不同埋设方式下巨型水轮机蜗壳结构动力特性研究

随着水电机组单机容量的提高,蜗壳日趋向巨型化发展,HD值很高.目前,关于巨型蜗壳结构动力特性的研究在理论和实践方面涉及较少,然而此问题在设计阶段尤其重要.为此,对典型的3种蜗壳埋设方式,即垫层、保压和直埋,以某巨型工程为实例,采用三维有限元方法,从优化设计的角度重点研究和比较了蜗壳结构的刚度、固有振动特性、脉动水压力作用下结构的振动反应和抗疲劳特性.计算与分析表明,蜗壳埋设方式对厂房结构的静、动力特性的影响不显著, 不应成为蜗壳埋设方式选择的制约因素.     

水轮机垫层蜗壳结构应力应变规律研究

蜗壳结构系统在水轮发电机组中起着重要的作用,水轮机钢蜗壳埋入混凝土的方式有三种,拉西瓦水电站经过论证和设计采用垫层蜗壳埋入方式。为了更好地掌握垫层蜗壳的运行情况,垫层蜗壳周边的监测数据的分析就尤为重要。给出利用三维有限元计算的结果,再对实际监测成果进行分析,并对比有限元计算和监测成果的差异,得出了利用有限元对蜗壳结构进行分析的结果基本上和监测数据规律较为一致的结论。利用有限元计算在一定程度上可以反映蜗壳运行情况的一般规律,通过分析得到外围混凝土几乎不承担内水压力,蜗壳处在良好的运行状态。     

垫层铺设范围对水电站蜗壳受力特性的影响

结合某大型水电站的工程实际,采用ABAQUS程序和其中的混凝土损伤塑性模型,对传统垫层、直埋及局部垫层蜗壳进行了三维非线性有限元计算.计算结果表明,直埋蜗壳外围混凝土损伤范围最大,局部设置垫层可以有效减少钢筋用量,降低钢筋应力,缩小外围混凝土的损伤区.垫层平面铺设范围越大,上述效果越明显,但是导致座环的扭转变形也越大.当垫层平面范围从蜗壳进口端铺设到135°断面时,定子和下机架基础板的相对不均匀上抬量最小,对机组运行有利.     

水电站垫层蜗壳配筋计算

为研究“Г”形框架简化、平面简化和接触摩擦对垫层蜗壳配筋计算的影响,分别采用结构力学法和有限元法对某垫层蜗壳进行计算结构力学法对蜗壳进口断面进行等截面简化,将其作为深受弯构件进行配筋计算;有限元计算采用ABAQUS软件,建立完整标;住机组段蜗壳结构模型及蜗壳进口断面平面轴对称模型,在铜蜗壳和混凝土及垫层之间创建接触对,模拟接触摩擦关系,将计算得到的弹性应力图形作为配筋依据计算结果表明,采用平面“Г”形框架法可能造成计算配筋面积偏小;在考虑接触摩擦的前提下,将蜗壳结构简化为轴对称结构进行初步配筋计算是可行的;对垫层蜗壳结构进行有限元分析时有必要考虑接触摩擦,摩擦系数f应慎重取值.     

水电站预热膨胀蜗壳埋设方式研究

基于钢蜗壳预热膨胀特性,提出水电站预热膨胀蜗壳埋设方式.结合一实际工程充水保压蜗壳结构,采用理论分析及有限单元法,针对完整施工和运行周期,围绕钢蜗壳初始变形、间隙演变及外包混凝土受力特性等方面进行研究,对钢蜗壳预热膨胀与充水保压的替代关系进行分析.结果表明:预热膨胀埋设方式能够产生与充水保压同等量级的变形,但变形规律具有明显的差异;预热膨胀埋设方式降低了运行期蜗壳外包混凝土承载比,改善了混凝土应力状态,且预热膨胀温度越高混凝土承载比越小,说明在混凝土受力状态的角度上,该方式能够实现充水保压埋设方式相似的效果;在运行期混凝土应力水平的角度上,对于本研究对象,预热膨胀温度取20℃时与1.4 MPa保压水头效果相当.     

水电站垫层蜗壳结构应力及配筋分析

以某大型水电站为实例,采用接触非线性间隙元法模拟了蜗壳、混凝土及垫层之间的接触摩擦效应,并以分段线性模型的方式近似模拟了垫层的非线性本构关系,对不同垫层厚度下的水电站垫层蜗壳结构进行了计算分析,给出了垫层厚度与蜗壳应力、混凝土应力、承载比例及截面配筋量的关系,供工程设计参考．     

三峡工程电站设计

利用物理模型和数值模拟技术,系统研究了三峡电站布置、排沙及排漂措施、进水口形式、机组蜗壳埋设方式,以及地下电站洞室群布置、块体加固等技术问题。研究表明,三峡电站采用两岸坝后厂房+右岸地下厂房的布置及单孔小孔口进水口体型技术经济最优,采用分散排沙和排漂孔可较好解决电站的泥沙和漂污问题,蜗壳采用保温保压、垫层及组合埋设技术均可保证机组稳定运行,采用新型变顶高尾水洞优于设置尾水调压室。同时提出了与蜗壳埋设方式相关的技术标准,并对大型不利块体的加固进行了探讨,提出了利用阻滑键及结构面法向压应力加固块体的新思路。     

水电站直埋蜗壳结构受力特性与承载力

基于损伤理论,采用ABAQUS程序对某大型水电站直埋蜗壳方案进行非线性有限元计算,实现了蜗壳加载过程及超载的数值仿真,研究了此新型结构在内水压力上升的过程中钢蜗壳和钢筋应力、混凝土开裂区和机墩上抬位移的变化规律以及结构的超载能力．结果表明：当荷载达到0．5倍的设计内水压力时,蜗壳外围混凝土将进入开裂阶段,钢蜗壳和钢筋应力变化加快,机墩上抬位移变化速率也增加;但是在设计荷载作用下直埋蜗壳的整体安全度仍然很高,其内水压力的超载安全系数在2．0以上．这种蜗壳结构型式应用于实际工程是完全可行的．     

大型水电站垫层蜗壳座环结构特性分析

为研究蜗壳和外围混凝土联合受力情况下座环的结构特性,结合一实际工程垫层蜗壳结构,采用三维有限元方法,从座环应力、位移和变形以及抗剪性能几个方面分析座环结构的受力特性.结果表明:相比于座环结构强度,其位移和变形更值得重视,垫层变形模量和摩擦系数的大小应该成为座环结构分析的重要考虑因素;座环承受较大的剪力,垫层蜗壳结构设计中不能忽视此问题.     

不平衡水推力下垫层蜗壳座环结构剪力特性分析

机组运行时蜗壳座环在不平衡水推力作用下承受较大的水平剪力,该剪力值过大将会给蜗壳结构的稳定带来安全隐患.考虑钢衬与软垫层、混凝土的摩擦接触,建立了垫层蜗壳的三维有限元模型,详细研究了垫层子午包角、平面包角、变形模量厚度比和围岩约束对座环剪力的影响.结果表明:垫层子午包角向下延伸不利于座环抗剪;垫层平面包角变化改变了钢蜗壳外围结构的刚度分布,对座环剪力具有显著影响;垫层变形模量厚度比的变化不仅改变了座环各向剪力的数值及其承担的沿厂房横向不平衡水推力的比例,还改变了座环剪力的空间分布规律;在其他条件不变的情况下,围岩约束的改变对座环剪力没有明显影响.