地下泵站明蜗壳厂房振动特性研究

发布时间：2020-08-25 20:02

【摘要】：我国兴建了大量引调水工程以实现水资源的配置,泵站作为提水输水建筑物,在其中起着不可或缺的作用。在运行过程中,泵站机组不可避免发生振动,机组振动不仅会降低泵站机组效率,缩短其检修周期与使用寿命,严重时还会引起输水管道和整个厂房结构的振动,甚至导致被迫停机,因此研究振动作用下厂房结构的动力特性具有重要的现实意义,本文采用ANSYS软件,基于某地下泵站工程实例开展明蜗壳厂房振动特性研究。(1)研究了边界条件、楼板结构形式对厂房结构自振特性的影响,分析了单体结构自振特性。结果表明,厂房边墙具有围岩作用的法向弹性约束时,结构基频相较无约束时有所提高,但法向约束刚度的增强对提高结构基频效果不甚明显;进一步考虑围岩对楼板部位切向弹性约束,结构基频有所提高;在厂房边墙处采用混凝土扣槽增强与围岩的连接后,结构基频增加幅度最为明显。用共结点的方式模拟围岩对边墙的约束作用时,厂房整体振动的模态消失,基频较弹性约束时有所提高,在进出水边墙位置有针对性地选择部分区域增强与围岩的连接有利于提高厂房结构自振特性。增加电动机层楼板厚度或者增加梁结构并不能提高反而会略微降低厂房整体的基频,但其对提高楼板单体结构基频及高阶频率效果明显,其中增加梁结构效果更佳。(2)研究了机组振动荷载作用下结构的动力响应。结果表明,在飞逸转频的作用下,飞逸工况振幅明显大于其他工况;采用拟静力法计算机组振动荷载时,所得最大振幅大于谐响应分析。对于机组竖向荷载,飞逸转频下结构振动响应最大,额定转频次之,高频的水力冲击频率最小;对于切向荷载,电磁频率引起的竖向振幅较额定转频与飞逸转频大;对于径向荷载,均匀分布有利于减小结构振幅。使用时程法计算时,同一工况下计算所得振幅与加速度大于谐响应法,与时程计算时采用的时程曲线中周期数和时程点较少有关,由额定运行工况进入飞逸工况时,其振幅与飞逸工况下幅值差异较小。(3)研究了脉动压力作用下结构的动力响应。将流道分为蜗壳座环区、无翼区以及进水管区三个子区域进行分析,对于这三个区域:脉动的优势频率在流量较小时为低频,在流量较大时为高频,且在额定流量范围内,优势频率主要是高频。流量变化的过程中,在压力幅值与脉动频率的综合作用下,蜗壳座环区与进水管区表现为流量减小至0或为最大值时,结构动力响应最大,无翼区则是在流量为某一较小值时结构动力响应最大。在对脉动频率的分析中发现:对于蜗壳座环区,高频脉动时结构动力响应较低频时强烈;对于无翼区与进水管区,低频脉动时结构动力响应较高频时强烈。在高频脉动压力作用下,进出水管速度与加速度很大,由于进出水管裸露,这些部位刚度相对于混凝土结构而言确实较低,是厂房内部抗振比较薄弱的部位。
【学位授予单位】：武汉大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TV675
【图文】：

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分析厂房结构的动力特性时，围岩对厂房结构混凝的关键问题之一，此外楼板结构形式、水体质量等，本章采用有限元动力分析方法，针对这些影响因及计算模型逡逑水枢纽从取水口至出水池段，沿线长约６．２ｋｍ，设计万ｋＷ。包括取水口、引水隧洞隧洞）、调压井、力管道、出水池建筑物。逡逑工程，取水口、引水隧洞建筑物为２级，地下泵站位于板涧河左岸的山体内，洞室群布置在奥陶系中统２６ｍ。地下泵站厂区主要建筑物由地下泵站（包括主、出水阀室、电缆竖井及连接洞、交通洞、通风洞、组成。逡逑＂１逦：、逦逦逦逦逡逑

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地下泵站明蜗壳厂房振动特性研宄模型逡逑下泵站厂房１＃、２＃机组段为研宄对象建立有限元计算模型，向）总长为２０．６ｍ，沿厂房纵轴线方向为２个机组段宽度２９到２２３．５ｍ高程，共３４．３ｍ。计算模型采用笛卡尔直角坐标系，房纵轴线指向左端为正（面向出水侧）；Ｙ轴为铅直方向，向向，指向出水方向为正；坐标系原点取在１＃机组安装高程（２元分为金属流道、混凝土和基岩三大组。金属流道采用四结用三结点壳单元；混凝土采用八结点六面体单元，局部采算模型共３１９００３个结点，３０２８２７个单元，其中金属流道２４３２个单元，基岩１１７４５０个单元。基岩和混凝土网格、金属？图３．１－５。逡逑

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图３．１－Ｓ金属流道网格逡逑材料参数逡逑算模型的材料参数取值如表３．１－１所示，材料均假设为各向同性的线弹表３．１－１材料参数逡逑＾逦弹性模量逦ＭＳ逡逑仞科逦Ｅ（ＭＰａ）逦ｙ（ＫＮ／ｍ３）逦ｙ钢材逦２０６０００逦７８．５逦０．３逡逑５邋混凝土逦２８０００逦２５逦０．１６７逡逑边界条件逡逑行自振计算时，取整体模型，模型底部施加全约束，厂房进出水侧通围岩对厂房混凝土的约束作用，由于机组段之间设有纵缝，故厂房侧面；基岩部分侧面设置法向约束。逡逑章计算中厂房结构混凝土与围岩接触处主要涉及如下５种边界条件：逡逑

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