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水电站厂房结构振动研究

沈可  
【摘要】: 随着水电工程建设的高速发展,现代水轮发电机组的容量和尺寸日趋增大,比转速也相应提高,普遍出现在某些工作区域内振动过大的现象。这其中特别突出的是大型混流式水轮机的水力共振问题,不仅影响机组自身稳定,也引发厂房建筑物的强烈振动。这种共振往往超出厂房结构的正常使用极限状态和承载能力极限状态,威胁水电站的经济运行乃至安全运行。 目前国内外尚无完善的水轮机水力振动预估方法,而对机组水力振动引起的厂房结构共振更是未深入研究。本文结合岩滩水电站厂房振动的试验研究,采用非定常湍流数值分析的大涡模拟方法进行混流机组水力振动振源模拟;提出一种水电站厂房下部结构简谐振动模型,首次进行了发电机层楼板结构的精确模态分析和水力激振荷载下的动力响应分析,各项计算结果与实测数据吻合良好。在此基础上将本文方法应用于三峡工程,对三峡厂房在机组垂直动荷载作用下的最大可能振动作了计算预测。 本文提出的水电站厂房模态分析、动力响应分析以及振动控制指标,构成了一个较完整的水电站厂房振动研究方法,同时也弥补了现行设计规范的不足。文中各章节主要内容如下: 第一章介绍了大型混流机组厂房的振动问题及研究现状。 第二章归纳整理了岩滩水电站历次厂房振动现场试验的测试数据和试验结论。 第三章采用大涡模拟亚格子涡粘模型,对岩滩混流式水轮机的流场进行三维非定常湍流分析,得到了流场中各物理量的脉动特性,计算出 MS 的轴向水推力与模型试验值大小相当;同时论证了对于下机架承重的混 流式水轮发电机组可采用其推力轴承负荷作为水电站厂房振动的最大垂 直激振荷载。 第四章讨论了大型组合结构有限元动力分析的建模原则和计算方 法,建立水电站厂房振动分析的下部结构模型,对岩滩厂房进行整体模 态分析,较准确地得出发电机层楼板自振特性;同时引进简谐振动假定, 迸行了机组水力振动作用下的厂房结构的动力响应分析。模态分析和动 力响应分析的结果与现场试验数据十分吻合。 第五章对三峡水电站厂房振动问题作了分析预测。考虑到岩滩厂房 与三峡厂房的类似性,因此将岩滩研究成果应用于三峡工程,结果表明 三峡厂房在最不利条件下有可能发生与岩滩厂房相同强度的强烈振动。 第六章讨论了水电站厂房抗振设计问题及减振构造措施,提出厂房 结构振动允许值标准。另外作为比较,也进行了水电站厂房地震作用分 析。


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