某大型抽水蓄能电站厂房强烈振动原因分析与减振措施研究

针对国内某大型抽水蓄能电站厂房强烈振动问题,本文开展了厂房局部结构振动测试、自振频率测试和脉动压力测试等现场测试;创建了精细三维有限元模型,求解了厂房结构局部结构自振频率,利用脉动压力测试结果计算了厂房振动响应,并通过调整立柱尺寸开展了厂房减振措施研究,同时对新建抽水蓄能电站厂房振动安全问题提出了展望。本文研究成果如下:(1)蜗壳内脉动压力为厂房结构振动主振源,其振动主频为100.0 Hz;(2)厂房局部结构振动强烈的原因在于其母线层立柱和水轮机层立柱的水平自振频率接近蜗壳脉动压力主频,两层立柱产生幅值较大水平振动引起楼板竖向强烈振动;(3)通过调整立柱截面尺寸,两层立柱和楼板振动响应均有大幅降低,减振效果显著。

三峡电站厂房结构振动计算与试验研究

本文利用三峡电站73m水头水轮机模型试验中脉动压力的实测数据,构造出整个流道内脉动压力场,求出了厂房结构在各种振源联合作用下的动力响应。为了验证计算结果并完善下一步研究工作中的计算模型,还对三峡发电厂房的结构振动进行了现场测试,并与计算结果进行对比。结果表明,厂房结构的竖向位移的幅值、频率和最大值位置与计算结果比较接近,这不仅验证了厂房结构的竖向位移是由尾水管内的脉动压力引起,而且说明计算模型中尾水管内的荷载假定是可行的。同时,对于竖向加速度,除去峰值区域的测点外,测试结果的幅值与计算结果相差不大。由于蜗壳内以及导叶后转轮前区域的脉动压力频率在模型与原型的转换关系上存在不确定性,以及计算中没有考虑直接作用于楼板上的母线电磁力,使得楼板竖向加速度测试结果的幅值存在峰值区域,且其频率与计算结果存在偏差。

156m水位下三峡水电站15#机组厂房结构的振动安全研究

三峡水电站机组蜗壳HD值高,其埋设方式对厂房和机组的安全稳定运行具有关键的影响。蜗壳直接埋入法相对于垫层埋入法和充水保压埋入法而言,其外围钢筋混凝土承担的内水压力较大,但施工比较简单且节省蜗壳钢材,因此三峡水电站15#机组拟采用直接埋入法。文中在已有静力研究成果的基础上,分析了局部混凝土开裂后的厂房结构的整体自振特性和振动响应,并根据计算结果和振动标准对厂房结构的振动做了安全评价。

巨型水电站厂房振动预测研究

国内外已建成的大型水电站的厂房振动问题严重影响电站的经济效益和电力调峰。目前我国许多即将建成或开工建设的巨型水电站的机组出力和厂房尺寸不断增大,如何准确预测巨型电站厂房结构的振动问题,成为工程建设的关键问题之一。针对三峡电站,利用有限元方法和水轮机模型试验,提出构造水轮机流道内脉动压力场的线性插值方法,并基于通用有限元程序开发了相应程序,预测三峡电站厂房在设计水头下的振动响应。为了检验计算模型和预测方法,针对目前设计水位开展了现场振动测试。测试结果表明,厂房实际振动响应的主频、最大值位置和分布规律上与计算结果基本一致,实际振动幅值比计算结果偏小,这说明计算模型基本合理,预测方法基本可行。

156m水位下三峡电站厂房振动计算与测试分析

三峡电站厂房结构的振动问题是三峡工程建设的关键问题之一。本文针对三峡电站VGS机组厂房结构,利用有限元方法和水轮机模型试验,采用线性插值法构造了水轮机流道内脉动压力场,并基于通用有限元程序开发了相应程序,计算了VGS机组厂房结构在156m水位下的振动响应。为了检验计算模型,本文针对156m水位开展了厂房现场振动测试。测试结果表明,厂房实际振动响应的主频、最大值位置和分布规律上与计算结果基本一致,实际振动幅值比计算结果偏小,这说明计算模型基本合理,计算方法基本可行。

基于接触单元的三峡电站厂房振动分析

如何合理分析蜗壳和外围钢筋混凝土之间的传力特性,是大型水电站厂房设计和研究的难点之一。本文针对三峡左岸电站VGS机组的厂房结构,采用双结点接触非线性模型,计算混凝土结构以及蜗壳、座环和固定导叶的振动响应。为了便于对比分析,建立共结点模型并开展相应的计算分析。计算结果表明,对于混凝土结构而言,两种模型的振动响应分布规律基本一致,接触模型的位移响应幅值与共结点模型基本吻合,但加速度响应明显小于共结点模型;对于蜗壳、座环和固定导叶,接触模型的各种振动响应明显大于共结点模型,这主要是由于接触模型中外围混凝土对蜗壳的约束相对较小,由此说明接触模型能更为合理地模拟实际结构的真实传力特征。

三峡电站15^#机组厂房结构动力分析

由于蜗壳直接埋入法施工比较方便,三峡电站15#机组拟采用直接埋入法。本文在已有静力研究成果的基础之上,建立了15#机组厂房结构的有限元模型,分析了蜗壳外围混凝土开裂后厂房的整体自振特性,以及在设计地震作用下厂房结构的地震响应。研究结果表明,蜗壳周围混凝土开裂对15#机组厂房整体自振特性影响较小,这说明15#机组左边边墙增加了厂房结构的整体刚度。同时,在设计地震作用下,竖向最大动应力为1.38MPa,两者都出现在右边墙体,这说明左边边墙能增加15#机组厂房的抗震能力。

三峡电站发电厂房动力特性与低水头振动问题研究

本文对三峡电站发电厂房包括整个流道、网架、各种廊道在内的三维结构严格按照设计尺寸进行了比较真实的模拟,并采用有限元法对其结构进行了动力特性分析。在此基础上,根据VGS模型试验提供的6个测点数据,对整个流道内的脉动荷载作出合理假定,求得三峡发电厂房在63m水头运行时的动力响应。分析表明,对于复杂的厂房结构和复杂的脉动荷载,仅仅从共振的角度难以评估厂房结构的振动,而必须通过施加各种动力荷载求出厂房结构的振动响应,再在此基础上作出定量评估。

拱坝振动台模型边界与材料特性对坝体自振特性的影响分析

为了分析模型边界与模型材料对大型拱坝振动台试验模型坝体自振特性的影响,该文针对国内某一特高混凝土拱坝振动台试验模型,利用有限元方法计算分析了不同影响因素参数变化对坝体自振特性的影响。结果表明:(1)地基边界弹模变化对大坝前6阶自振频率影响很小;(2)坝体自振频率随单层坝体材料弹模呈正相关变化,且5~8层坝体弹模变化对坝体自振频率影响相对较大;(3)当地基材料弹模降低时,大坝自振频率降幅明显。当地基弹模逐渐增大时,前两阶自振频率保持相对稳定,中高阶自振频率增幅较大;(4)胶体单独作用和胶与尼龙丝联合作用对坝体自振特性的影响均较小。

三峡电站水轮发电机组的振动对厂房结构的影响研究

三峡电站水轮发电机组的单机容量和结构尺寸位居国内混流式机组之最，机组运行时厂房结构的振动问题已经成为重点关注对象。本文严格按照三峡左岸发电厂房的设计尺寸，建立了复杂厂房结构的三维真实模型，分析了整体结构的动力特性：同时基于VGS水轮机模型试验中73米水头脉动压力的实测数据，求出了在脉动压力作用下厂房结构的动力响应，分析了引起楼板振动的主要振源。计算结果表明，三峡电站左岸机组在↓Δ139米运行时，厂房结构的动力响应均在允许范围之内，这一结论通过初步振动测试得到了验证。

金沙江溪洛渡水电站大坝深孔过流振动测试分析

为分析溪洛渡水电站大坝深孔过流引起的振动问题,本文采用中国水利水电科学研究院自主研发的振动测试系统,对右岸制冰楼与拌合楼、大坝廊道和深孔启闭机平台及水垫塘廊道等部位开展了现场测试分析,结果表明:(1)制冰楼、拌合楼等柔性结构,以横河向振动响应为主,其振幅不影响正常运行安全;(2)拱坝深孔过流时引起大坝527岸坡坝段廊道的振动响应较低,其频带较宽且卓越频率不显著;(3)启闭机平台的振动响应相对较大,其振动响应第1阶卓越频率为1.83 Hz;通过启闭机平台与水垫塘振动响应的传递函数分析可知,该频率为大坝第1阶自振频率;(4)水垫塘底板和二道坝等泄洪消能结构,以竖向振动响应为主;水垫塘振动响应频带较宽且主频不突出;首次发现了二道坝廊道的振动响应主频随时间变化并存在间歇性低频振动,建议开展溪洛渡二道坝结构间歇性低频振动长期安全监测分析,并加强其他高拱坝水垫塘与二道坝泄洪时的低频振动安全设计。

特大型水电工程建设和运行面临的主要科技问题

三峡总公司正逐步由工程项目法人向国家授权投资机构转变,由单一的三峡工程建设向多项目、金沙江流域梯级开发转变,由主要侧重于三峡工程建设向多个大型水电工程建设、电力生产等多业务并举转变,面临众多的复杂技术难题。本文针对三峡总公司开发的金沙江下游梯级电站,提出了工程建设所面临的防洪与水资源高效利用、复杂条件下的高坝技术以及大型水电工程的生态环境保护等3大关键技术问题,并对各个问题进行了系统论述。这些问题的提出,对我国特大型水电工程的建设具有借鉴和参考价值。

大岗山拱坝-地基体系整体抗震安全性研究

基于高拱坝-地基整体抗震安全评价体系,对设计地震动峰值加速度达0.5565g的大岗山拱坝-地基体系的地震响应进行数值分析,并分别对其在不同地震超载倍数和不同基岩控制性滑裂面抗剪强度降低倍数下的安全性和破坏机理进行研究,以寻求坝体控制性位移或与位移相关的变量随安全系数变化曲线的拐点作为整体失稳判断准则,进一步明确了具体实施方法,并对其整体抗震安全性作出评价。

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。

水电站地面厂房抗震研究现状与展望

我国水能资源多集中在地震频发、地震烈度高的西部地区,水电站地面厂房是水能转化为电能的重要场所,其地震动力响应规律明显区别于工业厂房和其它水工建筑物,有其自身的特点。与大坝、边坡和隧洞等水工建筑物相比,水电站地面厂房的抗震研究相对滞后,本文总结了当前地面厂房的抗震研究现状,包括地震响应的计算方法、混凝土材料非线性本构和结构非线性接触、动水压力模拟、边界条件以及地震响应评价方法等,对多数学者认可的主流方法和模型进行了介绍。最后提出了值得深入研究的若干问题,如近断层地震动作用下水电站厂房的抗震性能、厂房地基岩体的非线性、不同蜗壳埋设方式对厂房的抗震性能的影响等。

大型抽水蓄能电站机组与区域环境振动联合测试研究初探

黑麋峰抽水蓄能电站投产以来,部分工况下机组的振动、摆度偏大,过渡工况下机组内部的压力脉动剧烈,尤其是电站输水系统高压岔管上方山体存在区域环境振动问题。基于以上问题开展了机组与区域环境振动联合测试研究工作,明确了区域环境振动的激振源及其传递路径,即活动导叶与转轮间动静干涉引起的水力激振向上游进行了传播。同时对抽水蓄能电站机组选型、水力设计以及输水系统的布置设计提出了一点建议,可供同类工程提供借鉴和参考。

大型抽水蓄能电站厂房局部结构自振频率特性研究分析

为了避免或解决大型抽水蓄能电站厂房局部结构共振问题,需要精准研究分析局部结构的自振频率特性。本文以已投运的某大型抽蓄电站厂房为研究对象,采用弹簧阻尼边界模拟厂房结构周边约束进行仿真计算,并且采用冲击法进行现场实测验证,准确分析获得了该抽水蓄能电站厂房局部结构自振频率特性。通过分析,全面了解了该抽水蓄能电站厂房的原型结构动力特性,并进行了共振复核分析。分析结果对比表明,采用合理的仿真建模分析和正确的测试试验分析,可以准确得到抽水蓄能电站厂房局部结构自振频率特征。

大型抽水蓄能电站输水管道区域振动影响监测分析

抽水蓄能电站机组运行产生的水力压力脉动不仅能引起厂房结构振动,还能引起输水管道区域振动。本文通过对两座大型抽水蓄能电站输水管道区域的振动及噪声监测数据进行分析研究,表明振动影响介于无感振动与轻微有感振动之间,不会引起区域周边产生结构安全问题,但是振动会引发附近山谷和建筑物内产生结构性噪声影响。建议新建抽水蓄能电站在规划选址时需要关注此类问题,输水管道选择远离或避开居民区或者加大埋深。

抽水蓄能机组无叶区压力脉动改善与厂房减振研究

张河湾电站机组自投产以来,在发电工况,特别是满负荷时存在强烈的振动,严重危害设备的运行安全,同时对厂房结构也有一定的破坏作用.本文通过对电站3号机组开展全面系统的振动测试分析,发现转轮叶片与活动导叶之间动静干涉产生的无叶区压力脉动幅值较大,且主频100Hz与局部厂房结构的某阶固有频率接近,引发了局部厂房结构共振.为此,从减小水力振源的激振能量入手,对张河湾电站3号机进行了转轮改造,改造后无叶区压力脉动明显下降,厂房振动有效值大幅降低,成功解决了厂房振动问题.

大型水电站蜗壳埋设方式对厂房振动的影响分析

如何选取水轮机蜗壳的埋设方式,是我国大型水电站厂房设计和研究的重点和难点之一。本文以三峡水电站厂房为背景,采用双结点接触非线性模型,计算三种不同蜗壳埋设方式下厂房结构的振动响应。计算结果表明:对于混凝土结构而言,保压方案的振动响应最小,垫层方案明显大于充水保压方案,直埋方案的振动响应最大;对于蜗壳等金属构件而言,保压方案的振动响应最大,而直埋方案最小,这说明直埋方案对金属构件的振动有利。为了检验计算模型与计算结果,开展了145m水位下三种不同埋设方式蜗壳的厂房振动现场测试。测试结果表明,对于混凝土结构而言,直埋方案的振动响应最大,保压方案最小,垫层方案略大于充水保压方案;而对于水轮机顶盖的振动而言,直埋方案振动最小,保压方案最大,垫层方案略小于充水保压方案。这说明测试结果与计算结果的振动响应规律基本一致。测试结果中垫层方案与保压方案基本一致的主要原因在于,在低水位下实际厂房的混凝土结构与垫层以及蜗壳之间存在缝隙,导致蜗壳的部分振动传递不到混凝土。