水电站厂房机组支承结构振动分析及结构优化

《水电站厂房机组支承结构振动分析及结构优化》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在工程资料-天天文库。

1、水电站厂房机组支承结构振动分析及结构优化广东珠荣工程设计有限公司510610摘要：木文对水电站厂房结构动力分析作出了论述，为相关的工作者提供一定的借鉴和参考。文章旨在与同行互相学习、交流，共同进步。关键词：水电站厂房；振动；机组支撑结构；结构优化一、水电站厂房结构动力分析水电站厂房是复杂的空间结构，在机组振动作用下，薄弱部位和构件的反应最为敏感，也最受关注。例如，机墩是主要的机组支承体系，其刚度和强度最为关键楼板是附属电气设备的基础，也是运行人员的受振载体。从振动控制角度出发，动应力的破坏较为少见，而对结

2、构自振频率、振幅和刚度的控制至为重要。对于直接承受机组动荷载的支承结构一机墩的动力分析，《水电站厂房设计规范》一附录给出了基于单自由度振动体系而推导出的自振频率及振幅计算公式，并对厂房机墩结构所承受的动荷载及其组合做出了一般性的规定。如此规定对于低水头、中小型发电机组的结构设计是适用的，国内多数电站是按这套方法设计的，运行中也未发生共振和其他问题。但对于高水头、大容量、高转速的水电站机组，采用规范中推荐的单自由度体系分析方法对计算结果有多大的影响,需进一步探讨。随着计算机的迅速发展，数值计算方法的不断完善

3、和普遍应用，通过三维有限元方法进行机组支承结构动力特性的计算分析得到普遍运用。1.工程实例基木情况(1)工程概况木加甲一级水电站位于云南省怒江州福贡县怒江右岸一级支流木加甲河上，通过木加甲跨江桥与怒江左岸主干公路相连，电站厂址距福贡县城73km,距昆明市769.0kmo电站总装机容量60MW,安装2台单机容量30MW的冲击式水轮机。电站枢纽主要由首部枢纽、引水隧洞、调压井、压力钢管、发电厂房、开关站等工程组成，工程等级为三等。电站与电力系统的连接方式采用单冋路HOkV一级电压接入木加甲二级水电站，与木加甲

4、二级水电站汇流后接入马吉中心变电站。发电厂房由主副厂房、安装间组成，主厂房包括发电机层、水轮机层、球阀层、尾水道，副厂房包括技术供水室、高低压开关室、电缆层和中控室，主副厂房包括相应的水、油、气和通风、排水系统。主厂房轴线方向NW30°,平面尺寸42.8×19.6×33.3m（长×宽×高）。开关站布置于主副厂房背后山顶平台处,平面尺寸53.5×25m（长×宽），布置2台主变压器及llOkV开关站，高压电缆经出线廊道引至开关站平

5、台。电站水泵水轮机及发电机的参数见表1和表2。表1水泵水轮机主要参数表表2发电机主要参数表二、有限元计算模型1、计算范围和边界条件（1）计算范围选取“1、2“机组段结构进行整体三维有限元讣算，计算范围长度方向从厂左0+016.00m~厂左0+033.20m,上下游方向从厂上0+014.20m~F0+009.60m,尾水管部分取到F0+020.00rru计算模型模拟了集水井、尾水管（包括肘管）及外围混凝土、座环、蜗壳、蜗壳外围混凝土、机墩、风罩、各层楼板、厂房边墙和结构柱等结构，所有混凝土结构及其开孔均按实

6、际体型尺寸进行模拟。（2）边界条件在“1、2”机组段两侧，考虑结构分缝，各层楼板由梁柱支撑，按自由边界处理，蜗壳层底板按固定约束处理。在上、下游侧，各层楼板、蜗壳层底板与边墙之间为刚性连接。发电机层1502.5m至蜗壳层底板1493.6m范围内边墙与围岩之间考虑为弹性支撑，在边界节点上加弹性水平约束，竖向不加约束。尾水道底板（1485.2m）以下的所有结构与围岩之间均按刚性连接处理，尾水管端部的混凝土结构按刚性连接处理。2、计算模型由于主厂房结构的复杂性，数值计算采用有限单元法进行。在众多可用的通用和专用

7、有限元软件中，本次计算选择大型通用的结构分析商业软件ANSYS,在设计分析类软件中其第一个通过了IS09001：2000质量体系认证，计算的通用性和可靠性较好，计算结果具有良好的可信度。结构分析中计算得出的基本未知量（节点自由度）是位移，其它的一些未知量，如应变、应力和反力等，可通过节点位移导出。有限元模型网格划分是计算的前提和关键工作。在进行厂房有限元动力分析模型建立中，对混凝土块体和楼板结构直接进行整体建模，再通过布尔操作，搭建出各构件个体，在计算机容量和计算吋间允许的范围内，取尽可能精细的有限元网格

8、。木加甲一级水电站厂房的布置型式和结构特点是以大体积混凝土结构为主，周边受围岩的约束作用，此外还有楼板、墙体、立柱及固定导叶等结构。尾水管钢衬和座环等的局部加强作用在厂房整体分析中可予忽略。在网格划分吋，根据构件的特征，分别选用块体单元、板单元、梁单元、二力杆单元以及弹簧单元，分别模拟大体积混凝土结构，楼板结构，梁柱结构、固定导叶结构及围岩的约束作用等。同吋，还根据结构受力的特征，对网格的疏密程度加以控制，如在可能的应力集中部