高水頭電站地下埋藏式鋼岔管體型結(jié)構(gòu)優(yōu)化

格曲二級水電站最大水頭近400m,發(fā)電引水隧洞的斜井段和下平段采用埋藏式壓力鋼管,不同管道設(shè)計方案對發(fā)電引水隧洞具有不同影響。通過分析不同管壁厚度設(shè)計產(chǎn)生的結(jié)果,對水電站高水頭埋藏式壓力鋼管設(shè)計方案進(jìn)行比選。經(jīng)計算,按明管設(shè)計比較安全,施工速度快,但偏于保守,鋼材用量大;按埋管設(shè)加勁環(huán)設(shè)計鋼材總量小,但施工難度大,影響混凝土澆筑和接縫灌漿的密實性,不易保證施工質(zhì)量;按埋管不設(shè)加勁環(huán)設(shè)計鋼管用量介于兩者之間,且施工難度低,速度快,可保證混凝土澆筑和接縫灌漿的施工質(zhì)量。故推薦采用埋管不設(shè)加勁環(huán)設(shè)計。

采用三維有限元方法對石門坎水電站鋼岔管結(jié)構(gòu)體形進(jìn)行優(yōu)化,考慮施工中的不確定因素,就總縫隙寬和圍巖彈性抗力進(jìn)行了敏感性分析。結(jié)果表明:在一定的平面布置條件下,岔管管殼應(yīng)力集中的程度取決于管殼母線間的轉(zhuǎn)折角大小;縫隙大小對埋藏式岔管的應(yīng)力分布影響較為敏感,縫隙越小,圍巖分擔(dān)作用越明顯;圍巖對岔管的應(yīng)力大小及分布影響顯著。

為了更深入地了解埋藏式岔管與外圍結(jié)構(gòu)聯(lián)合承載的力學(xué)機(jī)理,采用三維有限元法對岔管與外圍結(jié)構(gòu)聯(lián)合作用做了精細(xì)的力學(xué)仿真.嘗試了一種新的模型,即設(shè)置回填混凝土網(wǎng)格,模擬鋼岔管、混凝土、圍巖三者之間的兩道縫隙及其力學(xué)接觸行為,考慮混凝土承載后的塑性變形特征.結(jié)果表明,岔管與外圍結(jié)構(gòu)在空間中的相互作用過程復(fù)雜:由于岔管與外圍結(jié)構(gòu)聯(lián)合承載,使鋼材強(qiáng)度得到了充分的發(fā)揮;回填混凝土未沿徑向均勻開裂,基于此假定的力學(xué)模型值得商榷;回填混凝土變形應(yīng)被充分重視,有些部位的壓縮變形甚至大于結(jié)構(gòu)間原始縫寬,不利于聯(lián)合承載;兩道縫模式得出的內(nèi)水壓力圍巖分擔(dān)率明顯低于一道縫模式,后者可能高估了圍巖分擔(dān)率.研究成果為埋藏式岔管受力分析提供了一種新模式.

采用三維有限元方法,應(yīng)用自編的彈簧單元加載程序和ansys軟件,考慮鋼岔管與圍巖間的縫隙值,按岔管與圍巖聯(lián)合承載,對某水電站的埋藏式月牙肋鋼岔管進(jìn)行了結(jié)構(gòu)計算,分析了鋼襯、混凝土襯砌與圍巖聯(lián)合承載結(jié)構(gòu)特性,探討了圍巖性能和初始縫隙值的敏感性。結(jié)果表明,鋼岔管與圍巖聯(lián)合承載時鋼襯及肋板應(yīng)力變化梯度趨于平緩,圍巖約束鋼襯的位移使其分布趨于均勻,采用彈簧單元模擬回填混凝土和圍巖有效、可行。

構(gòu)皮灘水電站5臺水輪發(fā)電機(jī)組中有4臺機(jī)組采用2臺機(jī)組共用一尾水調(diào)壓室的布置方式,鑒于尾水調(diào)壓室底部原設(shè)計采用矩形交匯的體型致使水流狀態(tài)紊亂,導(dǎo)致水頭損失較大。為此,應(yīng)用最新的cfd技術(shù)對岔管體型進(jìn)行優(yōu)化先確定設(shè)計方案,然后進(jìn)行了模型試驗,并對數(shù)值計算和模型試驗結(jié)果進(jìn)行了對比分析,為工程設(shè)計提供了科學(xué)的依據(jù)。

介紹大盈江四級水電站引水系統(tǒng)的壓力鋼管道及岔管設(shè)計,設(shè)計最大內(nèi)水壓力4.23mpa,最大外水壓力140m水頭,設(shè)計采用沿鋼管布置排水洞的方式降低鋼管的外水荷載.y形月牙肋岔管,hd=2530m2,岔管管壁為600mpa級高強(qiáng)鋼,月牙肋為16mnr,其肋板厚度為200mm,為岔管管壁的3.03倍.2009年7月31日4臺機(jī)組全部發(fā)電.目前鋼管道運(yùn)行良好.

越南小中河水電站,被稱為東南亞第1高水頭臥式水輪機(jī)組電站.該電站設(shè)計水頭863.6m,壓力鋼管的鋼岔管為卜型月牙肋型.介紹鋼岔管在制造中焊接、熱處理、水壓試驗工藝技術(shù),解決了高水頭低合金高強(qiáng)度鋼岔管制造的難點,通過采取埋弧自動焊、co2氣體保護(hù)焊的焊接、熱處理工藝措施后,確保了鋼岔管的制造質(zhì)量和效率,焊接的焊縫超聲波探傷1次合格率達(dá)98.6%以上,射線探傷1次合格率也達(dá)99%.

云南芒牙河一級水電站是一個徑流式高水頭電站,壓力鋼管道采用明管和埋管相結(jié)合布置形式。對埋管段結(jié)構(gòu)分析,根據(jù)規(guī)范解析法的計算結(jié)果,并參照類似工程設(shè)計經(jīng)驗,采用有限元計算方法對埋管段進(jìn)行優(yōu)化分析,確定鋼管壁厚和抗外壓穩(wěn)定的加勁措施。

長甸水電站改造工程為引水式水電站,引水壓力鋼管內(nèi)徑為6.0m,分為明鋼管和埋藏式鋼管兩部分,根據(jù)內(nèi)壓應(yīng)力計算和抗外壓穩(wěn)定分析計算,確定埋管段鋼管壁厚為18mm。

云南省多底河水電站系目前已建的亞洲第三高水頭的水電站,這座超高水頭水電站,位于云南省楚雄州大姚縣三臺鄉(xiāng)境內(nèi)金沙江一級支流多底河中上游,電站裝機(jī)容量2×20mw,壓力鋼管岔管結(jié)構(gòu)材料首次采用15mnnbr容器鋼,在岔管加工廠內(nèi)完成了原型水壓試驗。本電站岔管設(shè)計,對高水頭水電站岔管材料的使用及水壓試驗有一定的借鑒作用,也為今后其它工程提供技術(shù)依據(jù)及經(jīng)驗。

對具有高水頭、大單寬流量的泄洪建筑物,工程中通常采用強(qiáng)迫摻氣減蝕措施防止壁面發(fā)生空蝕破壞。本文主要通過物理模型試驗研究方法,對高水頭龍?zhí)ь^明流泄洪洞反弧段下游底板和側(cè)墻摻氣減蝕進(jìn)行了研究,提出了一種底部突跌凸型坎和側(cè)墻加貼角聯(lián)合摻氣的新型摻氣坎,解決了洞頂余幅、底空腔內(nèi)回水和突縮引起摻氣坎后形成水翅之間的問題。采用這種新型的摻氣坎體型后,底空腔內(nèi)沒有回水,同時消除了反弧段后側(cè)墻出現(xiàn)的清水區(qū);側(cè)空腔暢通并直接和底空腔相連,對側(cè)墻和底板都起到了很好的保護(hù)。該體型對類似工程的設(shè)計及修復(fù)具有一定參考價值。

高水頭水電站泄洪洞出口挑流鼻坎體型研究——高水頭水電站泄洪洞出口挑流鼻坎體型研究　　某高水頭水電站泄洪洞出口挑流鼻坎，原設(shè)計方案采用雙邊對稱擴(kuò)散形式，經(jīng)試驗驗證下泄水流對下游河床右岸有較嚴(yán)重的沖刷影響。本文在理論計算的基礎(chǔ)上，結(jié)合多方案的水...

龍灘水電站為地下廠房壓力引水式電站,采用單管單機(jī)供水方式,壓力鋼管內(nèi)徑10m,最大hd值達(dá)2453m2,為特大型鋼管。鋼管管壁厚度18~52mm,采用16mnr級鋼板(厚18~32mm)和610mpa級鋼板(厚32~52mm),加勁環(huán)采用q345-c級鋼材。地下埋管入巖段外包厚1500mm的c25鋼筋混凝土,配ⅱ級鋼筋,其余地下埋管外包厚600mm的c20素混凝土。對龍灘水電站埋藏式加勁壓力鋼管抗外壓穩(wěn)定性進(jìn)行了校核計算。在校核計算過程中,采用了解析法和半解析有限元法等多種計算方法,并且綜合考慮了初始縫隙等缺陷因素對壓力鋼管抗外壓穩(wěn)定性的影響。對水電站埋藏式加勁壓力鋼管的穩(wěn)定性設(shè)計具有一定的借鑒作用。

四川省水能資源豐富,水電所占比重較高但多為徑流式發(fā)電,調(diào)節(jié)性能較差,因此在我省高水頭電站中設(shè)置日調(diào)節(jié)池十分必要,并具明顯優(yōu)勢。同時本文還介紹了日調(diào)節(jié)池的多種布置方式,通過經(jīng)濟(jì)效益比較和實例分析,建議積極推廣日調(diào)節(jié)池,實現(xiàn)水電資源的優(yōu)化配置,最大程度的提高電站的經(jīng)濟(jì)效益。

某高水頭水電站泄洪洞出口挑流鼻坎,原設(shè)計方案采用雙邊對稱擴(kuò)散形式,經(jīng)試驗驗證下泄水流對下游河床右岸有較嚴(yán)重的沖刷影響。本文在理論計算的基礎(chǔ)上,結(jié)合多方案的水工模型試驗,對泄洪洞挑坎體型進(jìn)行了改進(jìn)優(yōu)化,達(dá)到了消能防沖的目的。試驗成果表明,高水頭電站泄洪消能工的布置及體型設(shè)計,應(yīng)根據(jù)當(dāng)?shù)氐刭|(zhì)條件、下游河道走勢、抗霧化能力等因素而變化,通過模型試驗是必要的。

高水頭電站具有建筑物等級低、分散、線路長等特點,所跨地域高差大、坡度陡,多建在深切河谷區(qū)的高陡山坡。分析了活動斷裂、取水閘壩建基面選擇、前池及調(diào)壓井地質(zhì)缺陷、山坡失穩(wěn)、廠房軟基等問題,并提出了相應(yīng)的解決措施。

針對柳洪水電站高水頭充水保壓混凝土蝸殼,進(jìn)行了充水保壓值優(yōu)選;根據(jù)選定的充水保壓值,采用三維有限元方法對蝸殼和外圍鋼筋混凝土進(jìn)行了非線性分析,并對二者在溫度荷載作用下的應(yīng)力與變形情況進(jìn)行了計算分析;對蝸殼的振動特性進(jìn)行了初步分析.

在對比水電站埋藏式壓力鋼管的受力分析方法的基礎(chǔ)上,分別用一實際工程作為算例進(jìn)行內(nèi)水和外水作用下的受力分析,并與按規(guī)范方法所得的結(jié)果進(jìn)行對比,表明本文的方法可行,可全面地分析埋藏式壓力鋼管分別在內(nèi)水和外水作用下的工作特性。

根據(jù)卡隆卡水電站的工程規(guī)模和特點,選用內(nèi)加強(qiáng)月牙肋鋼岔管,利用自行編制的計算機(jī)輔助設(shè)計程序進(jìn)行岔管體形的優(yōu)化設(shè)計,并采用三維有限元法對所設(shè)計的岔管進(jìn)行計算分析。計算結(jié)果表明,經(jīng)過優(yōu)化設(shè)計的鋼岔管結(jié)構(gòu)安全、合理,不僅可以滿足運(yùn)行要求,而且使最大管壁厚度減小為32mm,與直徑的比值為2.3%,分別小于規(guī)范規(guī)定的36mm和t/d值為2.5%(q390鋼),可以滿足鋼材冷加工的要求,解決了高水頭、小直徑鋼岔管加工工藝上的困難。

減壓閥在高水頭電站技術(shù)供水應(yīng)用經(jīng)驗

擇要總結(jié)天湖水電站1986年5月至1990年12月各階段設(shè)計中(不包括1993年的規(guī)劃修訂部分),關(guān)于工程總體布置和突破技術(shù)難題的途徑這兩方面的內(nèi)容。本電站具有三大自然條件優(yōu)勢——總落差大、水量豐沛、地質(zhì)條件好,其中落差大是主導(dǎo)性優(yōu)勢。這些物質(zhì)基礎(chǔ)優(yōu)勢應(yīng)當(dāng)充分發(fā)揮,以免浪費(fèi)。本區(qū)域水力資源合理開發(fā)方案的取得,離不開對于總落差的正確劃分。務(wù)使利用逕流量與電站水頭兩者之問得到最優(yōu)的匹配,從而獲得最多的設(shè)計年發(fā)電量,定出最優(yōu)的電站設(shè)計水頭。本電站工程建設(shè)中存在三大技術(shù)難題——壓力井洞、壓力鋼管、水機(jī)設(shè)備,皆因超常高水頭所引起。突破技術(shù)難題的途徑主要是開展跨行業(yè)技術(shù)協(xié)作,實行“技術(shù)嫁接”。天湖水電站的實現(xiàn),客觀上是其高水頭優(yōu)勢的實現(xiàn)。

云南省祿勸縣洗馬河賽珠水電站為小流量高水頭電站,引水系統(tǒng)采用一洞三機(jī)的供水方式,設(shè)計推薦球形岔管結(jié)構(gòu),并對其補(bǔ)強(qiáng)環(huán)的尺寸、球形岔管應(yīng)力分布及變化規(guī)律采用結(jié)構(gòu)力學(xué)法計算。文章介紹了球形岔管的制作工藝及水壓試驗過程,強(qiáng)調(diào)了球形岔管選取恰當(dāng)?shù)闹谱鞴に噷|(zhì)量控制的重要性。該水電站高水頭球形岔管焊接完成后經(jīng)超聲波探傷和x射線探照,安裝焊縫一次合格率達(dá)到100%,整個成形焊縫未發(fā)現(xiàn)超標(biāo)缺陷,鋼管投入運(yùn)行后情況良好。