水电站机组与结构耦联动力特性及振动传递路径研究

发布时间：2020-06-20 00:38

【摘要】：水电站机组与厂房结构耦联作用复杂,既有线性的,又包括非线性的,振动涉及水力、机械、电磁等多方面的因素。本文基于国内一大型水电站地下厂房原型观测数据,对水电站机组与厂房结构耦联动力特性和振源传递路径识别问题展开研究。主要的研究内容及结论如下:(1)主振源分析。计算了各类振源的理论频率,以此为依据对实测振源进行了分类;从机组与结构测点振动主次频统计分析、不同振源成分能量占比分析两个方面来研究该电站机组与厂房结构的主振源。研究表明主振源包括:尾水低频脉动、机组转动、蜗壳不均匀流。(2)机组与厂房结构耦联动力特性研究。从机组与厂房结构顺河向和垂向振动随负荷变化规律、顺河向和垂向振动在不同负荷下的相关性系数、顺河向和垂向振动时频域相关关系三个方面来研究机组和厂房结构之间复杂的耦联振动关系。研究结果表明:机组和厂房结构垂向振动的同步性和相关性较强,垂向振动在尾水低频脉动频域范围内相关性明显,尾水低频脉动对机组和厂房结构之间垂向耦联振动影响较大;机组和厂房结构顺河向振动的同步性和相关性相对较弱,顺河向振动在转频及尾水低频脉动频域范围内相关性明显,机组转动和尾水低频脉动对机组和厂房结构之间顺河向耦联振动影响较大。(3)尾水涡带和转频及其倍频信号振动传递路径研究。将传递熵方法与基于EMD分解的小波熵阈值去噪方法相结合,实现水电站厂房振动传递路径的识别。研究表明:(a)尾水涡带引起的垂向振动主要传递路径是:顶盖→机墩(定子基础、下机架基础)→发电机层楼板;机组为250MW时,尾水涡带信号在顶盖→定子基础、顶盖→下机架基础之间的传递率分别为39.8%和58.2%,在定子基础→发电机层楼板、下机架基础→发电机层楼板之间的传递率分别为23.5%和16.1%;(b)机组转动引起的下机架位置的顺河向振动主要传递路径是:下机架→机墩(下机架基础、定子基础)→电气夹层柱子;机组以额定功率运行时,转频及其倍频信号在下机架→下机架基础、下机架→定子基础、定子基础→电气夹层柱子、下机架基础基础→电气夹层柱子之间的传递率分别为75.9%、18.4%、19.5%、8.6%。
【学位授予单位】：天津大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TV734
【图文】：

示意图,进人门,尾水管,钢衬

流旋转分量过大所致；该机组在尾水管锥管段有一补气环腔，当水流的旋转涡带作用于该环腔时，钢板里衬产生交变的弯曲应力，长此以往尾水管钢板里衬在该动态应力的作用下将会产生疲劳破坏，特别是当此交变应力频率接近该段的自振频率时将产生共振导致钢板里衬的急速破坏[9]。2012 年二滩水电站 3 号机组尾水管进人门左上方混凝土和钢衬之间出现了较为严重的漏水情况，经工作人员的检查发现漏水是由 3 号机组尾水管出现了裂纹所致，经分析研究得出：该电站在电网中主要承担调峰调频任务，机组负荷变化频繁，经常在非设计工况运行，尾水管中出现尾水管压力脉动，而尾水管进人门附近处于压力脉动的影响范围，因此在压力脉动的长期作用下发生疲劳破坏，导致尾水管出现裂缝[10]。图 1-1 为二滩水电站 3#机组尾水管裂缝示意图。2009 年萨扬-舒申斯克水电站 2 号机组在超负荷运转后剧烈振动，不久其顶盖固定螺栓发生疲劳破坏，最终造成 75 人死亡，10 台水轮发电机组受到不同程度的损坏，厂房结构破坏，直接经济损失达 130 亿美元[11]。图 1-2 为萨扬-舒申斯克水电站事故现场图。

示意图,事故现场,水电站,尾水管

【参考文献】