傅 丹,胡 蕾,伍鶴皋

(1.長江勘測規(guī)劃設(shè)計研究有限責(zé)任公司,湖北武漢430010；2.長江科學(xué)院,湖北武漢430010；3.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)

考慮人體受振因素的水電站廠房振動分析及評價

傅 丹1,胡 蕾2,伍鶴皋3

(1.長江勘測規(guī)劃設(shè)計研究有限責(zé)任公司,湖北武漢430010；2.長江科學(xué)院,湖北武漢430010；3.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)

為明確人體受振評價的基本原則和應(yīng)用方法,結(jié)合兩個版本的人體暴露于全身振動的國際標(biāo)準(zhǔn),闡述了建立主廠房人體受振評價標(biāo)準(zhǔn)的三個關(guān)鍵因素：控制目標(biāo)、評價方法和具體標(biāo)準(zhǔn),其中振動控制目標(biāo)定為舒適層次還是健康層次為構(gòu)建主廠房人體受振評價標(biāo)準(zhǔn)的根本。在此基礎(chǔ)上,結(jié)合洪屏水電站執(zhí)行脈動壓力激振下的時程分析,評價樓板結(jié)構(gòu)振動下人體的受振情況。結(jié)果表明：發(fā)電機(jī)層樓板的振動主要由轉(zhuǎn)輪葉片數(shù)頻率及其倍頻的脈動壓力成分引起,振動評價時必須考慮頻率成分對人體的影響。頻率計權(quán)均方根加速度作為基本評價指標(biāo)相對頻譜方法具有更好的實用性和普適性。無論振動控制目標(biāo)選為舒適層次還是健康層次,該電站樓板的振動都能夠滿足國際標(biāo)準(zhǔn)的要求。

主廠房；振動；人體受振因素；脈動壓力；有限單元法；洪屏水電站

水電站主廠房作為將水能轉(zhuǎn)化為電能的場所,其結(jié)構(gòu)將不可避免的存在振動現(xiàn)象。在電站投產(chǎn)之前,設(shè)計方、機(jī)組廠家和科研單位都非常重視投產(chǎn)之后廠房的振動能否滿足要求。對于某些投產(chǎn)之后振動相對顯著的電站,采用現(xiàn)場測試明確廠房結(jié)構(gòu)的振動是否超限對于保證電站正常運行、解除工作人員心理負(fù)擔(dān)具有現(xiàn)實意義。文獻(xiàn)[1-5]采用數(shù)值方法分別對龍頭石、錦屏一級、三峽、糯扎渡、宜興水電站的主廠房結(jié)構(gòu)開展了振動預(yù)測和評價。由于SL266—2001《水電站廠房設(shè)計規(guī)范》僅給出了機(jī)墩結(jié)構(gòu)在機(jī)組動荷載作用下的振幅控制標(biāo)準(zhǔn),因此文獻(xiàn)[1-5]在振動評價時均補(bǔ)充了廠房各典型部位對應(yīng)的建議標(biāo)準(zhǔn),其中各層樓板結(jié)構(gòu)可從建筑結(jié)構(gòu)本身、儀器設(shè)備基礎(chǔ)以及人體健康3個方面進(jìn)行振動評價。

對比文獻(xiàn)[1-5]所列標(biāo)準(zhǔn)可以發(fā)現(xiàn),各文獻(xiàn)所提建筑結(jié)構(gòu)和儀器設(shè)備的振動標(biāo)準(zhǔn)基本一致,但人體健康的評價標(biāo)準(zhǔn)不完全一致,差異主要體現(xiàn)在加速度指標(biāo),例如豎向加速度標(biāo)準(zhǔn)可從0.25 m/s2增大至0.8 m/s2。文獻(xiàn)[4-5]在給出人體健康標(biāo)準(zhǔn)時說明了其對應(yīng)的振動頻率,不同頻率對應(yīng)的評價標(biāo)準(zhǔn)不同。文獻(xiàn)[5]還說明了給出的標(biāo)準(zhǔn)適用于連續(xù)工作8小時,其他文獻(xiàn)未進(jìn)行相關(guān)說明。實際上,各文獻(xiàn)所列標(biāo)準(zhǔn)的原始出處均為文獻(xiàn)[6],該文獻(xiàn)為最早發(fā)布的關(guān)于人體暴露于全身振動的國際標(biāo)準(zhǔn),該標(biāo)準(zhǔn)所給出的人體受振評價標(biāo)準(zhǔn)為振動頻率f和暴露時間T的函數(shù)。因此,文獻(xiàn)[1-5]所提出的評價標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)該滿足一定的函數(shù)關(guān)系,但分析發(fā)現(xiàn)文獻(xiàn)[1-5]所提標(biāo)準(zhǔn)與文獻(xiàn)[6]中的函數(shù)關(guān)系不完全匹配,這說明當(dāng)前在參考國際標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行人體健康評價時的原則并不統(tǒng)一,存在個體差異性。

在進(jìn)行水電站主廠房內(nèi)人體受振評價時,文獻(xiàn)[1-5]將所列標(biāo)準(zhǔn)均稱之為“人體健康”的評價標(biāo)準(zhǔn),即振動超過所提出的標(biāo)準(zhǔn)將給人體健康帶來風(fēng)險。實際上,具體數(shù)值為文獻(xiàn)[6]中的人體舒適性降低界限,但是舒適與健康的評價具有本質(zhì)的區(qū)別,舒適性標(biāo)準(zhǔn)距離健康標(biāo)準(zhǔn)有相當(dāng)?shù)木嚯x。在吸收關(guān)于人體承受全身振動的最新研究成果后,文獻(xiàn)[6]的新版本文獻(xiàn)[7]已經(jīng)發(fā)布,該標(biāo)準(zhǔn)在國內(nèi)與文獻(xiàn)[8]等同。無論是在評價方法還是評價標(biāo)準(zhǔn)上,新舊標(biāo)準(zhǔn)都有明顯的差異,如何運用新標(biāo)準(zhǔn)指導(dǎo)水電站主廠房的振動評價以及如何對待過去應(yīng)用已久的評價標(biāo)準(zhǔn),都是亟需研究的問題。

本文首先對新、舊兩個版本的人體暴露于全身振動國際標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行對比,闡述人體暴露于全身振動的評價方法和參考標(biāo)準(zhǔn),然后采用有限元法對洪屏水電站開展振動預(yù)測,結(jié)合振動響應(yīng)數(shù)據(jù)對比新、舊國際標(biāo)準(zhǔn)在評價方法和結(jié)果上的差異,以期對采用數(shù)值方法進(jìn)行廠房結(jié)構(gòu)振動預(yù)測和人體全身振動評價提供有益參考,并為行業(yè)內(nèi)盡早形成統(tǒng)一的振動標(biāo)準(zhǔn)提供一定參考。

1 主廠房人體受振評價標(biāo)準(zhǔn)的探討

1.1 振動控制目標(biāo)

在國內(nèi),馬震岳等[9]最早對水電站廠房內(nèi)人體承受全身振動問題進(jìn)行討論,文獻(xiàn)[9]主要參考文獻(xiàn)[6]開展,與GB/T 13441—1992和GB/T 13442—1992對應(yīng)。該國際標(biāo)準(zhǔn)以均方根加速度為基本評價指標(biāo),給出了人體對振動反應(yīng)的三類界限：暴露界限、疲勞-工作效率降低界限以及舒適性降低界限,暴露界限即為健康與安全界限,超過該界限人體健康將受到威脅。文獻(xiàn)[1-5]所列標(biāo)準(zhǔn)實際上為舒適性降低界限,將舒適性降低界限乘以6.3才是暴露界限,二者不能混用。

三類界限的提法對水電領(lǐng)域的借鑒意義在于從人體的角度出發(fā),水電站主廠房內(nèi)部的振動究竟應(yīng)該控制在何種層次,該問題是水電站主廠房人體受振控制的根本。文獻(xiàn)[9]說明中控室等工作場所的振動應(yīng)該控制在“感覺閾”之內(nèi),不能超過“舒適閾”,但未說明主廠房應(yīng)該控制在何種層次之內(nèi)。從作業(yè)人員的角度出發(fā),主廠房內(nèi)持續(xù)工作的時間短,對于振動的要求是明顯低于中控室的,理論上其振動可以超過“舒適閾”,甚至進(jìn)入“健康閾”。但從另一個角度出發(fā),如果投產(chǎn)后主廠房內(nèi)的振動導(dǎo)致人體主觀感覺不舒適,此時即便振動量級未超過建筑結(jié)構(gòu)和儀器設(shè)備的控制標(biāo)準(zhǔn),其振動水平可能也難以被各方人員所接受,即被認(rèn)定振動“過大”。因此,建立水電站主廠房人體受振評價標(biāo)準(zhǔn)的第1個關(guān)鍵問題為選定業(yè)界認(rèn)可的控制目標(biāo),該目標(biāo)表達(dá)的是行業(yè)內(nèi)對主廠房振動的共性要求,需要多方共同參與,控制目標(biāo)的確立將避免對主廠房的振動水平依靠主觀意識來判斷的行為。

1.2 評價方法

水電站主廠房人體振動評價的第2個關(guān)鍵問題為評價方法的統(tǒng)一。ISO2631—1—1985標(biāo)準(zhǔn)中振動評價方法包括基于頻譜的方法和頻率計權(quán)加速度方法兩種。當(dāng)采用基于頻譜的方法時,人體的3類界限為振動頻率和暴露時間的函數(shù)K(f,T),確切的暴露時間和振動頻率存在唯一的振動界限,對于單一頻率的振動應(yīng)用起來簡單方便,文獻(xiàn)[1-5]正是基于這種條件提出的振動標(biāo)準(zhǔn)。如果振動包含多個離散頻率,每個頻率成分的加速度均方根值應(yīng)該分別按照該頻率的相應(yīng)界限進(jìn)行評價。

當(dāng)采用頻率計權(quán)加速度方法時,標(biāo)準(zhǔn)給出了人體坐標(biāo)系下X、Y、Z方向的頻率計權(quán)曲線,站姿、坐姿以及睡姿均采用相同的計權(quán)曲線,將頻率計權(quán)均方根加速度awx、awy、awz與三類界限中人體最敏感頻帶范圍的界限值(函數(shù)K(f,T)的最小值)進(jìn)行比較。 當(dāng)兩個或三個方向的振動水平接近時,將av與Z方向最敏感頻帶中的界限值進(jìn)行比較。

(1)

(2)

(3)

式中,aw(t)是作為時間函數(shù)的計權(quán)加速度；Wi和ai分別為第i個1/3倍頻帶的計權(quán)因數(shù)和均方根加速度；av為計權(quán)加速度矢量和；awx、awy、awz為均方根加速度；kx、ky、kz為方向因素。

ISO2631—1—1985并未限定應(yīng)該采用哪種方法進(jìn)行振動評價,但I(xiàn)SO2631—1—1997在評價方法上沒有保留基于頻譜的方法,明確指出人體承受全身振動的基本評價指標(biāo)為頻率計權(quán)均方根加速度。對水電站主廠房人體受振評價而言,這一變化相當(dāng)于統(tǒng)一了評價方法,以往基于頻譜方法提出的單一頻率的振動標(biāo)準(zhǔn)不再適用于主廠房人體受振評價。實際上,基于頻譜的評價方法在水電站主廠房中的實用性和推廣性不如頻率計權(quán)方法,因為與某些單一頻率的振動不同,廠房結(jié)構(gòu)的振動往往包含豐富的頻率成分,內(nèi)部振源從尾水管低頻蝸帶到轉(zhuǎn)輪葉片數(shù)頻率及其倍頻,頻率分布可從1 Hz到100 Hz以上。

與頻譜方法一同被刪去的還有舒適性評價時暴露時間的概念,新標(biāo)準(zhǔn)認(rèn)為振動舒適性與暴露時間沒有必然聯(lián)系,但健康評價標(biāo)準(zhǔn)與暴露時間直接相關(guān),因為暴露時間與健康的關(guān)系是顯而易見的,增加暴露持續(xù)時間意味著增加了健康風(fēng)險。

1.3 舒適與健康標(biāo)準(zhǔn)

水電站主廠房人體振動評價的第3個關(guān)鍵問題為具體評價標(biāo)準(zhǔn)的確定。與早期的理念不同,新標(biāo)準(zhǔn)沒有直接給出確切的健康界限和舒適性界限,而是以區(qū)間的形式給出參考標(biāo)準(zhǔn)。原因在于相同的振動量級可能引起不同個體的不同反應(yīng),個人狀況和活動類型等諸多因素都有影響,表1為兩個版本中健康和舒適性評價標(biāo)準(zhǔn)的匯總。對于水電站主廠房,統(tǒng)一的振動標(biāo)準(zhǔn)的建立首先需要確定控制目標(biāo)是舒適層次還是健康層次。在確定控制目標(biāo)后,還需要明確是否根據(jù)國際標(biāo)準(zhǔn)來制定國內(nèi)主廠房專業(yè)標(biāo)準(zhǔn),或者部分借鑒國際標(biāo)準(zhǔn)。國內(nèi)抽水蓄能電站的實踐經(jīng)驗表明[10],當(dāng)廠房結(jié)構(gòu)的振動滿足ISO2631—1—1985的控制標(biāo)準(zhǔn)后,振動能夠滿足其他一系列結(jié)構(gòu)方面的要求,但文獻(xiàn)[10]中并未說明控制目標(biāo)、暴露時間和振動頻率等關(guān)鍵因素如何確定?？紤]到1985標(biāo)準(zhǔn)在國內(nèi)已被長期應(yīng)用于工程實踐,本文仍將其納入討論范疇。

表1 健康和舒適評價標(biāo)準(zhǔn)匯總

由表1可知,1985版關(guān)于健康的評價標(biāo)準(zhǔn)正好處于1997版的中間位置,二者在健康評價方面具有較好的一致性。主要差異體現(xiàn)在舒適性標(biāo)準(zhǔn)方面,1985版8 h暴露時間對應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)為0.10 m/s2,該數(shù)值與1997版的0.315 m/s2距離較遠(yuǎn),但如果主廠房內(nèi)暴露時間取為2 h,則兩個版本的舒適性標(biāo)準(zhǔn)非常接近,理論上主廠房按2 h暴露時間控制相對符合實際情況。文獻(xiàn)[11-12]中所列舒適性參考標(biāo)準(zhǔn)與1997版國際標(biāo)準(zhǔn)完全一致,這也佐證了國際標(biāo)準(zhǔn)的認(rèn)可度。綜合考慮后,本文以1997版國際標(biāo)準(zhǔn)作為主要參考,暫且選定0.315 m/s2作為主廠房振動舒適性評價標(biāo)準(zhǔn),但I(xiàn)SO2631—1終究不是針對水電站主廠房的專門標(biāo)準(zhǔn),專門標(biāo)準(zhǔn)的建立亟需進(jìn)一步的理論分析,并結(jié)合國內(nèi)豐富的實踐經(jīng)驗和監(jiān)測資料展開論證。

2 主廠房人體受振評價實例

洪屏抽水蓄能電站安裝4臺單機(jī)容量為300 MW的混流可逆式水泵水輪發(fā)動機(jī)組,機(jī)組額定轉(zhuǎn)速500 r/min,轉(zhuǎn)輪葉片數(shù)為9片,活動導(dǎo)葉和固定導(dǎo)葉個數(shù)均為22個。取中間一個標(biāo)準(zhǔn)機(jī)組段建立有限元模型進(jìn)行振動分析和人體受振評價,動力計算模型及廠房結(jié)構(gòu)網(wǎng)格分別見圖1和圖2。模型整體坐標(biāo)系+X軸水平指向廠房左側(cè),+Y軸鉛直向上,+Z軸水平指向水流向,模型包含3倍廠房跨度范圍的圍巖,廠房結(jié)構(gòu)緊貼圍巖澆筑且在交界面B布置有插筋,因此計算模型中廠房結(jié)構(gòu)與圍巖按共節(jié)點處理,邊界C施加粘彈性人工邊界以模擬地基無限域的動力剛度[13]。廠房機(jī)墩風(fēng)罩以及蝸殼外圍混凝土采用C30混凝土,靜彈性模量30 GPa,泊松比0.167,容重25 kN/m3；其他部分采用C25混凝土,靜彈性模量28 GPa,泊松比0.167,容重25 kN/m3；蝸殼、座環(huán)、機(jī)井里襯以及尾水管里襯采用鋼材,靜彈性模量210 GPa,泊松比0.3,容重76.87 kN/m3；圍巖靜彈性模量10 GPa,泊松比0.23,容重27 kN/m3。

圖1 地下廠房動力模型

圖2 廠房結(jié)構(gòu)和部分圍巖網(wǎng)格

水輪機(jī)廠家對洪屏水輪機(jī)進(jìn)行了壓力脈動試驗,分別在最高水頭565 m、額定水頭540 m和最小水頭520 m附近各進(jìn)行了不同出力條件下的壓力脈動測量試驗。試驗共布置9個測點：蝸殼進(jìn)口(測點1)、無翼區(qū)(測點2、3)、頂蓋與轉(zhuǎn)輪上冠之間(測點4)、底環(huán)與轉(zhuǎn)輪下環(huán)之間(測點5)、尾水錐管(測點6、7)、尾水肘管(測點8、9)。試驗采樣頻率為4 800 Hz,采樣時間為10 s。本文選取額定水頭下的額定出力工況進(jìn)行振動分析,參考文獻(xiàn)[5]將模型試驗的脈動壓力數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換至原型并分區(qū)施加于流道內(nèi)壁上,圖3和圖4為原型中無翼區(qū)和尾水錐管測點脈動壓力的頻譜特性。由圖3、4可知,無翼區(qū)測點脈動壓力的優(yōu)勢頻率為轉(zhuǎn)輪葉片數(shù)頻率75 Hz及其倍頻,其他頻率成分含量極低；尾水錐管測點脈動壓力優(yōu)勢頻率為66 Hz,其次為機(jī)組轉(zhuǎn)頻8.33 Hz,尾水管中脈動壓力幅值遠(yuǎn)低于無翼區(qū)。

圖3 無翼區(qū)測點頻譜

圖4 尾水錐管測點頻譜

圖5和圖6分別為發(fā)電機(jī)層樓面的豎向均方根加速度和三向均方根加速度矢量和,兩張圖的差異主要表現(xiàn)在樓梯孔邊緣,該處豎向均方根加速度為0.1 m/s2,但三個方向的矢量和為0.3 m/s2,說明樓梯孔右側(cè)水平向振動加速度相對顯著。除樓梯孔附近外,其他區(qū)域的加速度矢量和均與豎向加速度較為接近,說明樓板的振動加速度以豎向分量為主。三向均方根加速度矢量和的最大值出現(xiàn)在樓板的第四象限邊緣,達(dá)到0.825 m/s2,將該點選為樓板振動的特征點進(jìn)行人體受振評價。

圖5 豎向均方根加速度(單位：m/s2)

圖6 三向均方根加速度矢量和(單位：m/s2)

圖7 特征點X向加速度時程

圖8 特征點X向加速度傅里葉譜

圖7、8分別為發(fā)電機(jī)層樓板特征點3個方向的振動加速度時程和傅里葉頻譜,振動時程截取前1 s或1.5 s。由圖7、8可知,特征點X向加速度峰值不超過0.2 m/s2,振動優(yōu)勢頻率主要有75、150 Hz和225 Hz,分別為轉(zhuǎn)輪葉片數(shù)頻率及其兩倍、三倍頻率。特征點Y向加速度峰值為1.588 m/s2,振動優(yōu)勢頻率為75 Hz,尾水管內(nèi)的66 Hz脈動壓力成分對該點的Y向加速度有較小的貢獻(xiàn)。特征點Z向加速度峰值不超過0.3 m/s2,振動優(yōu)勢頻率與X向類似,但150 Hz和225 Hz高頻成分的相對含量大于X向。從數(shù)據(jù)可以看到,本電站發(fā)電機(jī)層樓板的振動頻率與文獻(xiàn)[1-5]的研究結(jié)果相差較遠(yuǎn),以往所提出的“人體健康”評價標(biāo)準(zhǔn)并不能直接應(yīng)用于該電站。此外,樓板的振動包含多種頻率成分,基于頻譜的方法提出適用于本電站的直接評價標(biāo)準(zhǔn)也極其不便。為此,表2給出了發(fā)電機(jī)層樓板特征點的3個方向振動均方根加速度和頻率計權(quán)均方根加速度,其中頻率計權(quán)曲線取自ISO2631—1—1997標(biāo)準(zhǔn),具體計算采用MATLAB程序執(zhí)行,先求得該點振動加速度的功率譜,再依據(jù)式(4)計算頻率計權(quán)均方根加速度,式(4)與式(2)等效。

(4)

式中,Pi為第i個頻帶的功率譜密度；wi為第i個1/3頻帶的計權(quán)因素。

文獻(xiàn)[7- 8]指出波峰因素超過9時必須采用附加評價方法,由表2可知,特征點三個方向振動加速度的波峰因素均未超過4,說明主廠房樓板的振動相對平穩(wěn),采用頻率計權(quán)均方根加速度進(jìn)行評價即可。

圖9 特征點Y向加速度時程

圖10 特征點Y向加速度傅里葉譜

圖11 特征點Z向加速度時程

圖12 特征點Z向加速度傅里葉譜

表2 特征點的振動評價指標(biāo)

振動特征點的加速度由豎向分量決定,水平分量占據(jù)的比重甚小。不考慮頻率計權(quán)時,三向均方根加速度矢量和為0.826 0 m/s2,該值超過了人體舒適性評價標(biāo)準(zhǔn),甚至超過了人體8小時暴露時間對應(yīng)的健康標(biāo)準(zhǔn)上限。進(jìn)行頻率計權(quán),即考慮不同頻率成分對人體的影響程度不同后(高頻影響相對較小),頻率計權(quán)均方根加速度為0.122 6 m/s2,下降幅度給評價結(jié)果帶來了本質(zhì)影響。說明直接接采用均方根加速度進(jìn)行人體受振評價是不合理的,必須進(jìn)行頻率計權(quán)。

對比表1所列人體舒適標(biāo)準(zhǔn)可知,0.122 6 m/s2超過了ISO2631/1—1985中8 h的舒適標(biāo)準(zhǔn)0.1 m/s2,但小于2 h對應(yīng)的舒適標(biāo)準(zhǔn),可見舊標(biāo)準(zhǔn)中暴露時間的選擇對評價結(jié)果具有本質(zhì)的影響。依據(jù)前文所述,本文舒適性標(biāo)準(zhǔn)暫定為ISO2631/1—1997標(biāo)準(zhǔn)中的0.315 m/s2,文獻(xiàn)[7- 8]還指出人體對振動的感知閥值在0.015 m/s2左右。按照這兩個值進(jìn)行評價,在額定水頭額定出力工況,人站立于發(fā)電機(jī)層樓板之上,將明顯感覺到振動,但振動水平不會引起人體的不舒適,對人體健康更加不構(gòu)成危害。從人體受振的角度出發(fā),該電站無論是將控制目標(biāo)選為健康層次還是舒適層次,發(fā)電機(jī)層樓板的振動都能夠滿足要求。

3 結(jié) 語

從人體受振的角度出發(fā)評價水電站主廠房結(jié)構(gòu)振動的關(guān)鍵因素包括振動控制目標(biāo)、評價方法和具體標(biāo)準(zhǔn)。在結(jié)合兩個版本的ISO2631/1標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行分析后,明確了當(dāng)前人體受振評價的權(quán)威指標(biāo)為頻率計權(quán)均方根加速度,該指標(biāo)便于統(tǒng)一和推廣。

1985版標(biāo)準(zhǔn)中健康評價標(biāo)準(zhǔn)處于1997版健康標(biāo)準(zhǔn)的中間位置,一致性較好。1997版標(biāo)準(zhǔn)在舒適評價時不包含暴露時間的概念,其舒適性標(biāo)準(zhǔn)與1985版中2 h暴露時間對應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)接近。1997版標(biāo)準(zhǔn)與德國VDI 2057—2002、英國BS 6841—1987在舒適性標(biāo)準(zhǔn)上完全一致,可為水電站主廠房舒適性標(biāo)準(zhǔn)的確定提供一定的參考。

洪屏水電站振動實例的計算和評價表明,樓板的振動主要由轉(zhuǎn)輪葉片數(shù)頻率及其倍頻的脈動壓力引起,對人體受振進(jìn)行評價時進(jìn)行頻率計權(quán)是必要的,采用頻率計權(quán)均方根加速度進(jìn)行評價具有較好的實用性。該電站發(fā)電機(jī)層樓板的振動水平不會導(dǎo)致人體主觀感覺不舒適,對人體健康不構(gòu)成危害。

[1]宋志強(qiáng), 馬震岳, 陳婧, 等. 龍頭石水電站廠房振動分析[J]. 水利學(xué)報, 2008, 39(8): 916- 921．

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[4]郭濤, 張立翔, 姚激, 等. 水輪機(jī)流道壓力脈動誘發(fā)廠房振動分析[J]. 地震工程與工程振動, 2011, 31(6): 136- 140．

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[13]劉晶波, 王振宇, 杜修力, 等. 波動問題中的三維時域粘彈性人工邊界[J]. 工程力學(xué), 2005, 22(6): 46- 51．

(責(zé)任編輯王 琪)

VibrationAnalysisandEvaluationofHydropowerPowerhouseConsideringHumanBodyFactor

FU Dan1, HU Lei2, WU Hegao3
(1. Changjiang Institute of Survey, Planning, Design and Research, Wuhan 430010, Hubei, China;2. Changjiang River Scientific Research Institute, Wuhan 430010, Hubei, China; 3. State Key Laboratory of Water Resources and Hydropower Engineering Science, Wuhan University, Wuhan 430072, Hubei, China)

In order to illuminate the basic principal and application method, three key factors for developing industry evaluation standard of human body vibration are pointed out in combination of two international standards for vibration evaluation of human body. They are vibration control objective, evaluation method and specific standard. The fundamental issue is that the control objective should be health level or comfort level. On this basis, the vibration analysis of main powerhouse in Hongping Pumped-storage Power Station is performed and the vibration evaluation of human body for generator floor is performed after that. The results indicate that the vibration of generator floor is mainly induced by pulsating pressure with the runner blade number frequency and its multiples. The effect of weighted-frequency must be taken into account and the weighted root-mean-square acceleration should be selected as the basic evaluation variable because of its better practicability than frequency spectrum method. No matter control objective is confirmed as health level or comfort level, the vibration magnitude can meet international standards．

main powerhouse; vibration; human body vibration factor; pressure fluctuation; finite element method; Hongping Pumped-storage Power Station

2016- 08- 29

國家自然科學(xué)基金資助項目(51679175)

傅丹(1988—),男,湖南岳陽人,博士,主要從事水電站廠房結(jié)構(gòu)方面的研究：伍鶴皋(通訊作者)．

TV311

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：0559- 9342(2017)06- 0047- 06