張河灣抽水蓄能電站主廠房樓梯振動(dòng)過(guò)大分析及處理

趙 鈺，馬保東，易長(zhǎng)春，付國(guó)麗，高艷娜

（河北張河灣蓄能發(fā)電有限責(zé)任公司，河北 石家莊 050300）

0 引言

張河灣抽水蓄能電站位于河北省石家莊市井陘縣測(cè)魚(yú)鎮(zhèn)附近的甘陶河干流上，距井陘縣城公路里程45 km，距石家莊市公路里程77 km。該電站總裝機(jī)容量為1 000 MW，安裝4臺(tái)單機(jī)容量250 MW的單級(jí)混流可逆式水泵水輪機(jī)組。電站樞紐主要由上水庫(kù)、水道系統(tǒng)、地下廠房系統(tǒng)和地面出線場(chǎng)、下水庫(kù)攔河壩及攔排沙工程等組成。電站建成后接入冀南電網(wǎng)，在系統(tǒng)中承擔(dān)調(diào)峰、填谷、調(diào)頻、調(diào)相及事故備用任務(wù)。

張河灣抽水蓄能電站機(jī)組投入運(yùn)行以來(lái)，廠房樓板結(jié)構(gòu)一直存在強(qiáng)烈的振動(dòng)和噪聲。

本文針對(duì)張河灣電站現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況進(jìn)行分析，望對(duì)其他抽蓄電站能有一定的參考意義。

1 原因分析

經(jīng)專(zhuān)家現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查認(rèn)為：張河灣抽水蓄能電站廠房振動(dòng)、噪聲強(qiáng)烈程度比較高，對(duì)設(shè)備和結(jié)構(gòu)安全存在很大的隱患。

2012年張河灣公司組織武漢大學(xué)和河海大學(xué)相關(guān)專(zhuān)家進(jìn)行了關(guān)于廠房結(jié)構(gòu)振動(dòng)分析的研究，研究結(jié)果表明目前廠房強(qiáng)烈振動(dòng)的振源是來(lái)自于蝸殼內(nèi)頻率為100 Hz的脈動(dòng)水壓力，脈動(dòng)水壓力一部分通過(guò)蝸殼直接向廠房傳遞；一部分通過(guò)水輪機(jī)主軸、頂蓋向上傳遞給推力軸承機(jī)架，再傳遞給機(jī)墩風(fēng)罩及廠房結(jié)構(gòu)。經(jīng)水科院在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行的測(cè)試可知，主機(jī)間樓梯共振劇烈，部分部位振級(jí)超出標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的建筑物振動(dòng)安全限值，其中振動(dòng)最厲害的母線層至水輪機(jī)層樓梯中間平臺(tái)處振動(dòng)強(qiáng)度已遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了GB 50706-2011《水利水電工程勞動(dòng)安全與工業(yè)衛(wèi)生設(shè)計(jì)規(guī)范》和GBZ 1-2002《工業(yè)企業(yè)設(shè)計(jì)衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》規(guī)定的衛(wèi)生限值。為保證此樓梯穩(wěn)定和通行安全，需對(duì)其進(jìn)行加固處理。

2 處理過(guò)程

2.1 加固工程施工方案

2.1.1 工藝流程

鋼材復(fù)驗(yàn)→鋼材矯正→放樣號(hào)料→切割下料→組裝成型→部件焊接→變形矯正→劃線鉆孔→噴砂除銹油漆→結(jié)構(gòu)驗(yàn)收→提議安裝→澆筑混凝土

2.1.2 鋼板實(shí)施方案

樓梯兩側(cè)各層樓板之間，上游側(cè)增設(shè)混凝土立柱，外包10 mm厚鋼板，斷面外輪廓尺寸400 mm×400 mm；上游側(cè)立柱間樓梯平臺(tái)板下設(shè)斷面外輪廓尺寸300 mm×300 mm鋼托梁，立柱外包鋼板與鋼托梁焊接，形成一個(gè)整體；立柱底部與樓板平臺(tái)相接處為鋼板，設(shè)加勁板，并采用φ28化學(xué)錨栓連接。下游側(cè)將原有300 mm×300 mm鋼筋混凝土柱加大斷面至400 mm×400 mm，其形式同上游側(cè)；加大后的立柱與樓板梁相接處，與上游側(cè)立柱類(lèi)似做法，同樣采用φ28化學(xué)錨栓連接。所有鋼板均須進(jìn)行除銹處理，涂防銹底漆2遍，中間涂防火涂料（保證耐火極限≥1.0 h），表層涂防銹面漆1遍。

圖1 鋼板焊接安裝成型

圖2 鋼板柱刷防銹漆完成

圖3 鋼板柱刷白漆完成

2.2 混凝土澆筑相關(guān)要求

（1）混凝土泵、料斗、串筒、振動(dòng)器等機(jī)具設(shè)備按需要準(zhǔn)備，并考慮發(fā)生故障修理時(shí)備用混凝土機(jī)具。所用的機(jī)具均應(yīng)在澆筑前進(jìn)行檢查和試運(yùn)轉(zhuǎn)，同時(shí)配有專(zhuān)職技工，隨時(shí)檢修。澆筑前，必須查實(shí)混凝土所需要的設(shè)備及材料數(shù)量，每一個(gè)分區(qū)一次澆筑完，以免停工待料。

（2）保證水電及原材料的供應(yīng)

本工程采用自拌混凝土，因現(xiàn)在氣溫很低，在混凝土拌置過(guò)程中添加防凍劑，在混凝土澆筑期間，要事先作好準(zhǔn)備，保證水、電、照明不中斷。為了防備臨時(shí)停水、停電等，事先應(yīng)在澆筑地點(diǎn)貯備一定數(shù)量的原材料、備用發(fā)電機(jī)組和拌合搗固用的工具，以防出現(xiàn)意外的施工停歇縫。

（3）掌握天氣季節(jié)變化情況

加強(qiáng)氣象預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)的聯(lián)系工作，在混凝土施工階段應(yīng)掌握天氣變化情況，以保證混凝土連續(xù)澆筑的順利進(jìn)行，確?；炷临|(zhì)量。

（4）檢查模板、支架、鋼筋和預(yù)埋件

1）模板的標(biāo)高、位置與構(gòu)件的截面尺寸是否與設(shè)計(jì)符合，構(gòu)件的預(yù)留拱度是否正確。

2）所安裝的支架是否穩(wěn)定，支柱的支撐和模板的固定是否可靠。

3）模板的接縫是否緊密。

4）鋼筋與預(yù)埋件的規(guī)程、數(shù)量、安裝位置及構(gòu)件接點(diǎn)連接焊縫是否與設(shè)計(jì)符合。

5）在澆筑混凝土前，模板內(nèi)的垃圾、木片、刨花、鋸屑、泥土和鋼筋上的油污，鱗落的鐵皮等雜物，應(yīng)清除干凈。

（5）木模板應(yīng)澆水加以濕潤(rùn)，但不允許留有積水，濕潤(rùn)后，木模板中尚未脹密的縫隙應(yīng)用嵌縫紙嵌塞，以防漏漿。

3 處理效果

通過(guò)對(duì)主廠房中間樓梯主體結(jié)構(gòu)進(jìn)行加固，在機(jī)組運(yùn)行過(guò)程中，樓梯本體振動(dòng)明顯減小，樓梯處噪音也有明顯改善。具體對(duì)比數(shù)據(jù)見(jiàn)表1、表2。

表1 樓梯加固之前振動(dòng)、噪音數(shù)據(jù)

表2 樓梯加固之后振動(dòng)、噪音數(shù)據(jù)

4 減振降噪措施

（1）在設(shè)備更換以前，協(xié)調(diào)電網(wǎng)調(diào)度，優(yōu)化機(jī)組運(yùn)行出力。

為了改善廠房?jī)?nèi)的噪音和振動(dòng)環(huán)境，張河灣公司與電網(wǎng)調(diào)度積極溝通，通過(guò)科學(xué)安排機(jī)組開(kāi)機(jī)方式，優(yōu)化機(jī)組出力運(yùn)行的方法，避開(kāi)相鄰機(jī)組同時(shí)滿(mǎn)負(fù)荷發(fā)電運(yùn)行，盡量不安排機(jī)組在250 MW高噪音、強(qiáng)振動(dòng)的工況下運(yùn)行。通過(guò)生產(chǎn)人員對(duì)近期的噪音振動(dòng)數(shù)據(jù)對(duì)比，發(fā)現(xiàn)機(jī)組保持200 MW出力，能夠有效降低廠房各部噪音和振動(dòng)環(huán)境，從而減輕惡劣環(huán)境對(duì)人身和設(shè)備的危害，有效提高了設(shè)備運(yùn)行穩(wěn)定性。

（2）結(jié)合機(jī)組檢修，更換轉(zhuǎn)輪。

張河灣公司通過(guò)試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析，初步判定為轉(zhuǎn)輪設(shè)計(jì)存在缺陷。近年來(lái)，張河灣公司部分機(jī)組更換轉(zhuǎn)輪后，主廠房振動(dòng)噪聲明顯減小。

5 結(jié)語(yǔ)

水電工程地下廠房的建設(shè)應(yīng)充分考慮設(shè)備運(yùn)行對(duì)生產(chǎn)環(huán)境的影響。廠房振動(dòng)會(huì)對(duì)廠房水工結(jié)構(gòu)造成影響，也會(huì)對(duì)各種機(jī)械、電氣設(shè)備帶來(lái)影響。由于振動(dòng)影響產(chǎn)生的噪音對(duì)人身的健康危害很大，地下廠房?jī)?nèi)的噪音往往難以散播出去，會(huì)在洞室內(nèi)反射。故應(yīng)盡量使用振動(dòng)及噪音低的設(shè)備，同時(shí)還應(yīng)采用有效的隔振、隔音措施。同時(shí)，地下廠房建設(shè)時(shí)，應(yīng)積極尋求并落實(shí)合理的減振降噪措施，在設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)行和管理等方面，探索更為科學(xué)和有效的減振降噪方法。