地下式水電站廠房的動力特性分析與性態(tài)識別.pdf

1、近年來,隨著中國水電事業(yè)的迅速發(fā)展,水輪機(jī)組已向著高水頭,大容量,高轉(zhuǎn)速方向發(fā)展,廠房結(jié)構(gòu)也相應(yīng)巨型化和復(fù)雜化,此時機(jī)組的擺動或者水力脈動誘發(fā)的廠房混凝土結(jié)構(gòu)的振動已成為設(shè)計和運行中需重點關(guān)注的問題。
　　 本文以某大型水電站地下廠房工程為計算實例,通過用有限元分析軟件Ansys建立廠房三維有限元模型,深入研究了廠房機(jī)墩組合結(jié)構(gòu)的動力特性以及在水力脈動作用下,廠房上部板梁柱結(jié)構(gòu)的振動特性。具體的研究內(nèi)容主要包括以下幾個方面:

2、r>　　 (1)在水電站地下廠房動力特性的研究中,首先研究了不同邊界條件對廠房結(jié)構(gòu)自振頻率的影響。本文分析了固定邊界和彈性邊界,以及考慮一定范圍的圍巖對地下式廠房結(jié)構(gòu)自振頻率的影響。模型邊界條件的確定,對后續(xù)廠房結(jié)構(gòu)動力特性的分析和共振校核計算有著重要的參考價值。在本文中,考慮了幾種典型的有限元模型,其中包括沒有考慮圍巖的地下廠房結(jié)構(gòu)的有限元模型,以及考慮圍巖的有限元整體模型,分別分析不同邊界對結(jié)構(gòu)自振頻率影響,且不考慮阻尼因素。

3、r>　　 (2)因引起廠房結(jié)構(gòu)振動的因素較多,所以在本文中深入分析了影響該電站振動的水力,機(jī)械,電氣三方面的原因,準(zhǔn)確計算了理論上存在的18種振源,并進(jìn)行了相應(yīng)的共振校核。分析該電站在運行過程中理論存在的共振源。
　　 (3)作為機(jī)組的主要支撐體系,機(jī)墩組合結(jié)構(gòu)的剛度和強(qiáng)度對機(jī)組的穩(wěn)定性很重要。本文根據(jù)《水電站廠房設(shè)計規(guī)范》規(guī)定,利用擬靜力法和動力法分別對機(jī)墩組合結(jié)構(gòu)的剛度進(jìn)行復(fù)核,判定其機(jī)墩組合結(jié)構(gòu)的剛度基本上滿足規(guī)范要求。

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　　 (4)根據(jù)該廠房樓板結(jié)構(gòu)在變負(fù)荷運行工況下,實測數(shù)據(jù)與有限元計算的逐步線性回歸分析,擬合出在不同運行工況下,適用于預(yù)測該電站樓板結(jié)構(gòu)的線性公式,對該電站以后的運行以及判斷樓板結(jié)構(gòu)的振動具有一定的參考價值。
　　 (5)本文在總結(jié)歸納分析了作用在蝸殼和尾水中脈動壓力的作用方式,選取一種最不利加載方式,即假設(shè)脈動壓力作用在水輪機(jī)流道內(nèi)是均勻分布和同相位的簡諧荷載作用在廠房的蝸殼和尾水結(jié)構(gòu),采用諧響應(yīng)法計算,判斷廠房上