Evaluation of the vibration state and determination of the stress-strain state of the trash-rack structure of the hydroelectric power plants

Abstract

изыскательский и научно-исследовательский институт "Гидропроект" им. С.Я. Жука» -«Научно-исследовательский институт энергетических сооружений» (Филиал АО «Институт Гидропроект» -«НИИЭС»); г. Москва, Россия; 2 Национальный исследовательский Московский государственный строительный университет (НИУ МГСУ); г. Москва, Россия АННОТАЦИЯ Введение. Представлен подход по выявлению причины повреждения отдельных ключевых элементов металлоконструкций сороудерживающей решетки (СУР) гидроэлектростанции при техногенных динамических воздействиях. Выполнены прочностные и гидравлические расчеты, а также модальный анализ конструкции. Определен подход и проведены инструментальные измерения фактических динамических характеристик СУР при различных напорах. Материалы и методы. Для выполнения замеров динамических техногенных воздействий разработана методика, состоящая из двух блоков. Первый блок -инструментальное и визуальное обследование для определения соответствия конструкций проектным решениям, а также выявления характерных дефектов СУР. Измерение собственных частот колебаний и виброускорений конструкций при различных напорах выполнялось при помощи пьезоэлектрических вибропреобразователей АР90, измерение виброускорений -сейсмоприемниками А16 и приемной станцией MIC-200. Второй блок -математическое моделирование. Проводилось уточнение гидравлического режима, напряженно-деформированного состояния и определялись частоты и формы собственных колебаний конструкции. Расчетные исследования осуществлены в универсальном промышленном программном комплексе ANSYS Mechanical и ANSYS CFX. Результаты. Обследование выявило наличие систематически возникающих трещин в несущем каркасе, несоответствие положения раскосов проекту. Уточнены гидродинамические нагрузки, определен диаметр и частота образования вихрей. При расчетах напряжения в металлических раскосах не превосходят нормативных величин для используемой стали. Выполненное прямое измерение вибрации элементов конструкции продемонстрировало, что наиболее опасный частотный диапазон -это 40,30-41,75 Гц. Выводы. Установлено, что основной причиной повреждения конструкции СУР является смещение вынужденных частот и формы собственных колебаний в зону работы гидроагрегатов, что и приводило к концентрации напряжений на концах раскосов в зоне примыкания к фасонкам. Стыковка раскосов к фасонке имела недостаточную длину, что приводило к передаче напряжений на край фасонки, и, как следствие, к концентрации напряжений и образованию трещин по направлению главных напряжений в узле.