空间弯管及其镇墩的计算

本文论述空间弯管及其镇墩的计算,主要包括空间弯管角度、对镇墩的作用力的计算,镇墩的型式、尺寸的选用,镇墩的稳定及地基应力验算。     

埋地压力钢管镇墩稳定性计算

针对现有研究成果缺少详细分析镇墩稳定性、可滑移长度判别公式存在不足的问题，在现有计算公式基础上，优化设置伸缩节情况下管道轴向力公式，提出了弯管下游轴向力和不设置伸缩节情况下轴向力公式，分析了设置伸缩节与未设置伸缩节情况下管道轴向推力及各条件下镇墩砼量比较，得到在一定条件下不设置伸缩节的埋地钢管镇墩砼量最省，可为今后的研究设计工作提供参考。     

某水电站坝下游面浅埋管设计

位于高海拔、高地震烈度区的引水压力管道选择保温效果好、抗震性能好的布置和结构型式非常重要。通过对坝下游面浅埋管和坝后背管进行技术经济比较,选择坝下游面浅埋管型式布置。采用三维有限元法对比分析坝下游面浅埋管钢衬钢筋混凝土与坝体联合受力、钢衬钢筋混凝土联合受力和钢管外包垫层三种结构型式,分析结果表明,采用浅埋管钢管外包垫层的结构型式时,管道周边坝体、钢衬、外包混凝土、管坝接缝应力、裂缝等均满足要求。研究成果可供类似工程参考。     

管道末端水击压力计算及误区分析

引水系统的管道参数不同会导致管道末端水击压力波动形态差异较大,在工程仿真计算时得到的管道末端压力变化曲线难以校验。为得到管道末端压力波动曲线,首先结合经典的水击分类图,分析了引用传统水击计算方法时存在的误区。其次,从水击经典理论中的阀门端压力升高方程组出发,推导出各相水击压力升高值的通用形式,得到管道末端水压的简化计算公式,公式表明管道末端阀门开度是影响管道末端水压变化形态的重要因素。最后,利用数值仿真验证所提计算方法的可行性。结果表明,提出的管道末端水压简化计算方法与特征线法得到的压力变化曲线相似度较高,且表现出水压波动形态在管道末端阀门不同初始开度下的变化规律,方法简单实用。     

引水式水电站变顶高尾水洞水力特性和体型优化

考虑引水式水电站常用的有压尾水洞和变顶高尾水洞两类布置型式,采用基于特征线法的有压管道瞬变流分析模型和适用于明满流过渡过程分析的改进狭缝法模型,分别分析系统的过渡过程特性和尾水洞体型参数的敏感性,研究不同的尾水洞型式下尾水系统的水力特性,进一步揭示了变顶高尾水洞的底宽、洞高和顶坡对尾水管进口最小内水压力的影响规律。结果表明,与增大面积的有压尾水洞比较,变顶高尾水洞是一种可行的布置型式,可有效提高尾水管进口的最小内水压力且水锤过程衰减较快;合理增大变顶高尾水洞底宽、洞高或顶坡均可不同程度地改善尾水管进口最小内水压力,其中顶坡的影响相对明显,为体型优化设计提供了参考依据。     

月牙肋岔管群水力损失模型试验与数值模拟结果的比较

为分析某水电站月牙肋岔管群水力损失问题,按岔管分岔角设计并做了2组月牙肋岔管群水力模型试验,同时推导出一套适用于粗糙区边壁的n-Ks关系方程及数值模型验证方法,既可将常规管道损失计算中的n值换算成Ks值,进而求出岔管沿程水力损失值。数值模拟结果表明,随着分岔角的增大,岔管水力损失增大,且分岔处岔管断面不均匀系数增大;随着月牙肋板内伸长度的增加,水力损失呈先减小后增大的趋势,水力损失与肋板长度关系曲线中存在极值;不同的月牙肋板内伸长度,板后脱落涡运动模式不同。模型试验及数值模拟计算结果的比较表明,数值模拟法求得的水力损失值大多小于模型试验值,二者相对误差分叉1出口处偏大,分叉2出口处波动最大,分叉3出口处最小。     

投产时温度对气液两相流管道输送的影响

为研究投产时入口流体温度、环境温度对气液两相流管道输送的影响,采用OLGA多相流数值模拟软件,建立外输管道传热模型,得到投产初期不同输送温度下管道末端段塞流捕集器的油气处理量;分析了季节因素导致的地温差异对气液两相流管道输送的影响;得到由于温度差异导致的管道内压力、总积液量、气液两相体积流量的变化。在相同输送条件下流体温度越低管道末端分离出的液相体积流量越大,管道内的总积液量也越大;相反,随着流体温度的升高,管道末端分离出的液量逐渐减少,管道内的总积液量也减少。     

水电工程预应力闸墩平行与扇形锚索布置型式对比研究

为对比分析扇形和平行两种锚索布置型式的力学特点,依托简单锚块式预应力闸墩,采用三维有限元方法,通过多方案对比进行分析。结果表明,在同等锚索作用下,平行锚索布置型式的闸墩颈部预压应力较大,效果更好,便于降低预应力主锚索设计吨位;在同等弧门推力作用下,扇形锚索布置型式的闸墩颈部拉应力水平较低,平衡颈部拉应力所需的预应力水平较低;在锚索预压应力或在弧门推力作用下,闸墩颈部应力较大且主要分布在受力侧的闸墩边缘(距边约0.5m内);在同等锚索和弧门推力综合作用下,对于闸墩颈部应力,平行锚索优于扇形锚索,对于锚固硐应力,扇形锚索优于平行锚索,结构各关键部位的应力水平均可控且不显著。     

有压管道齿墩型内消能工水力特性试验研究

为使消能体型尽可能减小对过流能力的影响,在洞塞内消能研究的基础上提出了一种齿墩型内消能方式,并采用4种方案进行了试验研究。分析结果表明,面积收缩比和齿墩数量、尺寸是影响消能效果的主要因素;各方案的时均压强在进口处迅速递减,在距齿墩段进口1.0D（D为管道直径）左右达到最小值,而后逐渐恢复,在距进口4.0D处趋于平稳;脉动压强在距齿墩段进口1.5D左右达到最大值,然后急剧衰减,在距进口6.0D处逐渐平稳。在试验范围内,齿墩型内消能工的消能率最高可达75%,能大量消除管道内多余的能量,是一种有效的消能型式。     

蜗壳空腔及内水压力对机墩受力的影响分析

采用有限元软件ANSYS对官地水电站机墩结构进行三维有限元分析,从结构应力、配筋和位移角度研究了蜗壳空腔和内水压力对机墩受力的影响.结果表明,分析机墩应力和配筋时有必要考虑蜗壳空腔和内水压力对机墩结构受力的影响,尤其对高水头、大直径蜗壳的厂房结构进行整体计算分析方能使机墩结构设计更符合实际.     

齿墩式内消能工的水力特性数值模拟研究

为了进一步研究齿墩式内消能工的水力特性,采用数值模拟方法,利用Gambit软件建立齿墩式内消能工的计算网格,借助Fluent软件中RNGκ-ε双方程紊流模型对水流流动进行数值模拟,物理模型试验结果与数值模拟结果吻合较好,并在此基础上利用数值模拟方法分析了齿墩式内消能工的压强、流速、消能率及过流能力等水力特性。结果表明,在齿墩入口处管道中心附近的压强明显小于管壁的压强,进入齿墩段,压强骤降形成低压区;在齿墩下游0.1 D(D为管道直径)处压强降到最低,之后开始恢复,并逐渐趋于平稳,压强恢复区长度约为3 D;在齿墩末端正后方形成漩涡回流区,漩涡长度约为1.2 D,之后流速分布趋于均匀;与相同面积收缩比的洞塞式内消能工相比,虽然消能率相应降低,但其流量系数的增幅大于消能率的减幅,有利于缓解过流能力与消能效果的矛盾。     

回填钢管管周土压力分布特性研究

目前市政行业广泛采用Spangler理论进行回填钢管的设计,但水利水电行业中钢管规模和运行条件与市政行业存在较大差距,Spangler理论的适用性有待研究。基于有限单元法,考虑管土之间的接触作用,建立回填钢管三维有限元计算模型,计算不同埋设深度、开槽宽度、管道刚度下回填钢管的管周土压力,通过绘制管周土压力分布图研究管周土压力的分布特性及Spangler理论的适用性。结果表明,竖直土压力在回填钢管管顶和管底处有"波谷"产生,在高埋深、小槽宽时尤为明显;此外,回填钢管刚度越大,管顶土压力越接近抛物线分布,管腰处出现的"波谷"越明显。总体而言,Spangler理论一般更适用于埋深小于2m、管道刚度t/D值小于1/120的回填管道,在实际工程回填钢管的设计中要加以判断。     

汽轮机供热抽汽安全阀的选型

简要地介绍了安全阀的基本原理及主要型式,较详细地探讨了汽轮机供热抽汽管道上安全阀选型需要考虑的问题,提出了确定安全阀整定压力、流量及型式的思路,供应用选型参考,并希望能对以后热网抽汽工程中安全阀的合理选用,起到积极的推进作用。     

无压引水渠道及前池非恒定流计算模型构建原理与方法

为计算水电站在负荷变动下渠道和压力前池的水位波动过程、分析渠道末端扩散段和压力前池对明渠水位波动的影响,基于明渠和有压管非恒定流理论,采用特征线法求解明渠和压力管道的圣维南方程组、变时步特征线法解决无压渠道和压力管道不同时间步长,构建了“无压引水渠道+扩散段+压力前池+压力钢管”数学模型,并利用Matlab软件编制相应的计算程序。     

大坝背管混凝土裂缝前馈网络的预测研究

基于人工神经网络的BP网络方法和全局优化方法的基本理论,对坝后背管外包混凝土结构裂缝预测进行了研究,提出了基于神经网络的管道混凝土裂缝预测模型,并重点研究了水头的变化对压力管道混凝土最大裂缝宽度的影响,最后对三峡电站压力管道混凝土结构裂缝进行了预测。     

齿墩式内消能工的压力及流速特性研究

为进一步了解齿墩式内消能工的特性,通过物理模型试验,分析了在齿墩数相同、面积收缩比不同的情况下齿墩式内消能工的过流能力、时均压强、脉动压强及脉动流速。结果表明,管道的过流能力主要由齿墩式内消能工的体型及尺寸决定;时均压强在齿墩进口处急剧下降,在距齿墩段进口0.2 D(D为试验管内径)处达到最小值,之后逐渐上升,到距齿墩段进口2.5 D处恢复平稳,且在试验范围内,面积收缩比越小,时均压强降幅越大,消能效果越好;脉动压强在齿墩段后出现最大值,面积收缩比ξ=0.375时脉动压强最大,其概率密度分布接近正态分布;脉动流速最大值出现在齿墩段出口处,管中心的脉动流速小于管壁处的脉动流速。     

多功能水泵控制阀对短距离高扬程输水管线水锤防护效果的模拟研究

为了降低输水管道水锤事故的危害程度,针对石家庄市某旅游区输水管网现状,采用HAMMER软件模拟两阶段线性缓闭多功能水泵控制阀时管道内的压力数据变化,优化多功能水泵控制阀的参数设定,研究了多功能水泵控制阀不同的缓闭方案对输水管道水锤现象的防护效果。结果表明,多功能水泵控制阀在第一阶段5s缓闭90%开度、第二阶段90s缓闭100%开度时,管道内最高水锤压力线平稳下降,最低水锤压力线明显提升,在管道末端最大负压值为-3.2m,满足管道工作要求,可见多功能水泵控制阀合理的缓闭能有效对水锤进行防护。     

泵站压力管道振动特性分析及减振优化设计

为探究泵站压力管道的不同布置形式对管道振动的影响,选取宁夏盐环定泵站工程二泵站#1压力管道为研究对象,建立基于流固耦合的泵站压力管道水流ALGOR数值模型,并采用DASP振动测试系统获取振动信号对模拟结果进行验证,分析压力管道水流流态对管道振动的激励特征并提出优化设计方案。结果表明,压力管道进水管处、支管总管相接处及总出水管处均有强烈的振动,但进水管的振动较出水总管振动更为强烈;减振优化设计方案中,调整支管距离对降低水流对管道振动的激励效果微弱,增大管径及改变总管走向对其效果较好,其中总管走向在2°～5°之间较佳,不仅能降低管道振动,而且能减少泵站能耗损失。研究结果可为高扬程泵站压力管道的优化设计提供理论依据。     

混凝土闸墩施工期冷却水管温控防裂效果分析

针对闸墩大体积混凝土结构施工期或运行期易开裂而影响施工质量,基于燕山水库工程闸墩混凝土结构施工方案和现场环境资料,仿真计算了温度场和应力场施工期和施工后期全过程的冷却水管方案设计.仿真结果和现场实测结果表明,该措施设计与实施有效可行.     

输水洞径对调压室最佳位置的影响

鉴于在输水管道上移动调压室位置可使涌浪压力与水锤压力彼此相互消长,当两者相等即对应了调压室最佳位置。以原输水洞径不变对应的最佳位置为前提,采用电站水力过渡过程的数学模型,模拟研究了引水隧洞及压力管道直径的改变对调压室最佳位置的影响。结果表明,随着引水隧洞直径的减小,调压室需左移远离厂房以恢复到最佳位置,且移动前后蜗壳末端压力差值呈增长趋势,但变幅较小;而随着压力管道直径的减小,调压室需右移靠近厂房以恢复平衡,且压力差值较前者更为明显。