

混流式水轮机卡门涡致振机理探讨与分析

水轮机出现卡门涡后易引起振动等问题。许多安装混流式水轮机的水电站发生卡门涡频率的强烈振动，严重时甚至造成转轮叶片裂纹破坏，学界多认为这是由卡门涡共振引起。本研究通过比较卡门涡频率和固有频率的巨大差异、大朝山电站转轮叶片减薄修型后强振工况向大负荷转移等事实，提出新观点：大多数卡门涡强振及其破坏并非由共振引起。本研究进行了模型水轮机卡门涡观测试验，比较了流量、空化系数对可见卡门涡的影响，发现可见卡门涡多发生于大流量工况或低空化系数导致的涡心压力较低时，指出卡门涡由其涡心空化造成。通过电站消除卡门涡危害的措施等进一步说明：卡门涡共振存在于小流量工况，但共振能量低，没有显著破坏性;大流量工况的卡门涡强振并非共振，而源于卡门涡空化空腔溃灭产生的巨大冲击力。     

EXPERIMENTAL INVESTIGATION OF CHARACTERISTIC FREQUENCY IN UNSTEADY HYDRAULIC BEHAVIOUR OF A LARGE HYDRAULIC TURBINE

The features of unsteady flow such as pressure variation and fluctuation in a large hydraulic turbine usually lead to the instability of operation.This article reports the recent in site investigation concerning the characteristic frequencies in pressure fluctuation,shaft torsional oscillation and structural vibration of a prototype 700 MW Francis turbine unit.The investigation was carried out for a wide load range of 200 MW-700 MW in the condition of water head 57 m-90 m.An extensive analysis of both time-history and frequency data of these unsteady hydraulic behaviours was conducted.It was observed that the pressure fluctuation in a draft tube is stronger than that in upstream flow passage.The low frequency with about one third of rotation frequency is dominative for the pressure fluctuation in part load range.Also the unsteady features of vibration of head cover and torsional oscillation of shaft exhibited the similar features.Numerical analysis showed that the vibration and oscillation are caused by vortex rope in the draft tube.In addition,a strong vibration with special characteristic frequency was observed for the head cover in middle load range.The pressure fluctuation in the draft tube with the same frequency was also recorded.Because this special vibration has appeared in the designed normal running condition,it should be avoided by carefully allocating power load in the future operation.     

基于桩筒复合基础海上风机振动特性分析

海上风机所处环境复杂,在风、波浪等随机动载作用下易发生共振破坏。为研究采用桩筒复合基础海上风机的振动特性,选择合理的基础设计参数,利用有限元软件ABAQUS进行海上风机整体建模,采用Block Lanczos方法进行模态分析,同时将所得自振频率与外荷载频率进行对比研究,并分析不同基础形式与不同基础约束条件下的风机整体振动特性。研究发现:前2阶水平弯曲频率与第3阶扭转频率为判断风机整体共振的主要频率;与单桩基础相比,桩筒复合基础能够有效增加风机抵抗水平荷载的能力,且在该设计参数条件下风机能够避免共振的发生;在基础设计时,应考虑桩土相互作用(PSI)的影响。     

大型海上风机施工短暂工况下的模态分析

海上风电建设中常因异常气象干扰发生施工中断,出现叶片延期安装等施工短暂工况,需重视此类工况下机组的结构安全。依托某海上风电工程,提出了一种机组整体建模方法,采用Block Lanczos法对机组展开模态分析,研究了各施工短暂工况下机组自振特性,并分析了机舱对机组自振频率的影响。数值分析结果表明,在风轮延迟安装工况下,机舱转动惯量及偏心对结构高阶模态影响较为明显;相比于整机工况,各施工短暂工况下,结构模态自振频率均出现较明显提高,不存在波浪荷载激励下的共振风险。     

水力发电引水系统水体共振的数值模拟

分析了某水力发电厂水轮机组在紧急关机试验过程中出现的异常强烈的振动现象。考虑水为可压缩黏性流体，采用瞬态动力响应仿真软件，按照原型参数对水体共振进行数值模拟。研究了冲击载荷引起的水体自由振荡信号，得到水体振荡主频率。在引水管末端用平板的横向振动引入压强扰动，观察到强迫振动频率接近水体主频率时发生共振，而且在整个引水管内的水体都有较强烈响应，证实了水体共振发生的可能性。对共振发生时的压强信号进行小波分解，发现引水系统的压强信号中响应幅度最大的小波分量的频率低于强迫振动频率。计算结果还表明水的黏性和壁面粘附条     

环境荷载联合作用下海上风电结构动力响应分析

为研究海上风电结构在复杂的海洋环境中承受环境荷载(风、波、冰、流)的联合作用时,结构产生的剧烈的动力响应问题。文章以三脚架基础海上风电结构为研究对象,采用ANSYS有限元软件建立其整体模型并进行荷载(风、波、流和风、冰、流)联合作用下的静力校核,通过对环境荷载联合作用下的三脚架基础海上风电结构进行瞬态分析,掌握其动力响应的特性及规律。结果表明:三脚架基础结构的一、二阶自振频率均为0.285Hz,在所选风机允许的频率范围内,可以保证整体结构不会与风机转动发生共振;风荷载在风、波、流荷载联合作用下主导控制结构响应的稳态波动,冰荷载在风、冰、流荷载联合作用下主导控制结构的稳态振动过程;塔筒顶端呈现的位移和加速度响应均远大于三脚架基础顶端;环境荷载联合作用下结构动力响应是环境荷载单独作用下动力响应叠加的结果。     

抽水蓄能机组水轮机工况启动时机组及厂房振动时频分析

对抽水蓄能机组水轮机工况启动过程中,机组摆度、振动、厂房振动、压力脉动随转速变化的时频特性进行了试验研究。研究结果表明,当抽水蓄能机组水轮机工况启动时,机组升速过程中,机组摆度信号有明显的转频及倍频分量;机组振动速度信号、电站厂房振动信号有明显的3倍叶片过流频率;压力脉动信号主频与转速没有明显的关系,具有低频随机脉动特性。     

基于H-K聚类逻辑回归的贯流式机组水导轴承磨损性能评估研究

贯流式机组水导轴承性能对机组振动特性和稳定运行有很大影响,对此本文提出了一种基于H-K聚类逻辑回归模型用于实现贯流式机组水导轴承磨损性能评估。以黄河河口水电站3#机组振动、摆度幅值和工况参数等作为自变量,水导轴承运行状态作为因变量,同时为了增强模型泛化能力,引入H-K聚类方法对自变量进行离散化处理,通过建立变量之间的逻辑回归模型实现对机组水导轴承磨损性能评估。研究结果表明:机组轴系摆度信号和机组轴系振动信号可以更好地解释水导轴承性能变化,同时通过模型对水导轴承性能显著影响的特征信号频谱分析推断,机组水导轴承磨损的主要原因是机组轴线偏移和不平衡电磁拉力影响所致。     

水体的晃动作用对渡槽自振频率的影响

渡槽作为一种输水建筑物,槽壳中的水体晃动作用会对渡槽的自振频率产生一定的影响,文章采用大型通用有限元软件ADINA对槽壳内无水、有1/2设计水深水的槽壳和有设计水深水的槽壳3种工况进行模态计算,并将3种工况下的频率进行对比分析,可以得出水体的晃动具有降低结构自振频率的特性。