水电站圆筒式机墩垂直振幅复核计算分析

罗乾坤 邓瞻

【摘 要】机墩是立式水轮发电机的重要支承结构，根据规范要求，大型水电站机墩均需进行垂直振幅的复核验算，本文以西南某大型水电站为例，对其圆筒式机墩结构采用规范推荐的方法进行垂直振幅的复核计算，计算结果表明在正常运行工况下，机墩竖向动荷载的频率分别按转频和水力冲击频率计算时，机墩的垂直振幅分别为0.117mm和0.001mm，均未超过0.15mm，满足规范要求。

【关键词】机墩；垂直振幅；正常运行；转频；水力冲击频率

0 前言

机墩是立式水轮发电机的支承结构，其底部固结在水轮机层大体积混凝土或蜗壳层顶板上，上部与风罩或发电机层楼板连接。上部荷载通过机墩传到基础上 。机墩受到各种静荷载和动荷载的作用，振动问题较为突出，剧烈和异常的振动直接威胁到水电站厂房的安全，《水电站厂房设计规范》（NB 35011-2016）对圆筒式机墩强迫振动的最大振幅做了如下规定：竖向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。

本文以某大型水电站为例，采用规范推荐的结构力学方法对其圆筒式机墩的垂直振幅进行复核计算。

1 、基本假定

（1）将机墩圆筒本身的重量，用一个作用于筒顶的集中质量（相当质量，机墩混凝土的全部质量的0.35倍）来代替，使在此集中质量作用下的单自由度体系的振动频率与原来多自由度体系的最小频率接近。其中第一（最小）频率是实际工程中需要的频率；

（2）机墩的振动作为单自由度体系振动计算，在计算动力系数和自振频率中，假定无阻尼作用；

（3）机墩的振动为在弹性范围内的微幅振动，力与变位之间服从胡克定律；

（4）结构振动时的弹性曲线与在静质量荷载作用下的弹性曲线形式相似，从而可用“动静法”进行动力计算。

3、结论

选取了对应蜗壳进口断面作为典型断面对机墩的垂直振幅时进行复核。计算结果表明：在正常运行工况下，机墩竖向动荷载的频率分别按转频和水力冲击频率计算时，机墩的垂直振幅均未超过0.15mm，满足规范规定的控制标准。

参考文献：

[1]羅宏图，孙艳玲，曲红. 关于水电站机墩结构静力计算[J]. 黑龙江水利科技，2003，3（13）：6-8.

[2]陈 鹏，伍鹤皋，袁文娜. 地下厂房机墩振幅计算的数值模型取值范围[J]. 水利水电科技进展，2014，34（4）：16-19.

[3]国家能源局. 水电站厂房设计规范（NB/T 35011-2016）[S]. 北京： 中国电力出版社， 2017.

作者简介：罗乾坤（1984-），男，湖北十堰人，硕士，工程师，主要水电站厂房设计工作