西龙池抽水蓄能电站蜗壳结构三维有限元分析

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1、天津大学硕士学位论文图使它们之间的受力互不传递，其内水压力完全由钢蜗壳承担，而外围混凝土结构只承受结构自重与上部传来的荷载。我国以往大中型水电站的钢蜗壳，大多都采用外加垫层的做法。国内采用这种结构的最大机组是李家峡水电站，单机容量400MW，装机5台，共2000MW。蜗壳承受静水头约140m，HD的设计值达1280m2。前苏联以前也多采用垫层蜗壳。总装机容量为4600MW、单机容量为225MW及250MW的布拉茨克水电站，以及装机容量5000MW、单机容量500MW的克拉斯诺雅尔斯克水电站都采用了垫层蜗壳。克拉

2、斯诺雅尔斯克水电站及其500MW机组也是世界上迄今为止采用垫层蜗壳的最大水电站和最大机组。蜗壳进口断面直径8．7m，设计内压(包括水锤)135m水柱，liD值1174．5m2。西方国家及日本的水电站采用垫层蜗壳相对较少。巴西仅在200MW以下的机组采用垫层蜗壳。美国个别电站，如路丁顿抽水蓄能电站(装机6台，单机343MW，水头113m，日本日立机组)采用的是这种结构。1．2．2充水保压蜗壳这种方式是常用的蜗壳埋入方式之一，采用这种结构其形成过程及工作原理是：在安装好的蜗壳进口焊接上闷头以及在座环内侧装上密封装置

3、，使蜗壳成为一个密封的压力容器，并向蜗壳内充水加压，使蜗壳产生一定的变形。在维持一定内水压力的情况下进行外围混凝土的浇筑，在浇筑完最后一仓混凝土一个星期后放水卸压。卸压后蜗壳与混凝土之间将产生间隙，这个间隙的大小和形状随着保压时的内水压力、蜗壳的边界条件、约束条件、保压浇混凝土时的水温、环境温度及气候条件等因素的不同而不同。在机组运行期间，由于运行水位的不同以及蜗壳的边界条件和约束条件的改变，运行时水温、气温等条件的变化，使得蜗壳与周围混凝土之间的间隙大小也随之改变。如果间隙量太大，则蜗壳将单独承受较大的内水压

4、力；如果间隙量较小，则蜗壳在产生一定的自由度变形后将与周围混凝土结构贴紧，并与混凝土结构一起共同承担一部分内水压力，该部分内水压力值为扣除蜗壳单独承受的内水压力值后剩余的压力值。在不考虑其他因素，仅从内水压力荷载来计算，蜗壳外围混凝土结构所承受的内水压力近似地等于设计水头与保压水头之差，即：H湿罄士=日设一H侯。充水保压蜗壳的主要优点在于：机组运行时，钢蜗壳能紧贴外围混凝土，使座环、蜗壳与大体积混凝土结合成整体，增加了机组的刚性，能避免钢蜗壳在运行时承受动水压力的交变荷载和因此产生的变形，也增加了其抗疲劳性能：

5、可以依靠外围混凝土改善由于座环与蜗壳相接处刚度突变引起的应力集中，减少2第一章绪论蜗壳及座环的扭转变形。这些都可以减少机组振动和变形，有利于机组稳定运行。这种结构对于大型机组和抽水蓄能机组更加重要，这也是这二种机组广泛采用充水保压蜗壳的理由。美国不成文的规范是采用充水保压浇筑混凝土的蜗壳。加拿大对中、高水头的大型机组蜗壳，也采用充水保压埋入法，其中有拉格朗德二级、邱吉尔瀑布等大型水电站。在巴西，巨型机组则采用充水保压蜗壳，例如伊泰普电站。西欧对大中型机组也多采用充水保压蜗壳。西方的单机容量超过500MW的水电站

6、，如大古力、古里等电站，无一例外，都采用充水保压蜗壳。还可以看到，高水头、大容量的可逆式抽水蓄能机组，也多采用充水保压蜗壳。1．2．3完全联合承载蜗壳这种结构是在钢蜗壳外面直接浇筑外围混凝土，钢蜗壳只承受部分内水压力，可以减薄钢板厚度。尤其对于巨型机组，缓解了钢蜗壳的技术困难；用钢筋代替了部分钢板的作用，可以取得经济效益；这种结构还具有很大的刚度和很高的安全性，对机组运行有利。但这种结构设计时需要更多的研究工作，钢蜗壳与外围混凝土的设计必须紧密结合、统一进行。这种结构在巨型机组中已有了成功的经验，但由于蜗壳内水

7、压力传递到外围混凝土的荷载较大，其配筋量较多，施工难度较大，故已建工程数量不多。前苏联是完全联合承载蜗壳(亦称钢衬钢筋混凝土蜗壳)的首创者。从20世纪60年代起，前苏联在克拉斯雅尔斯克和布拉茨克两座巨型水电站开展钢衬与钢筋混凝土联合承载的研究。为了降低座环与蜗壳连接处的弯曲应力，取消了此处1．5"-"2．Om范围内的软垫层，取得了良好效果。后来相继在努列克水电站(蜗壳设计压力380m水柱，单机容量300Mw)、英古里水电站(蜗壳设计压力550m水柱，单机容量260MW)、萨扬舒申斯克水电站(蜗壳设计压力286m

8、水柱，单机容量640MW)实现了完全联合承载的蜗壳。在设计时，由钢衬和外包混凝土共同承受内水压力，不考虑由钢衬单独承受内水压力，因而钢衬可以减薄。萨扬舒申斯克水电站及其640MW机组也是世界上迄今为止采用完全联合承载蜗壳的最大水电站和最大机组。据苏联专家称，今后大容量机组将主要采用这种蜗壳，而且完全有把握把这种结构应用于单机容量为1000MW的水轮机蜗壳。北欧国家和日本采用完全联合承载