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溧陽抽水蓄能電站地下廠房結(jié)構(gòu)動力響應(yīng)分析

文檔作者：郭冬云１胡林江１伍鶴皋２文檔來源：１．中國電建集團中南勘測設(shè)計研究院有限公司２．武漢大學(xué)水資源與水電工程科學(xué)國家重點實驗室		點擊數(shù)：	更新時間： 2025年12月28日
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２０１８ 年第７ 期
２０１８ Ｎｕｍｂｅｒ ７
水電與新能源
ＨＹＤＲＯＰＯＷＥＲ ＡＮＤ ＮＥＷ ＥＮＥＲＧＹ
第３２ 卷
Ｖｏｌ．３２
ＤＯＩ： １０．１３６２２ ／ｊ．ｃｎｋｉ．ｃｎ４２ －１８００／ｔｖ．１６７１ －３３５４．２０１８．０７．００４
收稿日期：２０１８ －０５ －２２ 作者簡介：郭冬云，女，工程師，主要從事水利水電工程設(shè)計方面的工作?；痦椖浚簢易匀豢茖W(xué)基金資助項目（５１６７９１７５）。
溧陽抽水蓄能電站地下廠房結(jié)構(gòu)動力響應(yīng)分析
郭冬云１，胡林江１，伍鶴皋２
（１．中國電建集團中南勘測設(shè)計研究院有限公司，湖南長沙 ４１００１４；
２．武漢大學(xué)水資源與水電工程科學(xué)國家重點實驗室，湖北武漢 ４３００７２）
摘要：以溧陽抽水蓄能電站地下廠房為原型，運用大型有限元計算程序ＡＮＳＹＳ 建立三維有限元模型，采用模態(tài)分析方
法分析廠房結(jié)構(gòu)的自振特性，基于諧響應(yīng)法分別分析地下廠房結(jié)構(gòu)在機組動荷載和水輪機流道脈動壓力荷載作用下的
動力響應(yīng)。計算結(jié)果表明，各種振源對廠房整體結(jié)構(gòu)的影響不大，在機組振動荷載及脈動壓力分別作用下，結(jié)構(gòu)的振幅、
振動速度和加速度等均在允許范圍內(nèi)，廠房結(jié)構(gòu)設(shè)計合理。
關(guān)鍵詞：地下廠房；自振特性；動力響應(yīng)；溧陽抽水蓄能電站
中圖分類號：ＴＶ７４３ 文獻標志碼：Ａ 文章編號：１６７１ －３３５４（２０１８）０７ －００１３ －０６
Dynamic Response Analysis of the Underground Powerhouse
in Liyang Pumped Storage Power Station
ＧＵＯ Ｄｏｎｇｙｕｎ１ ， ＨＵ Ｌｉｎｊｉａｎｇ１ ， Ｗｕ Ｈｅｇａｏ２
（１．Ｐｏｗｅｒｃｈｉｎａ Ｚｈｏｎｇｎａｎ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ ， Ｃｈａｎｇｓｈａ ４１００１４， Ｃｈｉｎａ；
２．Ｓｔａｔｅ Ｋｅｙ Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ ｏｆ Ｗａｔｅｒ Ｒｅｓｏｕｒｃｅｓ ａｎｄ Ｈｙｄｒｏｐｏｗｅｒ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｓｃｉｅｎｃｅ ， Ｗｕｈａｎ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ， Ｗｕｈａｎ ４３００７２， Ｃｈｉｎａ）
Abstract： Ｔｈｅ ｄｙｎａｍｉｃ ｒｅｓｐｏｎｓｅｓ ｏｆ ｔｈｅ ｕｎｄｅｒｇｒｏｕｎｄ ｐｏｗｅｒｈｏｕｓｅ ｉｎ Ｌｉｙａｎｇ Ｐｕｍｐｅｄ Ｓｔｏｒａｇｅ Ｐｏｗｅｒ Ｓｔａｔｉｏｎ ａｒｅ ａｎａｌｙｚｅｄ ．
Ａ ｔｈｒｅｅ-ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ ｆｉｎｉｔｅ ｅｌｅｍｅｎｔ ｍｏｄｅｌ ｉｓ ｄｅｖｅｌｏｐｅｄ ｉｎ ＡＮＳＹＳ ｓｏｆｔｗａｒｅ ．Ｔｈｅ ｎａｔｕｒａｌ ｖｉｂｒａｔｉｏｎ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ｏｆ ｔｈｅ
ｐｏｗｅｒｈｏｕｓｅ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｉｓ ａｎａｌｙｚｅｄ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｍｏｄａｌ ａｎａｌｙｓｉｓ ｍｅｔｈｏｄ ．Ｔｈｅｎ， ｔｈｅ ｄｙｎａｍｉｃ ｒｅｓｐｏｎｓｅｓ ｏｆ ｔｈｅ ｐｏｗｅｒｈｏｕｓｅ ｓｔｒｕｃ -
ｔｕｒｅ ｕｎｄｅｒ ｔｈｅ ｄｙｎａｍｉｃ ｌｏａｄｓ ｏｆ ｔｈｅ ｕｎｉｔ ａｎｄ ｔｈｅ ｐｕｌｓａｔｉｎｇ ｐｒｅｓｓｕｒｅ ｌｏａｄ ｏｆ ｔｈｅ ｔｕｒｂｉｎｅ ｐａｓｓａｇｅｗａｙ ａｒｅ ｓｔｕｄｉｅｄ ｗｉｔｈ ｔｈｅ
ｈａｒｍｏｎｉｃ ｒｅｓｐｏｎｓｅ ａｎａｌｙｓｉｓ ｍｅｔｈｏｄ．Ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｖｉｂｒａｔｉｏｎ ｓｏｕｒｃｅｓ ａｒｅ ｏｆ ｉｎｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔ ｉｎｆｌｕｅｎｃｅｓ ｏｎ ｔｈｅ ｐｏｗ -
ｅｒｈｏｕｓｅ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ， ａｓ ｔｈｅ ｄｙｎａｍｉｃ ｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔ， ｓｐｅｅｄ ａｎｄ ａｃｃｅｌｅｒａｔｉｏｎ ａｒｅ ａｌｌ ｗｉｔｈｉｎ ｔｈｅ ａｌｌｏｗａｂｌｅ ｒａｎｇｅｓ ．Ｔｈｅ ｄｅｓｉｇｎ
ｏｆ ｔｈｅ ｕｎｄｅｒｇｒｏｕｎｄ ｐｏｗｅｒｈｏｕｓｅ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｉｓ ｒｅａｓｏｎａｂｌｅ ． Key words： ｕｎｄｅｒｇｒｏｕｎｄ ｐｏｗｅｒｈｏｕｓｅ； ｎａｔｕｒａｌ ｖｉｂｒａｔｉｏｎ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ； ｄｙｎａｍｉｃ ｒｅｓｐｏｎｓｅ； Ｌｉｙａｎｇ Ｐｕｍｐｅｄ Ｓｔｏｒａｇｅ
Ｐｏｗｅｒ Ｓｔａｔｉｏｎ
溧陽抽水蓄能電站位于江蘇省溧陽市境內(nèi)。工程
為一等大（１）型工程。電站樞紐建筑物主要由上水
庫、輸水系統(tǒng)、發(fā)電廠房及下水庫等４ 部分組成。地下
廠房內(nèi)安裝６ 臺單機容量為２５０ ＭＷ 的可逆式水泵水
輪機組，總裝機１ ５００ ＭＷ。機組額定轉(zhuǎn)速３００ ｒ／ｍｉｎ，
飛逸轉(zhuǎn)速４６０ ｒ／ｍｉｎ，水輪機工況額定水頭２５９ ｍ。
本文利用大型有限元計算程序ＡＮＳＹＳ，以中間標
準段機組為對象建立三維模型，沿廠房縱軸線方向總
長為２６．５ ｍ，沿廠房上下游方向?qū)挾葹椋玻常?ｍ，高度
２９．３５ ｍ。計算模型采用笛卡爾直角坐標系，其X 軸
為水平方向，沿廠房縱軸指向左端為正（面向下游），Y
軸為鉛垂方向，向上為正；Z 軸為水平方向，指向下游
為正。在計算范圍內(nèi)，對水輪機蝸殼、座環(huán)及外圍混凝
土均按實際尺寸進行模擬?；炷梁突鶐r網(wǎng)格見
圖１。
１ 地下廠房結(jié)構(gòu)自振特性與共振校核
1．1 計算方案
為了研究圍巖各方向約束與強弱對廠房結(jié)構(gòu)自振
１３ 萬方數(shù)據(jù)
水電與新能源２０１８ 年第７ 期
圖1 混凝土和基巖網(wǎng)格
特性的影響，共進行７ 種邊界條件的比較分析，詳見
表１。
表1 計算方案
計算方案
圍巖單位彈性抗力系數(shù)
／（ＭＰａ· ｃｍ－１ ）
上下游墻
邊界條件
方案一自由邊界
方案二 １２．５ 法向彈簧
方案三 １２．５ 水平兩向彈簧
方案四 １２．５ 三向彈簧
方案五 １２．５ 三向剛性約束
方案六 ２５ 水平兩向彈簧
方案七 ４０ 水平兩向彈簧
1．2 地下廠房結(jié)構(gòu)自振特性
各方案廠房結(jié)構(gòu)前１０ 階自振頻率見表２，前１０
階模態(tài)不詳細列出。
由計算結(jié)果可以看出，增加法向彈性約束后，整體
水流向振動頻率明顯提高，法向彈性約束對縱軸線方
向振動頻率影響較小。當采用彈性約束時，廠房整體
結(jié)構(gòu)前１０ 階自振頻率范圍基本一致，彈性約束方向的
增加除了影響廠房結(jié)構(gòu)前幾階的整體振動模態(tài)和頻率
外，并不能顯著提高廠房局部結(jié)構(gòu)（如樓板、風罩、機
墩等）的自振頻率。當采用三向剛性約束時，各階自
振頻率相對彈性約束均有明顯提高，廠房整體振動模
態(tài)消失。當圍巖單位彈性抗力系數(shù)由１２．５ ＭＰａ／ｃｍ
增大至２５ ＭＰａ／ｃｍ 時，廠房結(jié)構(gòu)前兩階自振頻率明顯
增大，主要原因在于方案三前兩階模態(tài)為廠房整體振
表2 廠房整體結(jié)構(gòu)自振特性分析Ｈｚ
階
次
自振頻率
方案一方案二方案三方案四方案五方案六方案七
１ ９．９２ １１．０９ １６．９７ １７．７０ ２３．９４ １９．７９ ２２．１２ ２ １１．６０ １７．０１ １７．１６ １８．１０ ３０．１６ ２０．６４ ２４．０７ ３ １５．００ １８．７１ ２２．６８ ２３．１７ ３２．４７ ２２．８８ ２４．４４ ４ ２２．５６ ２２．４８ ２５．２０ ２５．５８ ３３．５２ ２５．８３ ２６．６８ ５ ２４．２９ ２５．３４ ２５．７４ ２８．２２ ３４．３３ ２７．７２ ２８．６９ ６ ２５．１３ ２６．６５ ２７．３５ ２８．７７ ３６．４１ ２８．７１ ２９．５０ ７ ２６．４４ ２７．３５ ２８．１１ ２８．８６ ３８．００ ２９．９８ ３０．５８ ８ ２６．９９ ２８．４８ ２８．７１ ２９．７９ ３９．３２ ３０．１６ ３１．４７ ９ ２８．７８ ２９．５２ ２９．７７ ３０．７９ ４３．８１ ３１．１９ ３２．８８ １０ ２９．６８ ３０．０５ ３０．７８ ３２．９１ ４４．５５ ３２．４１ ３４．８６ 動，圍巖彈性抗力系數(shù)的提高直接限制了廠房整體振
動的強度，同時也說明圍巖彈性抗力系數(shù)對后續(xù)廠房
局部結(jié)構(gòu)的自振頻率影響不大。當圍巖單位彈性抗力
系數(shù)進一步增大至４０ ＭＰａ／ｃｍ 時，廠房整體振動第１、
２ 階模態(tài)消失，第１ 階模態(tài)即為發(fā)電機層樓板和母線
層樓板右側(cè)豎向振動，后續(xù)８ 階局部結(jié)構(gòu)自振頻率與
方案三相比較最大增幅為７．５７％。
1．3 強迫振動振源與激振頻率
水電站地下廠房內(nèi)部引起結(jié)構(gòu)振動的原因復(fù)雜，
其機理至今尚未完全清楚，引起機組振動的原因主要
有機械、電磁和水力三個方面。根據(jù)溧陽抽水蓄能電
站實際情況，列出了１５ 種振源及頻率，見表３。
1．4 廠房整體結(jié)構(gòu)共振校核
根據(jù)引起廠房結(jié)構(gòu)振動的各種干擾力激振頻率及
廠房結(jié)構(gòu)自振頻率，按照ＳＬ２６６ －２００１《水電站廠房設(shè)
計規(guī)范》中有關(guān)結(jié)構(gòu)共振校核的規(guī)定，對廠房結(jié)構(gòu)是
否發(fā)生共振進行校核。校核標準為：結(jié)構(gòu)自振頻率與
強迫振動頻率之差與自振頻率之比值應(yīng)大于
２０％ ～３０％。共振校核時廠房整體自振特性選用１．２
節(jié)中方案三的計算結(jié)果。共振校核結(jié)果見表４。
由計算結(jié)果可以看出，尾水管內(nèi)渦帶、機組額定轉(zhuǎn)
頻以及飛逸轉(zhuǎn)頻與廠房整體結(jié)構(gòu)和局部結(jié)構(gòu)前２０ 階
自振頻率具有足夠的錯開度，這對溧陽地下廠房結(jié)構(gòu)
抗振非常有利。
１４ 萬方數(shù)據(jù)
郭冬云，等：溧陽抽水蓄能電站地下廠房結(jié)構(gòu)動力響應(yīng)分析２０１８ 年７ 月
表3 廠房結(jié)構(gòu)振源和頻率預(yù)測
序號振動原因振動頻率／Ｈｚ
機械原因
１ 主軸偏心 ５，７．６７ ２ 轉(zhuǎn)動和固定部位碰撞 ５，７．６７ ３ 軸承間隙過大，主軸過細 ５，７．６７ ４ 主軸法蘭推力軸承安裝不良、軸曲 ５，７．６７ 電磁原因
５ 定子極頻振動 ５０，１００ ６ 推力軸承制造不良 ６０ ７ 發(fā)電機定子與轉(zhuǎn)子氣隙不對稱 ５，７．６７ ８ 不均勻磁拉力 ５、１０、１５、２０ ９ 發(fā)電機線圈短路 ５ １０ 發(fā)電機定子鐵芯機座合縫不嚴 ５０，７５，１００ 水力原因
１１ 尾水管內(nèi)的渦帶擺動引起的振動 １．２５ １２ 蝸殼中水流不均勻引起的振動 ３５ １３ 卡門渦引起的振動 ８０，１１５，１５０ １４ 水輪機轉(zhuǎn)輪葉片汽蝕引起的振動 １００，２００，３００ １５ 轉(zhuǎn)輪葉片－導(dǎo)葉水力沖擊引起的振動 ７００ 廠房整體結(jié)構(gòu)第１ ～７ 階自振頻率與機組額定轉(zhuǎn)
頻的３ 倍及４ 倍頻率沒有足夠錯開度，但激振頻率的
倍頻引起結(jié)構(gòu)共振的概率較小，危險性一般較低；此外
轉(zhuǎn)輪葉片數(shù)頻率（３５ Ｈｚ）與廠房整體結(jié)構(gòu)第６ ～１０ 階
自振頻率無足夠錯開度，６ ～１０ 階主要為廠房右側(cè)樓
板的振動，應(yīng)該重點關(guān)注轉(zhuǎn)輪葉片數(shù)頻率對該區(qū)域樓
板振動的影響。
表4 廠房整體結(jié)構(gòu)共振校核表
階次
自振頻率
fz ／Ｈｚ
不同激振頻率fj／Ｈｚ 時的共振校核值
１５ ２０ ３５ １ １６．９７ １２％ １８％ ２ １７．１６ １３％ １７％ ３ ２２．６８ １２％ ４ ２５．２０ ２１％ ５ ２５．７４ ２２％ ６ ２７．３５ ２７％ ２８％ ７ ２８．１１ ２９％ ２４％ ８ ２８．７１ ２２％ ９ ２９．７７ １８％ １０ ３０．７８ １４％ ２ 機組振動荷載作用下廠房結(jié)構(gòu)動力
響應(yīng)分析
2．1 計算工況
本節(jié)研究重點是機墩、風罩及樓板等結(jié)構(gòu)在機組
振動荷載作用下的動力響應(yīng)。機組振動荷載是通過定
子基礎(chǔ)、下機架基礎(chǔ)和上機架傳遞的軸向力、徑向力和
切向力。假定各振動荷載均是簡諧荷載，荷載頻率取
機組額定轉(zhuǎn)速時的頻率５ Ｈｚ，各振動荷載相位相同，
即各振動荷載同時達到幅值，這也是最不利的荷載組
合。各工況下荷載幅值見表５。
表5 機組設(shè)備荷載標準值ｋＮ
計算工況
定子基礎(chǔ)
軸向徑向切向
下機架基礎(chǔ)
軸向徑向切向
上機架基礎(chǔ)
徑向切向
額定運行 ３８０ １５０ ２１３ １ ０７９ １１３ ５６ １４ ２ 滿載短路 ３８０ ４４７ ５２９ １ ０７９ １１３ ５６ １４ ２ 半數(shù)磁極短路 ３８０ ８８１ ８０９ １ ０７９ ６２４ ３１２ ２８４ ４７ 誤同期 ３８０ １ ４６３ １ ５６０ １ ０７９ １１３ ５６ １４ ２ 2．2 振動控制標準
除相關(guān)規(guī)范對機墩強迫振動的振幅有所規(guī)定外，
大連理工大學(xué)馬震岳教授等對國內(nèi)外相關(guān)的建筑物、
機械設(shè)備、儀器儀表和人體保健等方面的振動控制標
準進行了詳細論證，并提出了廠房振動控制標準建議
值，見表６。
2．3 結(jié)果分析
根據(jù)計算結(jié)果，整理了各工況下機架基礎(chǔ)截面、定
子基礎(chǔ)截面、風罩、發(fā)電機層樓板及母線層樓板等部位
各方向最大位移、速度及加速度分別見表７、表８ 和
１５ 萬方數(shù)據(jù)
水電與新能源２０１８ 年第７ 期
表９。
表6 水電站主廠房振動控制標準建議值
結(jié)構(gòu)構(gòu)件
振動位移
／ｍｍ
振動速度／（ｍｍ· ｓ－１ ）
豎向水平
加速度／（ｍ· ｓ－２ ）
豎向水平
樓板
作為建筑結(jié)構(gòu) ０．２ ５ ～１０ １ ～１０ 人體健康評價 ０．２ ３．２ ６．４ ０．２５（１．００） ０．７１（２．８６） ０．４２（１．６８） １．１３（４．４４） 實體墻、風罩 ０．２ １０ １ ～１０ 機墩、蝸殼混凝土 ０．２ ５ ～１０ １ ～１０ 注：表中人體健康評價加速度標準中，上面的數(shù)字表示連續(xù)工作且持續(xù)受振８ ｈ，下面的數(shù)字表示連續(xù)工作且持續(xù)受振４ ｈ，括號外
為頻率２０ Ｈｚ 對應(yīng)標準，括號內(nèi)為８０ Ｈｚ 對應(yīng)標準。
表7 典型部位動位移ｍｍ
結(jié)構(gòu)位置方向
工況
額定工況滿載短路半數(shù)磁極短路誤同期
下機架基礎(chǔ)
水平向 ０．０１０ ０．０１２ ０．０３２ ０．０２８ 豎向 ０．０７１ ０．０６７ ０．０５４ ０．０５３ 定子基礎(chǔ)
水平向 ０．０１４ ０．０２１ ０．０４３ ０．０７０ 豎向 ０．０５０ ０．０４６ ０．０４２ ０．０４２ 風罩
水平向 ０．００６ ０．０１１ ０．０４３ ０．０２４ 豎向 ０．０３４ ０．０３６ ０．０３６ ０．０４４ 發(fā)電機層樓板
水流向 ０．００７ ０．０１３ ０．０３４ ０．０３１ 縱軸向 ０．００６ ０．０１０ ０．０４１ ０．０２４ 豎向 ０．０３４ ０．０３６ ０．０５９ ０．０４２ 母線層樓板
水流向 ０．０１１ ０．０１７ ０．０２８ ０．０４０ 縱軸向 ０．０１０ ０．０１２ ０．０２５ ０．０３７ 豎向 ０．０３５ ０．０３７ ０．０４０ ０．０４３ 由計算結(jié)果可以看出，各工況下機墩結(jié)構(gòu)振幅均
能夠滿足規(guī)范要求，發(fā)電機層樓板和母線層樓板水平
振幅和豎向振幅也都能夠滿足表６ 的建議限值。機墩
風罩結(jié)構(gòu)最大振動速度和加速度均小于表６ 的建議限
制。從廠房振動強度的角度評價，溧陽地下廠房設(shè)計
上是合理的，能夠滿足抗振要求。
３ 脈動壓力作用下廠房結(jié)構(gòu)動力分析
3．1 計算工況
計算分三種工況進行：２２７ ｍ 水頭水輪機部分負
荷運行（出力２００ ＭＷ）；２５９ ｍ 水頭水輪機額定負荷
運行（出力２５０ ＭＷ）；２９０ ｍ 水頭水輪機額定負荷運
行（出力２５０ ＭＷ），詳見表１０。
3．2 計算結(jié)果分析
本節(jié)對廠房混凝土結(jié)構(gòu)的動位移（振幅）、速度、
加速度進行了整理。各典型部位的動位移、速度、加速
度列于表１１。
由計算結(jié)果可以看出，三個工況下結(jié)構(gòu)的豎向振
幅大于水平振幅。在低水頭部分負荷運行情況下，由
于水輪機流道內(nèi)水流脈動壓力相對較大，引起的廠房
結(jié)構(gòu)動位移、速度、加速度以及動應(yīng)力均相對較大。在
２２７ ｍ 水頭部分負荷運行工況下樓板振幅相對較大，
但仍遠小于控制標準０．２ ｍｍ。２２７ ｍ 水頭工況下樓
板豎向振動加速度超過了人體健康控制標準，需要引
起重視，其余兩個工況能夠滿足要求。脈動壓力作用
下廠房整體動應(yīng)力水平低，對混凝土強度未構(gòu)成影響。
１６ 萬方數(shù)據(jù)
郭冬云，等：溧陽抽水蓄能電站地下廠房結(jié)構(gòu)動力響應(yīng)分析２０１８ 年７ 月
表8 典型部位均方根速度ｍｍ／ｓ
結(jié)構(gòu)位置方向
工況
額定工況滿載短路半數(shù)磁極短路誤同期
下機架基礎(chǔ)
水平向 ０．２２２ ０．２６６ ０．７１０ ０．６２２ 豎向 １．５７６ １．４８７ １．１９９ １．１７７ 定子基礎(chǔ)
水平向 ０．３１１ ０．４６６ ０．９５５ １．５５４ 豎向 １．１１０ １．０２１ ０．９３２ ０．９３２ 風罩
水平向 ０．１３３ ０．２４４ ０．９５５ ０．５３３ 豎向 ０．７５５ ０．７９９ ０．７９９ ０．９７７ 發(fā)電機層樓板
水流向 ０．１５５ ０．２８９ ０．７５５ ０．６８８ 縱軸向 ０．１３３ ０．２２２ ０．９１０ ０．５３３ 豎向 ０．７５５ ０．７９９ １．３１０ ０．９３２ 母線層樓板
水流向 ０．２４４ ０．３７７ ０．６２２ ０．８８８ 縱軸向 ０．２２２ ０．２６６ ０．５５５ ０．８２１ 豎向 ０．７７７ ０．８２１ ０．８８８ ０．９５５ 表9 典型部位均方根加速度ｍｍ／ｓ２
結(jié)構(gòu)位置方向
工況
額定工況滿載短路半數(shù)磁極短路誤同期
下機架基礎(chǔ)
水平向 ６．９７１ ８．３６５ ２２．３０６ １９．５１８ 豎向 ４９．４９２ ４６．７０４ ３７．６４２ ３６．９４５ 定子基礎(chǔ)
水平向 ９．７５９ １４．６３９ ２９．９７４ ４８．７９５ 豎向 ３４．８５４ ３２．０６５ ２９．２７７ ２９．２７７ 風罩
水平向 ４．１８２ ７．６６８ ２９．９７４ １６．７３０ 豎向 ２３．７０１ ２５．０９５ ２５．０９５ ３０．６７１ 發(fā)電機層樓板
水流向 ４．８８０ ９．０６２ ２３．７０１ ２１．６０９ 縱軸向 ４．１８２ ６．９７１ ２８．５８０ １６．７３０ 豎向 ２３．７０１ ２５．０９５ ４１．１２７ ２９．２７７ 母線層樓板
水流向 ７．６６８ １１．８５０ １９．５１８ ２７．８８３ 縱軸向 ６．９７１ ８．３６５ １７．４２７ ２５．７９２ 豎向 ２４．３９８ ２５．７９２ ２７．８８３ ２９．９７４ 表10 各計算工況下荷載頻率及幅值表
工況水頭蝸殼
轉(zhuǎn)輪導(dǎo)葉
之間＋Ｙ
轉(zhuǎn)輪導(dǎo)葉
之間－Ｙ
０．４Ｄ２ 錐 管上游
０．４Ｄ２ 錐
管下游
１．０Ｄ２ 錐 管上游
１．０Ｄ２ 錐 管下游
肘管
外側(cè)
肘管
內(nèi)側(cè)
工況一２２７ ｍ 頻率／Ｈｚ １０５ ７０ ７０ ３５ ３５ ３５ ３５ ３５ ３５ 幅值／％ ４ １２ ４．５ ４ ２ ３ ５ ５ ２ 工況二２５９ ｍ 頻率／Ｈｚ ３５ ３５ ３５ ３５ ３５ ３５ ３５ ３５ ３５ 幅值／％ １．５ ２．２ ２．２ １ １ １ １ １ １ 工況三２９０ ｍ 頻率／Ｈｚ １０５ ３５ ３５ ３５ ３５ ３５ ３５ ３５ ３５ 幅值／％ １ ４．５ ４．５ １ １ １ １ １ １ １７ 萬方數(shù)據(jù)
水電與新能源２０１８ 年第７ 期
表11 廠房結(jié)構(gòu)各部位最大響應(yīng)
位置方向
工況一
位移
／ｍｍ
加速度
／（ｍｍ· ｓ－２ ）
應(yīng)力
／ＭＰａ
工況二
位移
／ｍｍ
加速度
／（ｍｍ· ｓ－２ ）
應(yīng)力
／ＭＰａ
工況三
位移
／ｍｍ
加速度
／（ｍｍ· ｓ－２ ）
應(yīng)力
／ＭＰａ
發(fā)電機
層樓板
水流向 ０．００９ ６ ２．７３２ ０．０８２ ０．００３ ４ １．１４８ ０．０３１ ０．００２ ８ ０．８７７ ０．０２６ 縱軸向 ０．０１２ ７ ２．１００ ０．１０２ ０．００３ ５ ０．８１３ ０．０３１ ０．００３ ２ ０．６４１ ０．０２６ 豎向 ０．０１９ ４ ４．２４３ ０．１０３ ０．００５ ３ １．７５６ ０．０４１ ０．００４ ７ １．３８２ ０．０３３ 母線層
樓板
水流向 ０．００５ ８ １．７５０ ０．０９４ ０．００２ ０ ０．７３０ ０．０４０ ０．００１ ７ ０．５５４ ０．０３０ 縱軸向 ０．００８ ２ ３．２０４ ０．０９４ ０．００３ ２ １．３４６ ０．０３８ ０．００２ ６ １．０３０ ０．０３０ 豎向 ０．０１４ １ ４．８５４ ０．１１２ ０．００５ １ ２．０６９ ０．０３８ ０．００３ ９ １．５３３ ０．０３１ 機墩
水平向 ０．００４ ５ １．２９０ ０．０４２ ０．００１ ５ ０．５３５ ０．０１８ ０．００１ ３ ０．４０８ ０．０１４ 豎向 ０．００４ ７ １．４８９ ０．０５６ ０．００１ ６ ０．６０５ ０．０２０ ０．００１ ３ ０．４７２ ０．０１６ 風罩
水平向 ０．００９ ８ １．５３５ ０．０７３ ０．００２ ６ ０．５７８ ０．０２０ ０．００２ ４ ０．４６２ ０．０２０ 豎向 ０．０１３ ７ ３．９６９ ０．１４０ ０．００４ ５ １．６１９ ０．０５５ ０．００３ ７ １．２４６ ０．０４３ ４ 結(jié) 語
溧陽地下廠房上下游墻邊界條件采用彈性約束是
合適的，且有必要考慮水平切向彈性約束對廠房結(jié)構(gòu)
模態(tài)的影響。尾水管內(nèi)渦帶、機組額定轉(zhuǎn)頻以及飛逸
轉(zhuǎn)頻與溧陽地下廠房整體結(jié)構(gòu)和局部結(jié)構(gòu)前２０ 階自
振頻率具有足夠的錯開度，這對溧陽地下廠房結(jié)構(gòu)抗
振是非常有利的。額定運行工況、滿載短路工況、半數(shù)
磁極短路工況及誤同期工況下，機墩結(jié)構(gòu)振幅均能夠
滿足規(guī)范規(guī)定，各工況下廠房結(jié)構(gòu)各典型部位振幅、速
度、加速度均能滿足長期或短期組合控制標準。半數(shù)
磁極短路和誤同期工況機墩第一主應(yīng)力較大，可能會
使機墩結(jié)構(gòu)出現(xiàn)局部損傷，因此應(yīng)該盡量避免機組進
入事故工況。從廠房振動強度的角度評價，溧陽地下
廠房設(shè)計上較合理。在２２７ ｍ 水頭部分出力、２５９ ｍ
水頭以及２９０ ｍ 水頭額定出力三個工況下，振動強度
能夠滿足建筑結(jié)構(gòu)控制標準，僅２２７ ｍ 水頭工況樓板
豎向振動速度和加速度超過了人體健康控制標準。相
比較而言，在低水頭部分負荷運行情況下，廠房結(jié)構(gòu)動
位移、速度、加速度以及動應(yīng)力均相對較大，而在高水
頭額定負荷運行情況下，廠房結(jié)構(gòu)動位移、速度、加速
度以及動應(yīng)力均相對較小，對廠房結(jié)構(gòu)抗振更為有利。
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