水电站厂房自振特性及动力响应研究

摘要

我国西南地区水电能源的开发占到全国的70％-75％。在西南流域，一大批的大型水电站正在规划或者建设中。其中，白鹤滩的单装机容量到达1OOOMW。单机容量的增加势必会对厂房各部组织设计带来新的问题。水电站厂房的结构和功能，在运行过程中存在振动，但机组的单机容量和尺寸的增大，水电站楼板等也会发生振动。机组尺寸比较大，水流的脉动能量增大，发挥支撑作用的结构刚度降低，含有大能量的水流脉动现象会使结构产生振动，使其共振危险性增大。未来的水电站发展方向和趋势是含有大容量单机的机组，大尺寸的结构设计，以及高水头工况，因此很有必要从在静、动力方面开展厂房结构的研究。 以三河口工程的厂房为例，研究造成结构振动的振源和频率，先与厂房各部组织的自振频率开展共振校核。开展厂房整体结构及局部结构自振特性研究，开头研究和共振校核厂房各部组织激振，提出其防止共振的措施。 开展厂房各部组织的在机组振动荷载下的动力响应分析。发现在机组振动荷载作用下，厂房各部组织的竖向动位移在机墩附近比比较大，尤其体现在定子基础附近。在竖向动荷载作用区域附近，变形集中现象明显。 开展厂房各部组织各部位在脉动压力影响下的动力分析。发现脉动压力引起的动应力主要集中在脉动压力直接作用的流道区域范围内，动应力数值不大，因此，可推断的是，机组产生的振动以及脉动产生的压力致使机墩风罩结构中定子基础以及下机架基础附近出现了应力，而厂房各部组织的抗振性能完好不受影响，蜗壳、尾水管等钢衬应力水平相对脉动压力单独作用时有所提高。

目录

1.绪论

1.1 研究背景

1.2 水电站厂房各部组织动力问题研究现状

1.2.1水电站厂房各部组织的自振特性

1.2.2 水电站厂房各部组织动力响应研究

1.3 本文的主要工作

2.结构动力有限元分析理论和方法

2.1 线弹性有限元计算理论

2.1.1 单元刚度方程

2.1.2 总体刚度方程

2.2 动力有限元计算理论

2.2.1 模态分析

2.2.2 谐响应分析

3.厂房各部组织自振特性研究和共振校核

3.1 工程实例概况

3.2 基本资料及参数

3.2.1 特征水位

3.2.2材料特征参数

3.2.3工程地质

3.2.4水轮机参数

3.2.5 发电电动机参数

3.2.6 起重机参数

3.2.7尾水门机

3.2.8楼面荷载

3.2.9厂房各部组织布置图及荷载

3.3有限元计算模型

3.4计算结果及分析

3.4.1厂房整体结构自振特性

3.4.2 厂房局部结构自振特性

3.4.3强迫振动振源与激振频率

3.4.4厂房各部组织激振初步分析和共振校核

3.4.5机墩动力系数复核

3.5防止共振的措施

3.6本章小结

4.主厂房的动力响应分析

4.1机组振动荷载作用下厂房各部组织动力分析

4.1.1 机组振动荷载

4.1.2计算工况组合

4.1.3厂房各部组织振动的幅度、速度和加速度

4.2脉动压力作用下厂房各部组织动力分析

4.2.1水泵水轮机脉动水压力模型试验基本概况

4.2.2计算工况和分区加载

4.2.3厂房各部组织振动的幅度、速度和加速度

4.2.4厂房各部组织动应力

4.3结构减振的措施

4.4本章小结

5.结论与展望

5.1结论

5.2展望

致谢

参考文献