瀑布沟水电站厂房大型蜗壳结构设计与施工

瀑布沟水电站装机容量大,机组台数多,结构复杂。电站地下厂房蜗壳外围混凝土采用保压浇筑的方式。为确保机组运行稳定和结构安全,对机组及蜗壳外围混凝土结构进行了静、动力分析和模型试验研究。研究表明,在蜗壳保压1.40MPa下浇筑外围混凝土材料强度能满足要求。目前,全部6台机组均已安全投产,运行稳定。     

三峡电站厂房蜗壳外围混凝土结构设计综述

三峡电站厂房是三峡工程三大主要建筑物之一,是三峡枢纽的重要组成部分,电站装机容量大,机组台数多,结构复杂.电站厂房蜗壳外围混凝土,为大尺寸的异形钢筋混凝土结构,电站初期运行的上游水位与永久运行的上游最高水位相差40 m,采用保压浇筑蜗壳外围混凝土的方式施工.要使钢蜗壳在低水头运行时不会与外围混凝土结构间产生过多的间隙影响机组安全运行,在高水头运行时钢蜗壳也不至于过多地将内水压力传递给外围混凝土结构,对混凝土结构的安全不利,这便给该结构的受力分析、结构设计以及施工等都带来一定的难度,要保证水轮发电机组在各种工况下稳定运行,对蜗壳外围混凝土结构有许多需要认真对待和深入研究的问题.     

三峡电站蜗壳敷设软垫层浇筑外围混凝土研究

三峡电站厂房蜗壳外围混凝土结构由于其几何形态的奇异而成为三峡电站厂房结构中最复杂的结构之一.蜗壳外围混凝土结构在水电站中既是水轮发电机和钢蜗壳的支承体,也是主厂房上部结构的基础.在该结构设计中既要充分发挥钢蜗壳的承载能力,又要满足机组的安全稳定运行以及蜗壳外围混凝土结构的安全;并且还应该具有施工方法较简便、施工质量容易保证、工期较短等综合效益.因此在三峡水利枢纽工程单项技术设计阶段,长江水利委员会推荐的是电站厂房蜗壳采用敷设软垫层后浇筑外围混凝土的蜗壳埋入方案(简称垫层方案).但由于像三峡电站这种单机容量700 MW的巨型水电站在国内外尚无采用垫层方案的工程实例,因而在三峡工程单项技术设计审查阶段是有争议的.目前三峡电站左岸厂房采用的是保压浇筑蜗壳外围混凝土的方案,但是垫层方案以其混凝土结构承担内水压力小、施工方便、工期短、造价低等优点,在三峡电站建设中是保压浇筑蜗壳外围混凝土方案所难以替代的.因此对于垫层方案应该在单项技术设计的基础上做更进一步的研究.     

回龙抽水蓄能电站水轮机蜗壳充水加压值优化分析

回龙抽水蓄能电站地下厂房高水头、高转速可逆式水泵水轮发电机组采用中拆式整体结构（又称机墩组合结构）,整体结构中蜗壳采用充水加压浇筑外围混凝土的方式,其加压值的确定直接影响到机组的运行稳定和蜗壳外围混凝土的配筋设计。利用三维有限元法对不同加压值（取350．0m水头和370．0m水头）情况下蜗壳外围混凝土的应力状态及承载比进行了计算分析,并选定了蜗壳的充水加压值为350．0m水头。     

院士来信

《人民长江》编辑部 :　　您们好 !贵刊 2 0 0 3年第 1期发表文章《三峡电站厂房蜗壳外围混凝土结构设计综述》 ,读后有以下认识。国外 70 0MW机组 ,一般需要进行高压试验 ,即最高运行水压加 50 % ,试验其焊缝的安全。三峡水电站主厂房过小 ,不能安装裹头 ,要放到副厂房 ,影响施工进度。所以 ,虽然很多专家要做高压试验 ,我认为蜗壳焊接应是可靠的 ,所以同意不做高压试验 ,而坚持做保压浇筑外围混凝土 ,采用最小水头以下的水头进行保压浇筑。这是国外通用的经验。从而在低水头运行时 ,蜗壳与外围混凝土可以紧密接触 ,对机组运行稳定是有利…     

三峡电站保温保压浇蜗壳二期混凝土装置设计

要使三峡电站在一年四季各种水头(水温)下运行时,既要使蜗壳外缘与外围混凝土紧贴,又要使蜗壳外围混凝土受力适中,尽量减少钢筋配置,便于混凝土浇筑,保证施工质量.经过大量的分析研究,提出用保温保压的办法浇筑蜗壳二期混凝土,即浇筑混凝土时的蜗壳中心平面保压水头控制在70±1 m,水温控制在16～22℃,于是提出了在冬季浇筑蜗壳外围混凝土时,蜗壳内的压力水需要加温,夏季浇筑蜗壳外围混凝土时蜗壳内的压力水需要降温的问题.介绍了左岸电站充水保温保压浇筑蜗壳外围混凝土的升温装置和降温装置系统设计中几个主要技术问题,推导了传热计算公式,在此基础上提出加温、降温装置的设计,实际运行验证了本设计是正确的.     

浅析龙头石水电站厂房蜗壳混凝土浇筑优化

龙头石水电站厂房为地面厂房,厂房内安装四台单机容量为175 MW的机组,总装机700 MW。厂房长141.06 m,宽31.5 m,机组中心间距32 m,最大机组仓面为32.76 m×31.5 m。机组蜗壳为金属蜗壳,外包弹性垫层,布置双层φ32@10cm的钢筋网。根据类式机组蜗壳浇筑施工方案,为了确保蜗壳在浇筑过程中不变形,蜗壳浇筑一般按机组中心线和厂房中心线划分四个仓号对称浇筑。由于蜗壳钢筋直径大,钢筋间距密,导致分缝模板安装极其困难,模板与蜗壳接触无法严密,造成浇筑时混凝土漏浆。、混凝土浇筑后,蜗壳部分的模板拆除困难,常造成分缝模板拆除不尽,从而影响机组蜗壳混凝土质量。为了解决该施工难题,龙头石水电站厂房机组蜗壳施工中对蜗壳混凝土浇筑施工方案进行了改进,采用先浇筑机组中心线两侧混凝土,后整体回填机组周围混凝土的施工方案。该方案的采用,保证了机组蜗壳浇筑质量并加快了机组蜗壳混凝土浇筑施工进度。龙头石水电站运行两年来,机组蜗壳无异常现象,运行正常。     

大型水轮机蜗壳结构研究

结合某大型水电站，本应用三维有限元方法，对其蜗壳进行了三种结构型式的动静力计算，分析了外围混凝土的应力分布情况、承载比以及蜗壳结构的自振特性。结果表明：充水保压蜗壳结构，外围混凝土内应力均匀，拉应力值较小，承载比明确，整体结构刚度较大，有利于机组的安全稳定运行，是一种比较适合大型水轮机蜗壳的结构型式：并且这种蜗壳结构在减薄钢板厚度以钢筋代替钢板、缓解施工困难等方面具有较大的经济和技术潜力。     

某抽水蓄能电站充水保压蜗壳保压值优化研究

针对某抽水蓄能电站充水保压蜗壳,采用三维非线性有限元法,对不同的保压值下钢蜗壳及环向钢筋应力、外围混凝土应力及承载比、钢蜗壳与外围混凝土的接触状态等进行了对比分析。研究结果表明,保压值越大对外围混凝土的受力越有利,但过大的保压值会使得蜗壳与外围混凝土之间出现脱空现象,这对机组运行是不利的。该水电站蜗壳保压值为496 m左右时,可以在保证机组稳定运行的前提下更大程度的发挥钢材及混凝土受力特性。     

保温保压浇筑蜗壳二期混凝土的施工对策

蜗壳二期混凝土被称为电站厂房混凝土的“心脏”，是最关键和最难浇筑的部位。三峡左岸电站厂房采用对蜗壳充水保温保压模拟运转状态浇筑二期混凝土是一项新技术，目前在国内外属首例，施工质量对机组的安全运行及振动稳定具有至关重要的作用。     

三峡右岸电站15号机组蜗壳采用直埋方案探讨

三峡右岸电站厂房15号机组蜗壳直埋方案的研究,其分析方法是:根据该方案线弹性三维有限元计算结果,配置蜗壳外围混凝土结构所需的钢筋,根据此配筋示意图,进行蜗壳与外围钢筋混凝土结构联合受力的非线性三维有限元分析.其分析又分为静力分析与动力分析两种.研究结果表明,采用直埋方案蜗壳外围混凝土结构内水压力承载比高,配筋量大,对混凝土结构的长期安全运行仍有需深入研究的问题.     

黄金坪水电站蜗壳及弹性垫层结构设计

蜗壳及其外围钢筋混凝土结构是水电站厂房的重要部件之一,对水轮机蜗壳及外围混凝土结构设计进行研究并优化方案,关系到电站的长期安全运行。应用ABAQUS对黄金坪水电站垫层蜗壳结构进行三维非线性有限元计算与分析,指导蜗壳及垫层、外围混凝土结构设计。基于计算结果调整了蜗壳配筋及布筋方式,优化方案更利于结构安全运行。     

水电站蜗壳保压浇混凝土结构的三维仿真分析

三峡工程水电站厂房蜗壳采用保压浇外围混凝土的结构形式。为研究钢蜗壳与外围混凝土交界面的接触性态，分别对冬季和夏季浇混凝土情况进行了模拟施工过程的三维有限元仿真计算，给出了交界面在不同季节不同水位运行期的传力和间隙，结果表明温度对传力的影响显著。对冬季浇筑情况，研究了通过提高保压水温来减小高温季节高水位运行期的传力；对夏季浇筑情况，研究了通过降低保压水头来减小蜗壳混凝土在低温季节低水位运行期的间隙。     

三峡电站机组蜗壳直埋方案仿真模型试验研究

 三峡电站机组蜗壳HD(H表示水头,D表示蜗壳直径)值高,外围混凝土相对较薄,结构受力条件复杂。其埋设方式关系到机组的安全稳定运行。试验针对右岸电站15#机蜗壳直埋方案,运用仿真模型试验技术,采用1∶12 几何比尺制作钢筋混凝土整体模型。试验研究了在主要荷载作用下,结构的应力、应变和裂缝开裂状况,以及重复荷载对结构应力和裂缝开展的影响。并通过超载试验研究了混凝土裂缝的扩展规律和结构的承载能力。试验研究证实此直埋方案是可行的,结构是稳定的。     

156 m水位下三峡水电站15#机组厂房结构的振动安全研究

三峡水电站机组蜗壳HD值高，其埋设方式对厂房和机组的安全稳定运行具有关键的影响。蜗壳直接埋入法相对于垫层埋入法和充水保压埋入法而言，其外围钢筋混凝土承担的内水压力较大，但施工比较简单且节省蜗壳钢材，因此三峡水电站15#机组拟采用直接埋入法。文中在已有静力研究成果的基础上，分析了局部混凝土开裂后的厂房结构的整体自振特性和振动响应，并根据计算结果和振动标准对厂房结构的振动做了安全评价。     

景洪水电站机组与厂房现场振动试验研究与计算分析

对景洪水电站在直埋蜗壳外围混凝土结构存在裂缝情况下的机组振动状态进行了现场试验,同时测量了机组和厂房结构的振动,对厂房混凝土结构的振动水平进行分析评价。建立三维有限元模型,对厂房结构的自由振动和振动反应进行了分析,从振动的角度对直埋蜗壳方案的安全性和适用性做出评价,结果表明机组和厂房的振动水平在允许范围内,采用直埋式蜗壳结构的水电站的运行安全稳定性可以得到保证。     

大型机组蜗壳不同埋设方式的结构开裂分析

三峡电站水轮机组蜗壳采用保压、垫层、直埋3种埋设方式,其中左岸保压方案机组已安全稳定运行,直埋方案为国内首次应用于大型机组。为比较不同埋设方式下的结构开裂及位移等情况,并为垫层方案尤其是直埋方案机组提供借鉴,对蜗壳3种不同埋设方式下的蜗壳流道及外围钢筋混凝土结构进行开裂分析,研究裂缝分布、钢衬钢筋应力、结构位移等问题。计算结果表明：混凝土开裂范围和结构上抬位移均以直埋方案最大,保压方案最小;垫层方案和保压方案差别较小,可以成功运用于三峡机组,而直埋方案只要采取有效的结构加强措施,也能达到安全稳定运行的要求。     

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。     

三峡左岸电站蜗壳保压浇筑外围混凝土仿真计算

三峡工程左岸电站采用保压方式浇筑蜗壳外围混凝土。为研究钢蜗壳与外围二期混凝土交界面的传力以及可能存在的间隙,采用三维非线性有限元法,对左岸10#机组进行模拟施工过程的温度场与温度应力仿真计算,给出了在不同运行情况及不同季节时二者之间传力及间隙的变化。计算值与现场观测值有很好的一致性。     

直埋式蜗壳结构动力响应特性真机测试分析研究

水电站直埋式蜗壳的钢衬和外围混凝土完全联合承载,蜗壳内部的静动态内水压力很大的比例可以外传至外围混凝土结构,从而引起蜗壳结构较大的振动反应。采用数学统计和Welch法的功率谱估计分析方法,针对机组升负荷运行时蜗壳振动测试信号进行分析处理。结果表明,在升负荷运行时,尾水管脉动压力为主要水力振源;蜗壳内部脉动压力、蜗壳外围加速度与尾水管脉动压力变化趋势基本相同;同时揭示了直埋式蜗壳脉动压力振动能量的衰减、传递规律。可为直埋式蜗壳的机组与厂房的振动评估及动力反馈分析提供可靠的依据。