贯流式机组水力脉动荷载对水电站厂房结构的影响

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1、学兔兔www.xuetutu.com水利水电技术第43卷2012年第6期贯流式机组水力脉动荷载对水电站厂房结构的影响孙万泉(华北电力大学可再生能源学院，北京102206)摘要：基于流固耦合的瞬态动力分析，研究了贯流式机组尾水管内涡带水力脉动的作用形式。并分析了作用于厂房和厂房基础的振动波形和动力响应。最后研究了尾水管内脉动水压力荷载的简化模拟方法，旨在为贯流式水电站的结构分析和设计研究提供参考。关键词：水力脉动；贯流式水轮机；水电站厂房；流一固耦合中图分类号：T”12文献标识码：A文章编号：l000一0860(2012)06-008l-03IIIlpaclofhyd豫IllicpIl

2、l鼹6Ⅱgloadf如mblllbtubulartIlrM耻ullitons￡r眦tIl他ofpowerhoI瑚ofhyd阳powerpIaⅡtSUNW卸qu明(SchoolofRenewabkEnergy，NortllCKMElecmcP鲰嚣U!liversity，Be巧iflg102206，Chi豫)Abstract：Based帅metramientdymrⅡicalIalysi80fnuid—舯McoupliIlg，tlleInode0fvon既hydmllIicplllsati蚰inthed瑚f}tubeofbuJb血l盯tⅢbir地isgtudiedbe弛in，锄d山ent

3、hewaVep昌毗咖oftl地vibHtionandtIIe8咖c酬r鹄pon舱impacling讲ltlIeP∞忙r量Iou8e“it8f如n山li佣a陀also删yze正FinalJy，lllemetIIod0ftlleBimpIified8imulati嘶ofthepulsatiflgPressureloadintlled糟fttIlbeismudied，鲫鹅t0pr娟dea耐毛瑚cefortlle8tnlctⅧml粕alysisarIdtllerekv蛐td髓i卵study帆tIlehy-dmpow盯pl锄ti珊taIledwidlbulbtIIbularturbine·ge

4、ne咧mIlIIi魄ofl【eyw"凼：hydm血cpIIl鲫畸伽；bulbtlIbul盯tllrhine；poweI量lou8ehydrop∞盹rpl蛐t；nIlid-础dc伽pIing究了尾水管内涡带水力脉动的压力分布，以及该脉1引言动水压力传给厂房基础的振动波形和动力荷载分灯泡贯流式机组由于过流量大，单位转速高，效布。最后研究流道内脉动水压力荷载的简化模拟方率高，能量及经济指标好等优点，广泛应用于开发低法及合理性，为贯流式水电站的结构动力分析和设水头水力资源⋯。但是，由于贯流式水电站为河床计研究提供参考。式布置方案，其厂房基础变形模量和承载力均低。因2计算方法与模型此，深人研究

5、机组水力脉动荷载下的厂房结构动力响应、地基基础应力和变形特性，对确保建筑物整体安采用ANSYs的流固耦合(粥I)分析方法进行瞬态全有重要意义。时程分析po，计算基本假定为：(1)将厂房混凝土结针对灯泡贯流式水轮机而言，水力振动主要由以下原因引起，即：涡带振动、卡门涡列、狭缝射收稿日期：20ll-ll-15流、协联关系不正确等【2o。但以上水力振源中能直基金项目：中央高校基本科研业务费专项资金资助《lOMG33)；清华接造成厂房结构整体振动的主要为尾水管内的龙卷大学水沙科学与水利水电工程国家重点实验室开放研究基状涡带及其压力脉动。本文结合国内某贯流式水电金资助课题(8klh"2010．

6、C-01)。站的工程实际，利用流固耦合的瞬态动力分析，研作者简介：孙泉(1975一)，男，山西人。副教授，博士。学兔兔www.xuetutu.com孙万泉∥贯流式机组水力脉动荷载对水电站厂房结构的影响构和地基假定为线弹性材料；忽略由于上下游静水压动频率主要还是在低频范围内变化，在进口附近水力力差产生的稳态流动和速度对脉动压力的影响。求解脉动频率主要在O．8Hz以内，而在中部和出口处的中激活湍流模型。(2)流体脉动的瞬态分析主要考虑频率主要在0．5Hz之内。该计算结果与实际中观测水轮机叶片后的尾水管流道内的随机脉动水压力荷结果相一致。载，该脉动水压力主要是由于转轮出水口的旋转涡流流速改

7、变引起的。流道内的涡流压力梯度为流体速度的二次函数，以其中茹方向为例，．兰=c1+c2ItI+c3E(1)口^式中，K是茗向方向的流体速度；c。、c2和c，是相关系数常数。对厂房的复杂三维结构进行了适当的简化：厂房结构不考虑楼板和柱梁构件，地基向下取至11．1m图2尾水管内典型路径和节点示意处，流体计算部分仅考虑转轮出水口到尾水管出水口部分(见图1)。固体模型边界条件为：地基底部4厂房混凝土结构和地基的动力响应结果完全固定，左右侧和上下游侧地基施加水平对称