抽水蓄能电站地下厂房振因仿真研究

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翻新时间：2013-12-18

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抽水蓄能电站地下厂房振因仿真研究

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本文结合某抽水蓄能电站在运行过程中厂房出现的高频振动问题,对引起该厂房振动的水力振源位置、振动的传递方式及产生激振频率的原因进行深入的分析,以期对抽水蓄能电站设计和振动特性分析提供一些合理建议。

工程概述研究思路与方法

1.研究思路

本文利用三维有限元分析方法,对某抽水蓄能电站主厂房两台机组进行了动力特性及动力响应仿真分析研究。思路如下:首先运用自振特性分析方法对整体结构进行了自振特性分析和共振复核,针对薄弱构件运用/无质量0分析方法[5]将除分析外的构件作为无质量处理,仅提供刚度进行自振特性计算和共振复核;进而采用谐响应分析方法,由位移幅值进一步确定共振构件共振频率范围;同时将外荷载假定为简谐荷载,运用时间历程分析方法[6]分析结构在高频荷载下的振动响应分布规律;最后结合水轮机参数和现场试验结果,进行动力特性和现场测试的综合分析。

2.基本理论

1)自振特性分析方法

2)谐响应分析方法当 3.仿真计算模型计算参数及实测压力脉动特征

1.计算参数

根据地址勘测资料,岩石、混凝土、座环等相关力学参数见表1,其中岩石的单位弹性抗力系数取为15@106kN/m。

2.机组参数及实测压力脉动特征频率

某抽水蓄能电站的水泵水轮机的额定转速为333.3r/min,最大飞逸转速为535.0r/min,固定导叶及活动导叶均20个,转轮叶片9个。根据所提供的现场测试资料分析认为,在单机运行过程中,随着负荷的增加振动逐渐增大,因此本文选择试验单机满负荷为250MW发电工况下的测试数据作为动力响应计算的动荷载输入依据,试验结果见表2。

动力特性分析

1.厂房整体自振特性

根据已经产生振动的实际情况,充分分析厂房振动整体振动的可能性,本文根据对三峡、岩滩、红石等水电站所做的分析手段,选取四种边界条件进行自振特性的分析:

(1)上下自由;

(2)上下游全部连杆约束;

(3)水轮机层以下固定约束,以上弹性连杆约束;

(4)上下游固定约束。前20阶自振频率的计算结果为:整体结构在边界1的约束作用下前4阶振型主要为上下游方向的振动,从第5阶开始表现为结构上部的楼板和结构柱的振动。整体结构在边界

2、3的约束作用下除第1阶表现为厂房上部的横河向振动外,其余振型均表现为厂房上部楼板和结构柱的振动。整体结构在边界4的约束作用下均表现为上部楼板带动结构柱等薄弱构件的振动。自振频率见表3。由表3可知,上下游边界的约束条件对主厂房自振频率的影响较大,对厂房整体结构上下游向和横河向约束越严格,自振频率越大。若不考虑整体厂房的振动,发电机层楼板的起振频率均为24~25Hz之间,可见上下游边界约束的严格对厂房局部构件自振频率的影响较小。根据厂房实测振动频率特性进行共振复核,依据20%~30%的错开度评价标准[7],厂房的实测振动主频和四种边界条件下的整体自振频率错开度均大于30%,则厂房整体结构并未在100Hz时发生共振,100Hz的振动频率应为迫振频率。