大型抽水蓄能电站厂房振动相关问题研究

发布时间：2017-09-27 04:26

  本文关键词：大型抽水蓄能电站厂房振动相关问题研究

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【摘要】：随着我国水电事业的高速发展,水电站的建设规模越来越大,水轮机组单机出力和蜗壳尺寸也不断增大,给电站的安全运行带来了极大的挑战。对国内外已投产运行的电站机组观测表明,机组与厂房振动问题是影响水电机组以及相关系统安全高效运行的重大基础性和普遍性的问题,是大型水电站建设和运行所需关注的关键技术问题之一。特别是对于具有高转速、大容量、高水头、抽水和发电双工况频繁变化等特点的抽水蓄能电站,该问题较常规电站更为突出。由于厂房结构振动问题的复杂性,目前国内外对这一涉及水电站安全运行的工程关键技术问题的研究,有待于深入开展。面对这一难题,一般水电站采取限制运行水头、避开机组不稳定区域的措施,这会大大降低机组的工作效率。本文结合实际工程,对国内某大型抽水蓄能电站厂房振动相关问题进行研究。①从主要振源、自振特性、振动响应三个方面概述了水电站厂房振动问题的研究现状；(②编写了以快速傅里叶变换为核心的信号处理程序,并根据实测振动信号进行了程序的对比验证；③建立了国内某抽水蓄能电站4#机组厂房结构全尺寸模型,以此模型为基础计算厂房结构自振特性和振动响应,并与测试结果进行对比分析；(④建立双机组模型,从自振特性和振动响应两方面,研究厂房分缝形式对厂房振动的影响,并通过设置不同的机组运行方式,深入研究机组运行对相邻机组段厂房结构振动的影响程度；⑤以4#单机组模型为基础,通过修改发电机层楼板厚度,分析楼板结构形式对厂房振动的影响；(⑥在不同的机组转速工况下计算4#机组段厂房结构振动响应,进行厂房与机组匹配性分析。得出了如下主要结论：(1)通过对实测振动信号处理分析,验证了所编写的振动信号处理程序的正确性,该程序能够精确地识别出振动信号中所包含的信息。(2)孔洞较大的区域和立柱对应的楼板区域是振动响应最强烈的区域,也是振动最大值出现较多的区域。因此,在楼板上布置机组控制仪器时,应避开大孔洞区和立柱对应区,对水电站厂房的设备布置合理避振提供了参考。(3)“两机一缝”分缝形式能增强机组之间的相互作用,增加厂房结构局部构件的约束作用,提高结构自振频率,但由于机组振源的共同作用,会引起某些区域振动响应叠加。“一机一缝”分缝形式厂房结构中,振动能量可以通过分缝处的填充物向相邻机组段传递,引起相邻机组段的振动。该研究为机组运行调度提供指导。(4)随着发电机层楼板厚度的增加,其结构刚度得到增强,在相同激振荷载下厚板结构振动响应总体小于板梁结构。(5)从厂房结构振动方面来说,该抽水蓄能电站厂房结构更适应高转速机组。机组在较高转速运行时,振源激振频率也较高,相应的构件自振频率与激振频率之间的错开度较大,此时振源频率避开了让厂房构件发生局部共振的频率范围,减小了水电站厂房结构的振动。
【关键词】：抽水蓄能电站 厂房结构振动 全尺寸有限元模型 分缝形式 楼板结构形式 自振特性 动力响应
【学位授予单位】：中国水利水电科学研究院
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TV731;TV312
【目录】：

• 摘要7-9
• ABSTRACT9-14
• 第一章 绪论14-20
• 1.1 选题背景和意义14-15
• 1.2 大型水电站厂房振动问题的研究进展15-18
• 1.2.1 厂房振动的振源分析研究15-16
• 1.2.2 厂房振动的自振特性分析研究16-17
• 1.2.3 厂房振动的动力响应分析研究17-18
• 1.3 本文的主要研究内容18-20
• 第二章 振动信号分析处理与程序实现20-32
• 2.1 信号分析处理的基本理论20-26
• 2.1.1 随机信号采样定理20-21
• 2.1.2 最小二乘拟合法消除趋势项21-22
• 2.1.3 基-2快速傅里叶变换22-25
• 2.1.4 功率谱密度函数25-26
• 2.2 信号分析处理理论的程序实现26-29
• 2.3 信号分析处理程序的对比验证29-30
• 2.4 本章小结30-32
• 第三章 某抽水蓄能电站厂房振动计算与测试分析32-61
• 3.1 厂房结构的有限元模型32-39
• 3.1.1 单元类型的选取32-35
• 3.1.2 坐标系的规定和边界条件选取35
• 3.1.3 材料力学参数的选取35
• 3.1.4 结构阻尼35-37
• 3.1.5 模态分析的运动方程37-39
• 3.2 厂房结构自振频率测试39-42
• 3.2.1 自振频率测试方法的选择39-40
• 3.2.2 测点布置和测试结果分析40-42
• 3.3 厂房结构振动特性的对比分析42-46
• 3.3.1 发电机层楼板自振特性对比分析42-44
• 3.3.2 母线层楼板自振特性对比分析44-45
• 3.3.3 立柱自振特性对比分析45-46
• 3.4 引起厂房结构振动的主要振源分析46-49
• 3.4.1 水力振源47-48
• 3.4.2 机械振源48-49
• 3.4.3 电磁振源49
• 3.5 共振校核49-50
• 3.5.1 共振校核标准49-50
• 3.5.2 共振校核结果分析50
• 3.6 厂房结构振动响应分析50-59
• 3.6.1 计算分析工况50-52
• 3.6.2 厂房振动响应计算方法52-55
• 3.6.3 楼板振动响应分析55-58
• 3.6.4 立柱振动响应分析58-59
• 3.7 本章小结59-61
• 第四章 厂房分缝形式对厂房振动的影响分析61-79
• 4.1 不同厂房分缝形式的厂房结构有限元模型61-63
• 4.2 不同厂房分缝形式的厂房振动计算结果对比分析63-77
• 4.2.1 不同厂房分缝形式的厂房结构振动特性分析63-71
• 4.2.2 不同厂房分缝形式的厂房结构振动响应分析71-77
• 4.3 本章小结77-79
• 第五章 楼板结构形式对厂房振动的影响分析79-88
• 5.1 不同发电机层楼板厚度的厂房结构有限元模型79
• 5.2 不同发电机层楼板厚度的厂房振动计算结果对比分析79-87
• 5.2.1 不同发电机层楼板厚度的厂房结构振动特性分析79-82
• 5.2.2 不同发电机层楼板厚度的厂房结构振动响应分析82-87
• 5.3 本章小结87-88
• 第六章 厂房与机组的匹配性分析88-95
• 6.1 分析模型的选取88-89
• 6.2 计算结果分析89-93
• 6.3 本章小结93-95
• 第七章 结论与展望95-97
• 7.1 主要工作与结论95-96
• 7.2 工作展望96-97
• 参考文献97-101
• 攻读硕士期间的科研成果101-102
• 致谢102

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

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本文编号：927619