基于有限元动力分析的水电站厂房振动评价方法技术

本发明专利技术公开了一种基于有限元动力分析的水电站厂房振动评价方法，属于水利水电领域，用以解决目前没有针对基于有限元方法进行水电站厂房动力分析的振动控制标准的问题。分别针对水电站厂房中机墩部位和位于发电机层的楼板部位给出基于有限元动力分析的振动评价标准，不仅弥补了基于有限元动力分析的水电站厂房没有振动控制标准的问题，同时还通过针对水电站厂房中不同结构部位分别给出各自的振动控制数值范围，因而可实现对基于有限元动力分析的水电站厂房结构的振动情况的分析更为全面，进而使得评价结果更加真实以及更有价值。本发明专利技术还可进一步对水电站厂房中的蜗壳部位以及尾水管部位分别给出振动评价标准，实现更为全面的评价。

Vibration evaluation method of hydropower house based on finite element dynamic analysis

The invention discloses a vibration evaluation method for Hydropower Station Based on finite element dynamic analysis, which belongs to the field of water conservancy and Hydropower Engineering, to solve currently no finite element method based on the dynamic analysis of powerhouse vibration control standard problem. According to the hydropower station in site and are located in the pier floor layer generator vibration evaluation dynamic finite element analysis based on the standard, not only to make up for the hydropower station based on finite element analysis of power plant no vibration control standards, but also through the different parts of the water power plant are given their vibration control range therefore, can be realized on the hydro dynamic finite element analysis based on the analysis of vibration of the plant structure is more comprehensive, which makes the evaluation results more real and more valuable. The present invention can further give vibration evaluation criteria for the spiral case part and the tail pipe part of the powerhouse of the hydropower station, so as to achieve a more comprehensive evaluation.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及水利水电工程
，尤其涉及一种基于有限元动力分析的水电站厂房振动评价方法。
技术介绍
水电站厂房属于动力厂房，由于通常会受到机械、水力等外部荷载的作用，厂房振动问题非常普遍。在进行水电站厂房结构设计时，一般都需要进行结构动力分析，判断振动量值是否满足要求，进而评价厂房结构设计是否合理。目前，评价厂房振动是否满足要求，一般按照《水电站厂房设计规范》(NB/T35011-2013)的规定进行，该规范6.3.7条对圆筒式机墩的动力计算原则和控制标准规定如下：1、应验算共振、振幅和动力系数。计算方法可按附录D执行，大型机组宜采用有限元法或其他动力学方法复核。2、机墩自振频率和强迫振动频率之差与自振频率之比值应大于20％，或强迫振动频率和自振频率之差与机墩强迫振动频率之比值应大于20％，防止共振。3、机墩强迫振动的最大振幅应满足：垂直振幅在标准组合时不大于0.15mm；水平横向与扭转振幅之和在标准组合时不大于0.20mm。上述《水电站厂房设计规范》(NB/T35011-2013)对厂房振动控制标准的规定存在以下三个问题：1、该规范明确要求按照其附录D的方法验算共振、振幅和动力系数，其基本原理是按照结构力学法，将机墩作为下端固定的悬臂构件进行计算。此方法对于中小型水电站厂房结构设计是适用的，但对于大型水电站厂房结构，规范中没有作明确的规定，只是强调了需要用有限元法或其他动力学方法进行复核。近年来，随着计算科学的发展，采用有限元方法进行水电站厂房结构动力分析已非常普遍，但缺少相应的评价标准。2、在实际使用过程中，往往存在如下现象：水电站厂房的机墩结构按照规范推荐的方法计算的振幅一般较小，容易满足其规定的机墩强迫振动的最大振幅控制标准，且裕度较大。若构建水电站厂房的三维整体计算模型，采用有限元方法分析计算的机墩振幅普遍大于结构力学方法分析的结果，常常出现有限元动力分析的结果无法满足规范要求的问题。产生这种现象的主要原因是：规范推荐的方法为将机墩作为下端固定的悬臂构件进行计算，而有限元动力分析计算是建立水电站厂房的三维整体计算模型，其计算结果统计的机墩部位的振幅与基岩范围的选择、蜗壳结构、尾水管结构等密切相关；因此，如果仍然采用上述规范的“标准”作为评价有限元方法的计算结果，不适用且不合理，因而其评价结果往往不具有足够的说服力。3、规范只针对水电站厂房的机墩部位给出了振动控制标准，而对于其他结构部位的振动情况则没有规定。实际上水电站厂房结构往往非常复杂，厂房内各部位的功能差别较大，单一的通过机墩结构的振动控制标准难以满足对整个水电站厂房实现整体控制。随着有限元动力分析的运用，对于获取厂房结构中各部位的振动计算结果提供了条件。然而，目前并没有任何标准对厂房结构中不同部位分别给出振动控制标准的规定。
技术实现思路
本专利技术解决的技术问题是：目前没有针对基于有限元方法进行水电站厂房动力分析的振动控制标准的问题。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：基于有限元动力分析的水电站厂房振动评价方法，包括如下步骤，a、对水电站厂房进行有限元动力分析，并且计算工况为水电站厂房的额定运行工况；b、根据上述有限元动力分析的计算结果，统计并得出如下具体数据：水电站厂房中机墩部位的水平振幅A1(mm)、竖向振幅A2(mm)、水平速度峰值V1(mm/s)和竖向速度峰值V2(mm/s)；水电站厂房中位于发电机层的楼板部位的水平振幅A3(mm)、竖向振幅A4(mm)、水平速度峰值V3(mm/s)和竖向速度峰值V4(mm/s)；c、当同时满足A1≤0.3mm、A2≤0.3mm、A3≤0.2mm、A4≤0.2mm、V1≤5mm/s、V2≤5mm/s、V3≤5mm/s和V4≤5mm/s时，得出水电站厂房振动评价合格结果，否则得出水电站厂房振动评价不合格结果。进一步的是：在步骤b中，根据有限元动力分析计算结果，还统计并得出如下具体数据：水电站厂房中蜗壳部位的水平振幅A5(mm)、竖向振幅A6(mm)、水平速度峰值V5(mm/s)和竖向速度峰值V6(mm/s)；在步骤c中，除了同时满足A1≤0.3mm、A2≤0.3mm、A3≤0.2mm、A4≤0.2mm、V1≤5mm/s、V2≤5mm/s、V3≤5mm/s和V4≤5mm/s以外，还需要同时满足A5≤0.2mm、A6≤0.2mm、V5≤5mm/s和V6≤5mm/s时，得出水电站厂房振动评价合格结果，否则得出水电站厂房振动评价不合格结果。进一步的是：在步骤b中，根据有限元动力分析计算结果，还统计并得出如下具体数据：水电站厂房中尾水管部位的水平振幅A7(mm)、竖向振幅A8(mm)、水平速度峰值V7(mm/s)和竖向速度峰值V8(mm/s)；在步骤c中，除了同时满足A1≤0.3mm、A2≤0.3mm、A3≤0.2mm、A4≤0.2mm、V1≤5mm/s、V2≤5mm/s、V3≤5mm/s和V4≤5mm/s以外，还需要同时满足A7≤0.2mm、A8≤0.2mm、V7≤5mm/s和V8≤5mm/s时，得出水电站厂房振动评价合格结果；否则得出水电站厂房振动评价不合格结果。进一步的是：步骤a中所述的对水电站厂房进行有限元动力分析包括如下步骤：a1、构建水电站厂房的三维整体计算模型：根据实际项目工程中水电站厂房的设计结构或者实际结构，建立水电站厂房的三维整体计算模型；a2、划分网格：对上述步骤a1中构建的三维整体计算模型划分网格；a3、设定网格单元类型：对上述步骤a2中划分的网格单元设定单元类型；a4、设置材料属性：为三维整体计算模型设置材料属性并赋值；a5、设定边界条件：在三维整体计算模型的相应边界上设定边界条件；a6、施加荷载：在三维整体计算模型内相应的位置处施加荷载，所述荷载为水电站厂房在额定运行工况下所对应的荷载；a7、进行有限元动力分析计算。进一步的是：所述三维整体计算模型包括厂房结构主体部分。进一步的是：所述三维整体计算模型还包括基岩部分；所述基岩部分的构建范围为：基岩部分的边界至厂房结构主体部分的外轮廓之间的距离不低于厂房结构主体部分的高度H的1.5倍。进一步的是：在步骤b中，A1、A2、V1以及V2的取值分别为水电站厂房中机墩部位内的最大值；A3、A4、V3以及V4的取值分别为水电站厂房中位于发电机层的楼板部位内的最大值。进一步的是：在步骤b中，A5、A6、V5以及V6的取值分别为水电站厂房中蜗壳部位内的最大值。进一步的是：在步骤b中，A7、A8、V7以及V8的取值分别为水电站厂房中尾水管部位内的最大值。本专利技术的有益效果是：本专利技术就目前没有针对基于有限元方法进行水电站厂房动力分析的振动控制标准的问题，分别针对水电站厂房中机墩部位和位于发电机层的楼板部位给出基于有限元动力分析的振动评价标准，不仅弥补了基于有限元动力分析的水电站厂房没有振动控制标准的问题，同时还通过针对水电站厂房中不同结构部位分别给出各自的振动控制数值范围(即对应的标准)，因而可实现对基于有限元动力分析的水电站厂房的振动情况的分析更为全面，进而使得评价结果更加真实以及更有价值。另外，本专利技术还可进一步对水电站厂房中的蜗壳部位、尾水管部位等分别给出振动评价标准，可对水电站厂本文档来自技高网...

【技术保护点】
基于有限元动力分析的水电站厂房振动评价方法，其特征在于：包括如下步骤，a、对水电站厂房进行有限元动力分析，并且计算工况为水电站厂房的额定运行工况；b、根据上述有限元动力分析的计算结果，统计并得出如下具体数据：水电站厂房中机墩部位(3)的水平振幅A1(mm)、竖向振幅A2(mm)、水平速度峰值V1(mm/s)和竖向速度峰值V2(mm/s)；水电站厂房中位于发电机层的楼板部位(4)的水平振幅A3(mm)、竖向振幅A4(mm)、水平速度峰值V3(mm/s)和竖向速度峰值V4(mm/s)；c、当同时满足A1≤0.3mm、A2≤0.3mm、A3≤0.2mm、A4≤0.2mm、V1≤5mm/s、V2≤5mm/s、V3≤5mm/s和V4≤5mm/s时，得出水电站厂房振动评价合格结果，否则得出水电站厂房振动评价不合格结果。

【技术特征摘要】
1.基于有限元动力分析的水电站厂房振动评价方法，其特征在于：包括如下步骤，a、对水电站厂房进行有限元动力分析，并且计算工况为水电站厂房的额定运行工况；b、根据上述有限元动力分析的计算结果，统计并得出如下具体数据：水电站厂房中机墩部位(3)的水平振幅A1(mm)、竖向振幅A2(mm)、水平速度峰值V1(mm/s)和竖向速度峰值V2(mm/s)；水电站厂房中位于发电机层的楼板部位(4)的水平振幅A3(mm)、竖向振幅A4(mm)、水平速度峰值V3(mm/s)和竖向速度峰值V4(mm/s)；c、当同时满足A1≤0.3mm、A2≤0.3mm、A3≤0.2mm、A4≤0.2mm、V1≤5mm/s、V2≤5mm/s、V3≤5mm/s和V4≤5mm/s时，得出水电站厂房振动评价合格结果，否则得出水电站厂房振动评价不合格结果。2.如权利要求1所述的基于有限元动力分析的水电站厂房振动评价方法，其特征在于：在步骤b中，根据有限元动力分析计算结果，还统计并得出如下具体数据：水电站厂房中蜗壳部位(7)的水平振幅A5(mm)、竖向振幅A6(mm)、水平速度峰值V5(mm/s)和竖向速度峰值V6(mm/s)；在步骤c中，除了同时满足A1≤0.3mm、A2≤0.3mm、A3≤0.2mm、A4≤0.2mm、V1≤5mm/s、V2≤5mm/s、V3≤5mm/s和V4≤5mm/s以外，还需要同时满足A5≤0.2mm、A6≤0.2mm、V5≤5mm/s和V6≤5mm/s时，得出水电站厂房振动评价合格结果，否则得出水电站厂房振动评价不合格结果。3.如权利要求1所述的基于有限元动力分析的水电站厂房振动评价方法，其特征在于：在步骤b中，根据有限元动力分析计算结果，还统计并得出如下具体数据：水电站厂房中尾水管部位(6)的水平振幅A7(mm)、竖向振幅A8(mm)、水平速度峰值V7(mm/s)和竖向速度峰值V8(mm/s)；在步骤c中，除了同时满足A1≤0.3mm、A2≤0.3mm、A3≤0.2mm、A4≤0.2mm、V1≤5mm/s、V2≤5mm/s、V3≤5mm/s和V4≤5mm/s以外，还需要同时满足A7≤0....

【专利技术属性】
技术研发人员：肖平西，罗乾坤，胡晓文，侯攀，谭可奇，卢薇，吕文龙，张志军，马玉岩，
申请(专利权)人：中国电建集团成都勘测设计研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：四川;51