机组振动下电站厂房共振校核和动力响应分析

以某水电站为例,建立混凝土重力坝厂房坝段三维整体分析模型,依据规范对厂房坝段进行强迫振动频率计算和共振校核,并计算了正常运行状况下机组振动所引起厂房的动力响应,得到以下结论:机组转动部分偏心引起的振动频率和水力冲击引起的振动频率对于整个厂房坝段和支承结构均不会发生共振;可能振源计算频率仅在结构个别高阶固有频率时会有共振可能;机组振动工况对结构的位移和应力影响较小,对厂房的安全运行影响不大。     

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。     

某泵站厂房振源识别与振动成因

针对某灌溉泵站水泵多机组运行时输水管道中产生涡带、涡流及水力脉动等流体现象, 致使泵站厂房产生较大振动的问题, 通过建立泵站厂房结构的三维有限元模型, 应用 ABAQUS 软件和 Lanczos 方法提取泵站厂房 结构模态, 分析泵站厂房的自振频率和振型, 探究厂房产生振动的振源和振动成因, 从而确定泵站厂房可能振源 的产生机理、频率特征, 并与该泵站机组主要激振源频率的理论计算值校核分析, 确定振源。结果显示: 该泵站机 组激振源频率和厂房结构的若干阶自振频率存在共振现象。此研究成果可为该泵站厂房维修和补强加固提供理论依据。     

大型水电站厂房振动问题研究综述

随着水电站水轮机组单机出力和尺寸日益增大,特别是抽水蓄能电站的运行水头和转速不断提高,机组的水力稳定性与厂房结构振动等问题日益突出。本文从厂房结构振源、厂房结构自振特性和厂房结构动力响应分析三方面总结了大型水电站厂房振动相关的研究和应用成果。结果表明,建立全耦合整体仿真模型对于推动大型水电站厂房振动问题研究的发展具有积极意义。同时,对有待于进一步研究的问题提出了展望。     

水电站厂房结构振动响应的神经网络预测

水电站厂房结构振动主要是水力、机械和电磁三大类振源引起的,厂房结构与机组之间存在明显的耦联作用,厂房结构和机组振动系统呈明显的动态耦合效应和非线性特征。本文在对实测厂房结构与机组振动响应关系分析的基础上,提出应用神经网络预测方法可在不考虑结构精确的数学力学模型的前提条件下,得出被研究对象的非线性振动特性,即通过机组的振动和尾水脉动的监测数据预测厂房结构的振动。该方法应用于三峡水电站厂房结构的振动预测,结果与实测结果基本吻合。     

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。     

水泵工况下水泵水轮机压力脉动特性分析

水泵水轮机无叶区是机组内部水力因素引起的压力脉动最大的部位，也是机组和厂房振动的主要激振源之一。本文以某抽水蓄能电站机组稳定性试验结果为基础，分析了机组内部压力脉动混频幅值随流量的变化规律，重点关注了无叶区压力脉动分频幅值随流量和倍频的变化规律及压力脉动特征频率的传播特性，为研究机组和厂房振动诱因提供了思路。     

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。     

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。     

某抽水蓄能电站地下厂房动力特性研究

抽水蓄能电站具有高水头、大容量、快转速的特点导致振动问题特别突出,强烈的振动会导致机组以及厂房薄弱结构部位发生破坏,影响电站的安全稳定运行。结合某在建抽水蓄能电站,分析了可能与厂房结构发生共振的振源,研究了边界条件、材料特性对结构自振特性的影响,结合粘弹性人工边界条件,分析了在机组动荷载作用下厂房各部位的动力响应规律。     

机组振动荷载作用下大型水电站厂房振动反应分析

随着水轮发电机组单机容量的提高,机组转动部件的重量、轴向水推力以及作用在支撑结构上的机组偏心力、不平衡磁拉力及电磁扭矩均会显著增大。为确保结构安全,对大型水电站厂房进行在机组振动荷载下的振动反应分析具有十分重要的意义。以锦屏一级水电站地下厂房为例,采用三维有限元法,计算了正常运行工况和事故工况下,厂房结构的振动位移、速...     

不同排架模拟方法对水电站厂房振动特性仿真结果的影响

水电站地面厂房发电机层楼板高程以上存在排架结构。为研究厂房上部排架简化模拟方法对厂房振动特性仿真结果的影响,运用ANSYS软件建立了3种有限元模型,分析了厂房的自振特性和机组振动荷载作用下的响应特点。研究表明:在开展水电站地面厂房的自振特性分析时,当主要期望了解楼板、立柱等结构的自振特性时,为简化计算,可以将发电机层楼板高程以上的排架结构采用质量单元来模拟,或者直接省略掉,均不会对结果造成较大影响;在机组振动荷载作用下,排架结构的振幅和动应力并不是厂房结构中最大的部分,除非要了解排架结构的振幅和动应力,否则均可以将排架结构进行简化处理,该简化处理对厂房结构振幅和动应力的影响程度不大。     

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。     

糯扎渡水电站装机容量论证

糯扎渡水电站装机容量论证统筹考虑了上下游梯级电站间的合理协调，供电区的负荷水平及负荷特性、电源结构及特性，机组制造水平及运输条件，枢纽布置，动能经济指标，送出工程的经济性和市场竞争力等方面的因素，针对核心问题和关键因素，经综合技术经济比较，最终确定电站装机规模。     

基于虚拟仪器的水轮机组监测与诊断分析系统

随着水电机组在国家电力工业中的比重和水轮发电机组单机功率的增加,对水电机组的状态监测和故障诊断技术提出了更高的要求。本文采用虚拟仪器系统作为开发平台设计并组建水轮发电机组监测和故障诊断系统。该系统实现了水轮发电机组振动信号的数据采集、数据处理和分析,并进行故障诊断。。     

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。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。     

龙开口电站水轮机顶盖振动分析及结构改进研究

龙开口电站机组在试验水头下0~210MW负荷段顶盖存在强烈振动,水平、垂直振动幅值达400μm以上;针对水轮机顶盖振动偏大的实际情况,采取对水轮发电机组进行稳定性试验,测试并分析顶盖振动、尾水压力脉动等数据,分析研究得出顶盖刚度不够是影响顶盖振动值偏大的主要原因,另外水力振动与顶盖振动偏大也有一定关联性。现场制订并实施了消减顶盖振动综合治理优化方案,包括新顶盖结构改进、顶盖加固结构改进及补气管改进等;机组采取新顶盖结构改进及顶盖加固结构改进等措施后效果较好,有效消减了顶盖水平、垂直振动值。     

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。     

基于电站实测振动信号的相关分析

基于某水电站机组与厂房现场振动测试,运用相关函数对该电站实测信号进行振源分析以及结构响应的相关分析。试验结果表明,由蜗壳中不均匀流场及导叶水流不均形成涡带产生的特征频率在顶盖、楼板、上机架以及尾水管等处测得信号均有所反映,机组结构下机架处的振动与其厂房水工结构的下机架基础及机墩顶部处的振动密切相关,也进一步说明利用相关函数分析特征信号的可行性。