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三峡电站厂房结构振动研究

欧阳金惠  
【摘要】:大型混流式水轮机组的振动问题,是一个影响水电站安全运行的严重性和普遍性的问题。国内外已投产的装备大型混流式水轮机的水电站,都不同程度出现了水轮机组振动而引起厂房结构振动的问题,特别是发电机层楼板的振动,深为工程人员所关注。由于厂房结构振动问题的复杂性,目前国内外对这一涉及水电站安全运行的关键技术问题的研究,尚未能深入开展。因此,面对这一难题,一般水电站不得不限制运行水头,以避开机组在不稳定区域运行。三峡电站的装机规模和单机容量为世界瞩目,在三峡水轮机优选中,其运行稳定性指标超过能量和空化的要求而被置于首位。而且,三峡电站存在运行条件复杂、水轮机转轮直径大等不利因素,因此,如何合理定量评价三峡电厂房结构振动,不仅是关系到三峡工程建设的重大关键技术问题,更是一个应用前景广阔的、难度极大且具有开拓性的交叉学科问题。本文采用有限元模型与现场测试相结合的新研究思路和途径,深入研究了三峡电站发电厂房结构的振动问题。主要研究内容包括以下几个方面: 1、建立了复杂厂房整个结构的三维真实数值模型:模拟对象包括整个流道、网架结构、天花板、导叶,以及各种孔洞以及廊道等,并对厂房结构的动力特性进行分析,得出了厂房更接近真实的动力特性。 2、基于有限的水轮机模型试验压力脉动数据,利用已有的研究成果,合理构造出水轮机流道内的三维脉动压力场,求出厂房结构在复杂荷载联合作用下的动力响应,特别是发电机层楼板的竖向响应。计算分析表明: (1) 在6种运行水头工况中,89.4m水头工况的动力响应最大; (2) 厂房结构的位移主要是由尾水管内的低频涡带脉动引起的; (3) 厂房结构的加速度主要是由蜗壳以及导叶后转轮前的脉动压力引起的。 3、为了验证并完善以上计算模型和水轮机模型试验中脉动压力幅值和频率的相似比,本文对三峡电站左岸7#机组的厂房结构在▽135m水位下的运行状况进行了现场测试。测试结果表明: (1) 楼板结构的实测竖向位移在频率、总体趋势以及最大值位置与计算结果基本一致,这不仅说明了计算模型中对尾水管内所构造的脉动压力场基本合理,而且验证了计算模型中关于位移振源的判断。同时,测试结果的竖向位移幅值小于计算结果,这说明了对三峡电站水轮机而言,尾水管内脉动压力的原型—模型相似比例小于1.0。 (2) 楼板竖向加速度的主频为32.50Hz,它在楼板的竖向第一振型和第二振


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