苗宗偉

（遼寧省水利水電勘測設(shè)計(jì)研究院，遼寧沈陽110006）

景洪水電站廠房結(jié)構(gòu)振動(dòng)響應(yīng)實(shí)測與分析

苗宗偉

（遼寧省水利水電勘測設(shè)計(jì)研究院，遼寧沈陽110006）

景洪水電站總裝機(jī)容量為1 750 MW，水電站引水鋼管直徑高達(dá)11.2 m，機(jī)組運(yùn)行水頭變幅可能較大，機(jī)組振動(dòng)特性及廠房結(jié)構(gòu)重要構(gòu)件的振動(dòng)特性可能與其他已建常規(guī)水電站有所不同。文章對(duì)支撐機(jī)組的機(jī)墩結(jié)構(gòu)以及作為輔助設(shè)備基礎(chǔ)的樓板的振動(dòng)狀態(tài)進(jìn)行了重點(diǎn)的監(jiān)測分析。

廠房；振動(dòng)；測試；分析；水電站

1 水電站概況及基本參數(shù)

景洪水電站為瀾滄江干流中下游河段梯級(jí)規(guī)劃中的第六級(jí)電站。水庫的正常蓄水位為602 m，校核洪水位為609.4 m，總庫容為11.39億m3。電站總裝機(jī)容量為1 750 MW，主廠房包括安裝間總長246 m，寬31.5 m，高64.15 m，水輪機(jī)安裝高程532.5 m，機(jī)組間距34.3 m。

2 原型觀測試驗(yàn)方案和測試系統(tǒng)

2.1 測點(diǎn)布置原則

測點(diǎn)布置在最能反映機(jī)組和廠房結(jié)構(gòu)耦聯(lián)振動(dòng)的區(qū)域，最能表征機(jī)組軸系統(tǒng)和定子系統(tǒng)振動(dòng)特性的區(qū)域和廠房結(jié)構(gòu)中振動(dòng)最為薄弱的區(qū)域。按上述原則測點(diǎn)分為以下四類：廠房塊體混凝土結(jié)構(gòu)測點(diǎn)、水輪發(fā)電機(jī)組金屬結(jié)構(gòu)測點(diǎn)、樓板結(jié)構(gòu)測點(diǎn)以及蝸殼、尾水管中的水壓脈動(dòng)測點(diǎn)。

2.2 測試工況

現(xiàn)場振動(dòng)測試進(jìn)行了21種工況試驗(yàn)，包括空載升轉(zhuǎn)速、空載升勵(lì)磁、升負(fù)荷、甩負(fù)荷、停機(jī)等。具體情況如下：

空載無勵(lì)磁，變轉(zhuǎn)速（環(huán)境噪聲，25%，50%，75%，100%，115%，155%）

空載他勵(lì)磁工況，（無勵(lì)磁，5%，50%，75%，100%）

負(fù)荷，（50 MW，導(dǎo)葉開度25%→90 MW，導(dǎo)葉開度30%→甩負(fù)荷，0→175 MW，導(dǎo)葉開度47.4%→甩負(fù)荷，0→265 MW，導(dǎo)葉開度66.8%→甩負(fù)荷，0→326 MW，導(dǎo)葉開度98.6%→甩負(fù)荷）

正常運(yùn)行工況，變負(fù)荷情況下現(xiàn)場采集系統(tǒng)接線編號(hào)與測點(diǎn)位置對(duì)應(yīng)情況，見表1。

表1 變負(fù)荷測試測點(diǎn)位置與通道

2.3 測試系統(tǒng)介紹

采用DH5920動(dòng)態(tài)信號(hào)分析系統(tǒng)進(jìn)行測試，振動(dòng)測試系統(tǒng)框圖如圖1所示。根據(jù)待測振動(dòng)信號(hào)的可能幅頻特性范圍和工作環(huán)境選擇不同型號(hào)的傳感器。其中加速度傳感器可選用3種型號(hào)：CA-YD-109B，SD1406，CJY2w8-665，壓電式壓力脈動(dòng)傳感器選用SYL-1。

2.4 測點(diǎn)布置概要

1）所有測試傳感器件的安裝，均在機(jī)組安裝完成后、試運(yùn)行前，或兩次運(yùn)行的間歇，停機(jī)狀態(tài)下，進(jìn)行傳感器布置、電纜連接和儀器布置。

2）所有傳感器，均不采用預(yù)埋方式布置，而是布置在廠房結(jié)構(gòu)物的外表面，在人員能夠接觸到的位置，采用磁力吸附或粘接劑粘結(jié)的形式固定。

圖1 現(xiàn)場振動(dòng)測試系統(tǒng)框圖

3）傳感器和儀器之間的連接電纜，沿人行通道、樓梯或吊物孔等穿行，不需要專用的預(yù)埋管道或線槽。

4）采取離線測試方式，所有測試不是固定式的永久監(jiān)測項(xiàng)目。每次實(shí)驗(yàn)前，布置傳感器、電纜和儀器，試驗(yàn)結(jié)束后，全部拆除收回。下次實(shí)驗(yàn)前，再重新進(jìn)行布置。

3 機(jī)組廠房振動(dòng)測試數(shù)據(jù)分析

3.1 機(jī)組支承部件振動(dòng)測試分析

在各級(jí)負(fù)荷下穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)，機(jī)組主要支承部件的振動(dòng)加速度標(biāo)準(zhǔn)值均不是很大。圖2給出了機(jī)組主要支承部件位置處豎向和順河向加速度標(biāo)準(zhǔn)值隨機(jī)組負(fù)荷的變化關(guān)系。各測點(diǎn)的振動(dòng)加速度均以豎向負(fù)荷為50 MW、橫向90 MW時(shí)最大，隨著機(jī)組負(fù)荷的增大，加速度幅值迅速降低，機(jī)組在265 MW負(fù)荷時(shí)各測點(diǎn)的振動(dòng)幅值較小，機(jī)組負(fù)荷增至326 MW時(shí)，振動(dòng)幅值又略有增大。原因在于機(jī)組低負(fù)荷運(yùn)行時(shí)偏離最優(yōu)運(yùn)行工況，流道內(nèi)水力振動(dòng)較大，隨著負(fù)荷的增大到接近水輪機(jī)的最優(yōu)工況時(shí)，流道內(nèi)水流流態(tài)得到改善，水力振動(dòng)強(qiáng)度降低。

3.2 廠房結(jié)構(gòu)振動(dòng)測試結(jié)果分析

1）豎向加速。圖3給出了廠房結(jié)構(gòu)各測點(diǎn)處豎向加速度隨機(jī)組負(fù)荷的變化關(guān)系。由圖中可見，各測點(diǎn)的豎向振動(dòng)加速度均以負(fù)荷為50 MW或90 MW時(shí)最大，隨著機(jī)組負(fù)荷的增大，加速度幅值迅速降低，機(jī)組在265 MW時(shí)各測點(diǎn)的振動(dòng)幅值較小，機(jī)組負(fù)荷增至326 MW時(shí)，振動(dòng)幅值又略有增大。

2）順河向加速度。圖4給出了廠房結(jié)構(gòu)各測點(diǎn)處順河向加速度標(biāo)準(zhǔn)值隨機(jī)組負(fù)荷的變化關(guān)系。由圖中可見，各測點(diǎn)的順河向振動(dòng)加速度均以負(fù)荷為50 MW或90 MW時(shí)最大，隨著機(jī)組負(fù)荷的增大，加速度值迅速降低，機(jī)組在265 MW時(shí)各測點(diǎn)的振動(dòng)值較小，機(jī)組負(fù)荷增至326 MW時(shí)，振動(dòng)值又略有增大。

圖2 機(jī)組主要部位振動(dòng)隨機(jī)組出力的變化

圖3 廠房結(jié)構(gòu)豎向振動(dòng)加速度隨負(fù)荷的變化關(guān)系

3.3 壓力脈動(dòng)振動(dòng)分析

表2給出了變負(fù)荷測試階段在各級(jí)負(fù)荷穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)，尾水管和蝸殼內(nèi)各脈動(dòng)壓力測點(diǎn)的壓力值。從表2中可以看出，機(jī)組在90 MW負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，各測點(diǎn)的脈動(dòng)壓力幅值最大，最大值發(fā)生在尾水管進(jìn)人門處，脈動(dòng)壓力峰峰值達(dá)5.55 mWC。隨著機(jī)組負(fù)荷的增大，各測點(diǎn)的脈動(dòng)壓力幅值迅速降低，當(dāng)機(jī)組的出力為326 MW時(shí)，各測點(diǎn)的脈動(dòng)壓力幅值最大值僅為0.38 mWC，發(fā)生在蝸殼進(jìn)口處。以上分析說明在機(jī)組低負(fù)荷運(yùn)行時(shí)水輪機(jī)中的脈動(dòng)壓力幅值較大，而在額定出力附近運(yùn)行時(shí)，水輪機(jī)的脈動(dòng)壓力幅值較小。

圖4 廠房結(jié)構(gòu)順河向振動(dòng)加速度隨負(fù)荷的變化關(guān)系

表2 升負(fù)荷階段各點(diǎn)壓力峰峰值脈動(dòng)值mWC

3.4 振動(dòng)控制標(biāo)準(zhǔn)

參考國內(nèi)外對(duì)建筑結(jié)構(gòu)、動(dòng)力機(jī)械基礎(chǔ)以及人體健康等的振動(dòng)控制標(biāo)準(zhǔn)，結(jié)合大型水電站主廠房的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、運(yùn)行環(huán)境和設(shè)計(jì)要求，提出對(duì)景洪水電站主廠房振動(dòng)控制標(biāo)準(zhǔn)，見表3。

表3 景洪水電站廠房振動(dòng)控制標(biāo)準(zhǔn)差

4 結(jié)論

1）從測試數(shù)據(jù)分析，不僅是機(jī)組和廠房結(jié)構(gòu)各測點(diǎn)在低負(fù)荷時(shí)振動(dòng)較大，隨著負(fù)荷的增大而振動(dòng)減小。尾水管和蝸殼處的脈動(dòng)壓力隨出力的整體振動(dòng)趨勢也有相似的變化規(guī)律。說明機(jī)組在低負(fù)荷運(yùn)行偏離最優(yōu)工況時(shí)引起的機(jī)組廠房結(jié)構(gòu)各向振動(dòng)的主要振源與蝸殼、尾水管內(nèi)水力脈動(dòng)密切相關(guān)。

2）對(duì)實(shí)測機(jī)組及廠房各部位的振動(dòng)分析表明，各測點(diǎn)的振動(dòng)加速度在額定工況下都滿足響應(yīng)的振動(dòng)控制標(biāo)準(zhǔn)。

［1］馬震岳，董毓新.水電站機(jī)組及廠房振動(dòng)的研究與治理［M］.北京：中國水利水電出版社，2004.

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