巨型水轮机蜗壳垫层埋设方式和监测设计研究

溪洛渡水电站单机容量770 MW,最大水头226 m,蜗壳尺寸大、承受的内水压力高。为设计蜗壳合理的垫层方案,从改善蜗壳结构的受力状况出发,通过建立蜗壳三维有限元模型,进行线弹性计算和非线性有限元计算,对垫层厚度、包角和平面铺设范围以及蜗壳应力、钢筋应力、混凝土裂缝开展与宽度等物理力学指标进行分析,从而确定合理的垫层方案。在结构计算结果的基础上进行蜗壳安全监测设计。针对蜗壳不同结构形状、不同垫层方案选择监测断面;选用多种监测仪器对钢衬及外围混凝土应力、应变进行全面监测,以分析机组运行性态和评价机组运行安全情况。     

高混凝土坝蜗壳及软垫层互馈机理探究

垫层作为蜗壳与混凝土之间的传力部分,其材料特性和尺寸对发电机组的稳定运行起着重要作用。为探究垫层蜗壳组合埋入方式对结构特性的影响范围及程度,分析比较了不同垫层材料的物理特性,对软垫层物理尺寸进行了特性分析,在对高压聚乙烯闭孔泡沫板软垫层特性进行详细分析的基础上,对蜗壳与垫层之间的摩擦系数、垫层平面铺设范围进行了研究,最后确定了合适的混凝土重力坝蜗壳垫层。同时详细阐述了蜗壳有限元模型的建立过程,通过选取不同的垫层弹性模量,对正常工况、半数磁极短路、短路三种组合甩负荷工况下的蜗壳进行三维有限元计算,进而分析了蜗壳外混凝土的应力分布规律。结果表明垫层弹性模量对蜗壳外混凝土的应力分布影响显著,弹性模量越大外围混凝土越容易出现应力集中,并导致局部裂缝的出现,而采用软垫层则可以很好地避免此问题。     

水电站垫层蜗壳座环受力机理研究

为研究蜗壳不平衡水推力作用下座环受剪的机理和特性,结合某实际工程的垫层蜗壳结构,建立三维有限元模型进行数值计算,分析了垫层平面包角等不同影响因素对座环剪力的影响规律.结果表明,垫层子午断面内包角对座环上下环板剪力的影响很小,但垫层平面包角、伸缩节和止推环设置与否、垫层刚度系数以及摩擦系数对座环剪力的影响较大,实际结构设计中应当重点考虑.     

接触滑移对不同埋设方式蜗壳结构应力的影响分析

为研究水电站厂房蜗壳的接触滑移对蜗壳结构应力的影响,本文采用三维面面接触单元对不同埋设方式蜗壳结构进行了三维有限元计算。计算结果表明,考虑接触滑移与共节点模型相比,垫层蜗壳外围混凝土孔周应力平均值可降低约30%以上,钢蜗壳应力增加约27%;当摩擦系数由0.25增大到1.00时,蜗壳外围混凝土孔周应力平均值也增大30%左右;而考虑接触滑移与否对直埋蜗壳结构应力影响较小,差值不超过3%。因此,在利用有限元求解蜗壳结构应力时,垫层蜗壳考虑接触作用将使计算结果更加合理,而对于直埋蜗壳,不考虑接触作用对结构应力的影响很小,共节点模型可以在实际工程中采用。     

垫层铺设范围对水电站蜗壳结构特性的影响分析

基于接触非线性和开裂非线性理论,采用ABAQUS程序对某水电站地下厂房蜗壳结构进行了三维非线性有限元计算,研究了水电站垫层蜗壳结构中垫层平面铺设范围对厂房蜗壳结构特性的影响。研究结果表明:蜗壳结构中垫层平面铺设范围分别自蜗壳进口铺至0°、45°、135°和270°断面时,垫层铺设范围越大,环向钢筋应力和混凝土损伤区域明显减小,相较于0°方案,其他3种方案的最大裂缝宽度和发电机基础不均匀上抬位移均有明显减小。     

接触滑移对不同埋设方式蜗壳结构应力的影响分析

水电站厂房蜗壳结构中，蜗壳与外围混凝土之间的接触滑移客观存在。为研究接触滑移对蜗壳结构应力的影响，本文采用三维面面接触单元对不同埋设方式蜗壳结构进行了三维有限元计算。计算结果表明，考虑接触滑移后与共节点模型相比，垫层蜗壳外围混凝土孔周应力平均值可降低约30%以上，而钢蜗壳应力增加约27%；当摩擦系数由0.25增大到1.0时，蜗壳外围混凝土孔周应力平均值也增大30%左右；而考虑接触滑移与否对直埋蜗壳结构应力影响很小，差值不超过3%。因此在利用有限元求解蜗壳结构应力时，垫层蜗壳考虑接触作用将使计算结果更加合理，而对于直埋蜗壳和充水保压蜗壳，不考虑接触作用对结构应力的影响很小，共节点模型仍然可以在实际工程中采用。     

高水头电站垫层式蜗壳自振特性分析

垫层蜗壳作为蜗壳结构形式中的一种,其结构形式复杂,内水压力传递比例不易控制,受力条件复杂,为分析探讨钢蜗壳在不同的垫层弹性模量和垫层包角作用下的自振特性,研究其自振频率与垫层弹性模量、垫层包角的关系,本文建立钢蜗壳的三维有限元模型,采用弹簧单元替代垫层和外包混凝土,考虑了垫层与钢板、混凝土与钢板接触效应,模拟了垫层和外包混凝土对钢蜗壳的作用。分析研究表明:钢蜗壳的自振频率随着垫层弹性模量的增大而增大,随着垫层包角的增大而减小,为机组的共振校核提供了一定的理论依据。     

垫层埋入法蜗壳结构设计的统计分析与研究

为了进一步对垫层埋入法蜗壳结构埋设方式进行总结提炼,对国内采用垫层埋入法的水电站进行了统计和分析,系统阐明了垫层埋入法的应用发展,指出了在高水头、大尺寸蜗壳结构上垫层埋入法的普遍适用性,总结了具有广泛应用性的垫层参数取值范围,即垫层厚度取20～30 mm,垫层弹性模量取1.5～3.6 MPa,垫层平面布置从蜗壳进口起始...     

关于水轮机蜗壳结构不平衡水推力初步研究

为研究内水压力作用下水轮机蜗壳产生的不平衡水推力,采用裸壳和三维实际结构2种计算模型进行有限元计算分析。结果表明：进口附近有伸缩节无止推环的保压蜗壳在运行期座环要承担较大不平衡水推力的受力状态与施工期受力状态有较大差别;垫层蜗壳蜗向局部设垫层时,座环承担的不平衡水推力明显大于垫层全包时的不平衡水推力。应重视不平衡水推力的不利影响。     

猴子岩水电站蜗壳垫层铺设方案分析研究

针对猴子岩水电站蜗壳垫层铺设范围,笔者拟定了四个方案,选取包含一个固定导水叶范围的扇形区进行分析,以进口断面的第一个管节建立数值计算模型,分别对蜗壳外包混凝土环向应力;钢蜗壳、座环环板和固定导叶应力分布规律;混凝土应力承载比、钢蜗壳和外包混凝土位移分布特征进行了分析研究,最终综合考虑蜗壳及外包混凝土应力、位移水平和施工难度确定了猴子岩水电站蜗壳垫层下末端铺至腰线。该铺设方案的应用可为类似工程参考。     

大型水电站厂房弹性垫层蜗壳结构研究

钢蜗壳与外围混凝土之间设置弹性垫层是我国大型水电站厂房常采用的一种结构型式,鉴于弹性垫层的最优摩擦系数以及内水压力向外围混凝土传递机理的不确定性,应用ANSYS有限元程序对某大型水电站垫层蜗壳进行钢衬-钢筋混凝土结构三维非线性有限元仿真研究,考虑钢蜗壳与外围混凝土之间的滑移接触特性,研究钢蜗壳与混凝土之间合理的摩擦系数...     

不同HD值下软垫层蜗壳结构优化分析

应用有限元模型分别对高低两种HD值下的水电站蜗壳结构进行分析,研究了软垫层材料的弹性模量、厚度以及铺设范围对蜗壳结构强度和变形的影响.通过不同HD值下垫层蜗壳的结构分析,得到水电站垫层蜗壳优化设计的规律性认识,进而明确了高HD值下垫层蜗壳结构设计的难点和重点,以及通过垫层优化设计的解决途径,从而进一步说明了高HD值蜗壳采用软垫层结构方案的可行性.     

溪洛渡水电站蜗壳垫层几何参数的选择

结合溪洛渡水电站工程具体情况,采用线性和非线性有限元方法,比较了蜗壳垫层铺设厚度及范围变化时对基础板最大竖向位移、最大裂缝宽度、有无贯穿性裂缝的形成、结构自振特性的影响,选择了较优的垫层几何参数。计算成果及分析方法可为巨型蜗壳结构的优化设计提供参考。     

巨型水轮机蜗壳软垫层埋设方式可行性论证

对于巨型水电站高HD值的蜗壳,国内外目前多采用打压埋设方式。但垫层蜗壳也有其明显的优点,能否在巨型蜗壳中采用,一直存在疑虑并缺乏工程经验,研究的成果也相对缺乏。以某巨型工程为例,采用数值模拟方法,重点从垫层蜗壳的静力强度、变形特性、整体刚度、自振特性、振动反应和疲劳特性等若干重要方面,对垫层蜗壳埋设方式的可行性加以论证,以期为蜗壳埋设方式的方案选择提供参考依据。     

水电站蜗壳垫层结构研究

应用三维非线性有限元研究了水电站蜗壳垫层的弹性模量、厚度和铺设范围对承载比的影响。为减轻钢蜗壳在上蝶边处的应力集中，提出在蝶形边附近一定范围内不设垫层。如果垫层铺到180°，则恰好该处外包混凝土较薄，易产生混凝土贯穿裂缝，若将垫层下延20°～30°，则该处外包混凝土变厚，可改善垫层末端混凝土受力状态。建议将垫层的厚度与弹模之比作为垫层设计的一个参考指标，并给出厚度与弹模的优化比值，可适用于一定PD值范围的蜗壳，供工程设计参考。     

水电站厂房蜗壳进口边界条件对止推环作用的影响研究

为了研究水电站厂房蜗壳进口边界条件对止推环作用的影响,采用ANSYS软件对某水电站地下厂房蜗壳结构进行三维有限元计算,研究了蜗壳进口不同边界条件和止推环对蜗壳结构受力特性的影响,提出了蜗壳进口边界条件的合理模拟方法。结果表明:设置伸缩节时,直埋蜗壳方案止推环只承担了不平衡水推力的5. 63%,低于垫层蜗壳方案时的29. 21%。而不设伸缩节时,考虑上游钢管和外包混凝土情况下,上游钢管承担的不平衡水推力相比不考虑上游钢管和外包混凝土的情况减小6%～19%。因此,无论上游钢管是否设置伸缩节,直埋蜗壳均不需设置止推环;对于垫层蜗壳,设置伸缩节时止推环可以起到较为明显的止推作用,但不设伸缩节时上游钢管或加劲环能够代替止推环的作用,可以考虑取消止推环。综合考虑蜗壳进口上游钢管对计算精度的影响、计算模型的复杂性以及计算工作量的增加程度,建议蜗壳计算模型中进口范围取至上游钢管中第一个加劲环,并施加轴向约束。     

聚氨酯软木垫层材料在水电站的应用

通过对聚氨酯软木垫层材料生产工艺的介绍和基本特性的分析,研究、对比分析了该软木垫层材料作为水电站钢蜗壳外包垫层的作用和效果,说明了聚氨酯软木垫层材料用作大、中型水电站钢蜗壳及压力引水钢管的外包垫层,具有优良的物理性能和良好的使用特点。