大型混流式水轮机组的振动问题,是影响水电站安全运行的重要而普遍的问题。国内外己投产的装备大型混流式水轮机的水电站,都不同程度出现了机组振动而引起厂房结构振动的问题,特别是发电机层楼板的振动及定子基础的最大上抬量,深为工程人员所关注。 三峡电站的装机规模和单机容量位于世界前列,其水轮机蜗壳是世界上混流式水轮机尺寸最大的。而考虑蜗壳混凝土开裂情况下厂房结构的动力特性及动力响应分析,还没有相对成熟的理论和实践可以借鉴。因此,如何合理定量评价直埋蜗壳周围混凝土开裂后三峡厂房结构振动,不仅是关系到三峡工程建设的重大关键技术问题,更是一个应用前景广阔的、难度极大且具有开拓性的交叉性学科术问题。本文采用有限元数值模拟方法研究了三峡右岸电站发电厂房结构的振动问题。主要研究内容包括以下几个方面: 1.建立了复杂厂房整体结构的三维真实数值模型:模拟对象包括网架结构、上下游墙、楼板、风罩、整个流道、尾水管以及主要孔洞等。模型中考虑了由于蜗壳内水压力及其他外部荷载作用下混凝土开裂产生的裂缝,并采用了两种不同的裂缝模拟方案:集中裂缝方案和概化裂缝方案,概化裂缝方案又根据混凝土开裂区开裂范围和程度不同混凝土弹性模量的不同折减百分比共四种情况分析。 2.通过上述不同的裂缝模拟方案,分析在各方案下结构的自振特性;研究不同的裂缝模拟方案对结构自振频率及振型的影响,并综合几种计算结果对厂房结构进行了共振复核。 3.基于有限测点的水轮机模型试验内水压力脉动数据,利用已有的研究成果,合理构造出水轮机流道内的三维脉动压力场,采用时间历程法分析了结构在脉动压力作用下的动力响应。并重点针对发电机层楼板竖向最大位移和定子基础最大竖向位移,分析概化裂缝方案的计算结果,研究了开裂区混凝土弹性模量折减百分比对结构反应的影响。 4.根据时间历程法的计算结果,对蜗壳流道钢结构进行了疲劳分析,结果表明在给定的脉动压力水平下,钢部件在服役期限内不会产生疲劳破坏。