某水电站机组及厂房振动问题成因与处理

某水电站转轮改造后出现机组振动增大,并逐渐引起剧烈的厂房振动,严重影响电站的安全运行,通过机组稳定性测试、厂房局部结构振动测试与原型模态试验,分析机组运行状态,确定旋转装配体、下机架和电站主/副厂房面板固有频率和振型,计算其固有频率与转轮叶片倍频的偏差,判断是否存在共振风险,为机组后续改造方案的制定提供了依据。     

抽水蓄能电站厂房振动问题分析及经验

针对张河湾抽水蓄能电站存在的厂房振动问题,对发电工况和水泵工况下的厂房与机组振动和压力脉动信号进行了分析,确定了引起厂房振动问题的原因是由于无叶区动静干涉引发厂房局部共振所导致,提出并实施了转轮和导叶更换解决方案,转轮和导叶更换后无叶区压力脉动大幅减少,厂房振动控制在可接受的水平上。案例经验在国内乃至国外的抽水蓄能电站均为首次,可为类似抽水蓄能电站厂房振动问题提供参考,同时也对大型水泵水轮机的水力设计有着重要的借鉴作用。     

张河湾抽蓄电站运行时过大厂房振动分析与处理

张河湾抽蓄电站装机4台250MW的抽水蓄能机组,机组投入运行后,一直存在过大的厂房振动和高频噪声,威胁了电站的安全稳定运行,影响了员工的身心健康。经测试分析和有限元计算,发现转轮与导叶间动静干涉而产生的压力脉动(无叶区压力脉动)造成局部厂房结构发生了共振现象。对转轮进行水力优化设计,转轮更换后,无叶区压力脉动大幅减小,2倍叶片过流频率分量幅值也大幅减小,随之厂房振动也大幅减小,高频噪声消失。厂房振动过大和高频噪声问题得到解决。研究成果可为其他抽蓄电站提供参考。     

抽水蓄能电站水泵水轮机组及厂房振动规律研究

本文选取不同水头段抽水蓄能电站,对水泵水轮机组和厂房结构开展联合测试,通过对测试结果分析,总结得出机组和厂房结构振动的基本规律,明确了无叶区内叶片过流频率的压力脉动通过蜗壳进一步传播,其倍频对应的脉动压力分量引发厂房局部结构的振动。不同电站的局部结构振动水平不尽相同,被测电站的水轮机层和母线层立柱振动普遍偏大。除此之外,还需对局部结构的细节予以关注,如楼板装修层对振动的放大效应等。     

某抽水蓄能电站地下厂房模态与谐响应分析

为研究某抽水蓄能电站地下厂房自振特性及其在转动部件不平衡激力与流道动静干涉载荷作用下的振动特性,以5～8号机组所在地下厂房段下部结构作为研究对象,建立其模态与谐响应联合分析模型,得到地下厂房前18阶模态频率及其对应载荷下结构动力响应特性.结果表明:厂房整体结构前18阶模态频率相较于转轮转动频率、动静干涉频率及其二倍频有...     

上犹江电站#2水轮机技术改造

针对上犹江电站1998年4台水轮机增容改造时出现的转轮气蚀严重、局部裂纹的问题，于2017年在参考转轮的基础上经过数值分析优化设计，成功研制出水力性能优秀的JF3057水轮机转轮对该电站^#2机进行了技术改造。改造后电站原型水轮机经实测显示，新转轮出力更大、效率更高，且机组振动摆度也正常，但在一定的负荷范围内出现了强烈噪声并伴有金属轰鸣声。2018年叶片出水边修型处理后，强烈噪声和金属轰鸣声基本消除。新转轮经过5年多运行实践考验及周期观察，气蚀现象和局部裂纹问题均得到解决，^#2水轮机改造取得成功。     

大型抽水蓄能机组振动特性分析与评价

抽水蓄能机组振动尤其是其水力稳定性直接关系到电站的安全运行,是检验主机设计加工、现场安装及新机调试等质量的重要验收指标之一。以清远抽水蓄能电站~#1机组为研究对象,基于动平衡试验等一系列现场试验,结合旋转机械振动测量评价ISO标准和机组自身特性,评价分析了~#1机组振动特性。结果表明,采用长短叶片转轮设计明显降低了无叶区压力脉动和水导轴承座振动,且其振动性能优于常规叶片转轮。利用现场动平衡试验解决了发电机转轴振动及轴承座振动由质量不平衡所导致的振动超标问题,在最优工况下~#1机组上导、下导轴承座振动位移均小于16μm,三导摆度位移均小于148μm,即便处于50%负荷稳态工况其振动幅值仍处于A/B区。     

混流式水轮机转轮水下振动试验研究

本文论述了水轮机转轮在水下振动时,水的附加质量对振动频率的影响,依据相似理论推导出水下模型和实物振动频率的计算公式,并采用四种材料三种结构形式的典型试件,进行水上、水面及水下试验予以验证。最后以A-112型混流式水轮机转轮及有机玻璃转轮模型进行水上、水下振动试验。根据相似关系分析及实验结果表明:(1)模型和实物在水中振动时,其附加水质量体积与     

基于ANSYS的混流泵转轮力学特性分析

以某双蜗壳混流泵转轮为例,采用CFX-ANSYS流固耦合分析技术对其设计工况点下,分别在空气和水中进行静力强度和模态分析,计算出其应力、位移分布和振动的固有频率.结果表明,水压力仅改变转轮的位移与应力分布,而对强度和振动频率的影响很小,为转轮的整体强度设计和振动分析提供了简化依据.     

中低比转速混流式水轮机空化与水力振动分析

针对中低比转速水轮机空化、振动问题比较突出的现象,以大桥电站水轮机为例,采用分离涡模型(DES)对其进行了三维CFD计算,得到了活动导叶、转轮和尾水管内的压力分布、速度分布及压力脉动特性。结果表明,转轮空化发生在叶片出水边靠近下环的区域,与实际情况相符;机组在高水头、大开度工况下,振动更突出,振动频率为机组旋转频率的整数倍,表明振动主要由转轮造成,而非尾水管涡带引起的。     

大型抽水蓄能电站不同楼板结构形式的动力特性研究

为研究不同结构形式下楼板振动特性的差异,在保证混凝土方量一致的前提下,设置板梁结构、厚板加圈梁结构和纯厚板结构三种形式,建立厂房三维有限元模型进行动力分析。结果表明,纯厚板结构的高阶自振频率高于板梁结构,而板梁结构略高于厚板加圈梁结构;在转轮叶片数频率及其两倍频率的脉动压力作用下,增加楼板厚度和板下增设梁系对绝大部分区域的楼板抗振是有利的,但三种楼板结构的振幅大致处于同一水平,不同结构形式有其抗振相对较强和相对较弱的部位,不存在绝对的最优方案。因此,实际工程中应综合考虑结构静力刚度、施工难度和管线布置等因素选择具体的楼板结构形式。     

小湾水电站地下厂房动力特性及抗震分析

通过建立小湾水电站地下厂房三维有限元模型,对厂房模型的振动分析进行数值模拟,研究了厂房固有振动特性、共振复核及机墩结构在各种动力荷载作用下的振幅和应力,利用谱分析方法对模型进行了抗震分析,考察了正常运行时机组振动荷载和地震联合作用下厂房主要构件的地震反应特性,对厂房的抗震安全性能进行了初步的评价,为小湾厂房动力设计和运行控制提供科学依据。     

大型水轮机振动对地下厂房结构安全性的影响

针对大型水轮机组运行时的振动对厂房结构安全性的影响问题,采用有限元分析软件建立了泵站厂房结构的有限元模型,对结构进行了共振校核,并采用谐响应分析法对泵站厂房在不同工况下的振动反应进行计算分析,获得了各工况下泵站厂房各部位各方向的振动反应情况。参照相关规范对结果进行分析,表明厂房结构在各工况下的振动响应基本满足正常使用要求,为泵站厂房的结构安全性和确保水泵机组的正常运行提供了依据。     

基于CFD的水电站厂房水力振源模拟研究

传统的水力振源特性研究主要依赖于模型试验,计算方法亦过于简化。通过建立水轮机全流道模型,基于CFD计算软件,对正常工况下的厂房进行了流体计算,总结了蜗壳壁面压力脉动的变化、分布规律及数值大小,进而根据CFD计算结果拟定了5种水力振源施加方案,并利用谐响应算法计算了厂房楼板、机墩、风罩等薄弱部位的振动响应情况,认为可根据流体计算结果在蜗壳内壁不同部位施加相应简谐荷载;且在流体计算结果中提取厂房蜗壳壁面各点的压力脉动数值,采用时程分析法施加于蜗壳对应节点,观察厂房结构振动响应情况,给出了水电站厂房水力振源更加精确、合理的模拟与施加方式。     

三峡电站厂房振动及测试

为保障三峡电站厂房在振动情况下的安全运行,采用有限元法对三峡电站厂房机组段进行自振特性分析和共振复核,并通过模型试验得到流道的脉动压力值,分析厂房结构在脉动水压力下的振动反应,计算结果显示满足振动控制标准要求。为验证分析结果,对在156m水位下机组运行时楼板的振动进行了现场测试。结果表明,实测数据与计算分析结果在幅值、频率和分布规律上较接近,建立模型计算脉动压力值施加于厂房后的计算厂房振动方法可行。     

主副厂房不同连接形式对GIS室抗震性能的影响

厂房结构的抗震安全对于水电站正常稳定运行意义重大。结合某贯流式水电站的工程实例,通过建立包括主、副厂房和基岩在内的厂房坝段整体三维有限元模型,研究了主厂房屋面网架与排架柱不同连接形式、主副厂房间不同连接形式下厂房结构的固有振动特性,并对振源进行了分析和共振校核。采用反应谱分析法分析了该贯流式水电站厂房的抗震性,研究了地震荷载作用下与GIS室相连接的主厂房下游排架柱和副厂房上下游排架柱地震反应的影响规律。结果表明,主厂房屋面网架与排架柱铰接,且主副厂房间整体连接可明显提高副厂房中GIS室的刚度和抗震性能,研究结果可应用于实际工程。     

大型水电站地下厂房结构动力特性研究

以某在建大型水电站地下厂房结构为例,建立了地下厂房结构的三维有限元计算模型,全面分析了不同的边界条件、风罩形式、材料下的机组支承结构的自振特性并进行了共振校核,采用谐响应法计算结构的动态响应,对最大振幅进行了校核。结果表明,该模型为地下厂房结构的优化设计、改进抗振特性及确保机组安全运行提供了理论依据。     

基于粘弹性人工边界的动力数值模拟范围研究

为分析地下厂房数值模型及围岩取值范围对厂房动力特性的影响,基于粘弹性人工边界基本理论,编写了Abaqus中快速施加粘弹性人工边界的程序。结合某抽水蓄能电站地下厂房结构,建立了不同数值模型及围岩取值范围的三维有限元数值模型,采用谐响应分析方法计算了机组振动荷载作用下的厂房动力响应。结果表明,地下厂房动力特性分析应采用粘弹性人工边界条件下包含0.5倍厂房跨度的围岩,并考虑地下厂房所有结构的数值模型。     

水电站厂房楼板自振特性研究

为分析某坝后式水电站厂房结构自振特性,开展现场模态试验和有限元数值模拟计算,并对比两种方法的差异性,同时探讨了厂房剧烈振动原因。结果表明,针对振动突出的局部区域,两种方法自振频率及振型基本一致,可认为数值计算结果真实可靠;数值计算中,除直接对结构整体进行模态计算和谐响应动力复核外,还可针对研究重点进行局部模态分析,以避免因整体计算而产生的频率及振型的掩盖现象。