地鐵牽引變壓器安裝基礎(chǔ)振動(dòng)分析范文

本站小編為你精心準(zhǔn)備了地鐵牽引變壓器安裝基礎(chǔ)振動(dòng)分析參考范文，愿這些范文能點(diǎn)燃您思維的火花，激發(fā)您的寫(xiě)作靈感。歡迎深入閱讀并收藏。

樹(shù)脂干式變壓器由于其維護(hù)方便，不會(huì)產(chǎn)生環(huán)境污染，目前已廣泛應(yīng)用到軌道交通牽引系統(tǒng)中，但是變壓器本體由硅鋼片磁致伸縮以及電磁力影響導(dǎo)致的振動(dòng)及相應(yīng)產(chǎn)生的噪音不可避免，由于軌道交通牽引變壓器普遍安裝在設(shè)備層中，混凝土的建筑結(jié)構(gòu)如未充分考慮到變壓器的振動(dòng)激勵(lì)的影響，可能就會(huì)導(dǎo)致設(shè)備層（如圖地下底二層）混凝土建筑結(jié)構(gòu)出現(xiàn)劇烈振動(dòng)及由此產(chǎn)生的設(shè)備層噪音加強(qiáng)的問(wèn)題。

干式變壓器及設(shè)備層樓板振動(dòng)原理

相關(guān)研究表明，干式變壓器的本體振動(dòng)主要是來(lái)自于變壓器工作時(shí)鐵芯硅鋼片的磁致伸縮和繞組導(dǎo)線或繞組間電磁力所產(chǎn)生的振動(dòng)，以及冷卻系統(tǒng)風(fēng)機(jī)的風(fēng)扇運(yùn)行振動(dòng)。磁致伸縮是硅鋼片在變壓器勵(lì)磁時(shí)，沿磁力線方向的硅鋼片的尺寸增加，而垂直于磁力線方向的尺寸縮小的現(xiàn)象，磁致伸縮使得變壓器鐵芯隨著勵(lì)磁頻率的變化而周期性振動(dòng)，由于其變化周期為勵(lì)磁電流變化的一半，其引起的鐵芯振動(dòng)頻率會(huì)為兩倍的勵(lì)磁電流的頻率為基頻，而由于變壓器鐵芯磁致伸縮的非線性和磁通路徑長(zhǎng)度不同，鐵芯振動(dòng)還會(huì)含有一定量的高次諧頻，鐵芯振動(dòng)還將引起周?chē)h(huán)境空氣的振動(dòng)從而引起產(chǎn)生變壓器噪音，噪音聲波特性與鐵芯振動(dòng)特性一致，即同樣是兩倍的勵(lì)磁電流的頻率并含有一定量的高次諧頻。變壓器本體的振動(dòng)通過(guò)變壓器地腳傳遞到基礎(chǔ)及附近地面，再通過(guò)地面?zhèn)鬟f到室內(nèi)的墻柱等，導(dǎo)致樓板、墻柱的微小振動(dòng)，這些微小的振動(dòng)，對(duì)強(qiáng)度的影響一般并不大，但是卻能引起樓板的結(jié)構(gòu)噪音，產(chǎn)生二次噪音，其振動(dòng)頻率主要為100Hz和200Hz，即變壓器的振動(dòng)基頻和二次諧頻，樓板的結(jié)構(gòu)剛度是影響樓板振動(dòng)幅度的重要指標(biāo)，樓板的結(jié)構(gòu)剛度越大，樓板振動(dòng)的振幅越小，在同等頻率下其通過(guò)空氣傳播的聲波振幅響應(yīng)也減小，從而導(dǎo)致噪音相對(duì)也會(huì)較小。對(duì)于底層樓板（以最底層為例）和高層樓板而言，變壓器安裝的地基均不是絕對(duì)的剛體，都為柔性基礎(chǔ)，而其在同樣材料（鋼筋混凝土）和阻尼比下，其結(jié)構(gòu)剛度也是不一致的（材料混凝土剛度是一致的）。

設(shè)備層振動(dòng)測(cè)量及仿真計(jì)算

以某地鐵線為例，該地鐵線共設(shè)有30個(gè)站點(diǎn)，每個(gè)站點(diǎn)安裝了2臺(tái)1600kVA變壓器組成24脈整流變壓器，其中出現(xiàn)A站點(diǎn)設(shè)備層樓層過(guò)道隨距離變壓器距離出現(xiàn)噪音和樓板振動(dòng)波動(dòng)現(xiàn)象，最大噪音值超過(guò)70dB，而其他29個(gè)站點(diǎn)明顯噪音小于60dB。1）使用加速度測(cè)試儀測(cè)試現(xiàn)場(chǎng)的的樓板振動(dòng)2）對(duì)類(lèi)似變壓器本體振動(dòng)激勵(lì)測(cè)試由以上類(lèi)似變壓器本體測(cè)試我們可以得知到變壓器本體振動(dòng)加速度。3）樓板的穩(wěn)態(tài)響應(yīng)仿真分析計(jì)算根據(jù)變壓器磁致伸縮原理和我們?cè)胍舴治龅念l譜可以得出，激勵(lì)源輸出的振動(dòng)加速度主要是100Hz，還有少量的200Hz和300Hz的諧頻振動(dòng)激勵(lì)，這個(gè)數(shù)據(jù)通過(guò)變壓器本體的振動(dòng)激勵(lì)的測(cè)試也可以得知。再根據(jù)我們對(duì)樓板的測(cè)試結(jié)果，可以發(fā)現(xiàn)，樓板的譜響應(yīng)主要集中在100Hz，在距離變壓器安裝位置遠(yuǎn)處的高次諧頻的含量就更少了，由此我們可以得出：樓板的響應(yīng)激勵(lì)主要來(lái)源于變壓器的基頻震動(dòng)，這為我們做穩(wěn)態(tài)的響應(yīng)分析提供了依據(jù)。為了測(cè)試方便，我們?cè)诖颂幵O(shè)定有限元分析載荷：變壓器振動(dòng)源施加到樓板的振動(dòng)加速度為0.14m/s，頻率為100Hz。樓板及鋼筋混凝土柱子材料均為C30混凝土，墻為空氣墻，使用Ansys建立有限元模型。通過(guò)實(shí)際測(cè)量與仿真的計(jì)算從以上分析可得知，仿真值和實(shí)測(cè)的振動(dòng)波動(dòng)趨勢(shì)基本上是一致的，因此為我們使用有限元方法優(yōu)化設(shè)計(jì)提供了依據(jù)，由分析可以看到，設(shè)備層的振動(dòng)源是變壓器，但是由于樓層建筑設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)的問(wèn)題，在2號(hào)變壓器底部和過(guò)道的底部缺少支撐，導(dǎo)致過(guò)道出現(xiàn)分散性的波動(dòng)振動(dòng)和噪音，要解決該問(wèn)題，最好的辦法是在2號(hào)變壓器振源附近去減少變壓器的振動(dòng)。

降振方案的仿真計(jì)算對(duì)比

根據(jù)上述的分析，增加2號(hào)變壓器下樓板的支撐剛度，在2#變壓器正下方增加300*300mm的混凝土立柱，計(jì)算結(jié)果圖片如下：在變壓器室外走道增加兩根300*500的橫梁，用以連接四根大立柱；兩臺(tái)變壓器下各增加6個(gè)JZD－13阻尼減震器（彈性：800N/mm，阻尼系數(shù)：>0.065，固有頻率4.4～2.9Hz）兩臺(tái)變壓器地基處增加澆筑4堵立墻，尺寸分別為3300*1900*400；兩臺(tái)變壓器地基處后側(cè)澆筑2堵立墻，尺寸分別為3300*1900*400，，前側(cè)由于橋架位置干涉，改為立柱，尺寸為300mm*300mm，同時(shí)右側(cè)立柱讓位500mm。由以上計(jì)算值可以看到，這幾種的減震方法都對(duì)樓板振動(dòng)有不同層度的降低，其中通過(guò)增加立墻的方案噪音降低情況明顯，但是成本高且實(shí)施困難，通過(guò)增加后側(cè)墻/前側(cè)立柱的方案效果相對(duì)也比較好，同時(shí)實(shí)施相對(duì)簡(jiǎn)單，耐用性長(zhǎng)，實(shí)際推薦使用該種方案改善設(shè)備安裝層的振動(dòng)問(wèn)題。

結(jié)語(yǔ)

通過(guò)本文，我們可以得出在地鐵牽引變壓器安裝環(huán)境中，振動(dòng)和噪音偏大不一定是由于變壓器的噪音大導(dǎo)致的，也有可能是因?yàn)樵谠O(shè)備建筑土建設(shè)計(jì)時(shí)，由于對(duì)變壓器的運(yùn)行和結(jié)構(gòu)原理的不熟悉，導(dǎo)致沒(méi)有針對(duì)性的改善變壓器安裝基礎(chǔ)的結(jié)構(gòu)剛度，導(dǎo)致出現(xiàn)建筑結(jié)構(gòu)受變壓器的激勵(lì)出現(xiàn)共振出現(xiàn)振動(dòng)和噪音偏大的現(xiàn)象，而使用有限元設(shè)計(jì)方法，可以根據(jù)獲得的變壓器初始振動(dòng)激勵(lì)數(shù)據(jù)仿真計(jì)算出變壓器安裝設(shè)備建筑的結(jié)構(gòu)特性，在土建設(shè)計(jì)時(shí)通過(guò)有效改進(jìn)安裝基礎(chǔ)的剛度避免出現(xiàn)振動(dòng)和噪音偏大的問(wèn)題。

作者：王耀強(qiáng) 黃超洋 雷涌 朱天佑 方利 蘇利梅 單位：海南金盤(pán)電氣研究院有限公司