分析水电站垫层蜗壳座环受力机理研究

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1、第38卷第10期2012年10月水力发电水电站垫层蜗壳座环受力机理研究陈鹏，伍鹤皋，江畅f武汉大学水资源与水电工程科学国家重点实验室，湖北武汉430072)摘要：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。关键词：垫层蜗壳；座环；受力机理；有限元法；水电站ResearchonMechanica

2、lMechanismofStayRingofSpiralCasewithCushionLayerinHydropowerStationChenPeng，WuHegao，JiangChangfStateKeyLaboratoryofWaterResourcesandHydropowerEngineeringScience，WuhanUniversity，Wuhan430072，Hubei，China)Abstract：Inordertostudytheshearmechanismandcharacteristicsofstayringunderunbalancedhydraulict

3、hrustofspiralcase，a3-Dnonlinearmodelbasedonanactualhydropowerprojectissetuptocalculateandanalyzetheinfluencesofdiferentfactorsontheshearcapacityofstayring，suchastheplaneangleofcushionlayer．Theresultsshowthattheinfluenceofangleofcushionlayerinmeridionalsectionontheshearcanbeignored，buttheinflue

4、ncesofplaneangleofcushionlayer,expansionjoint,thrustring，cushionrigiditycoefficientandfrictioncoeficientam。greatertobepaidcloseattentioninthedesignofstayringstructure．KeyWords：cushionofspiralcase；stayring；mechanicalmechanism；finiteelementmethod；hydropowerstation中图分类号：TM730．312文献标识码：A文章编号：0559-

5、9342(2012)10-0057—03蜗壳和座环是水轮机重要的过流部件．结构型失效对座环抗剪更为不利。式上不仅要求其水头损失最小，并且应有足够的强为深入研究座环的受力机理．本文基于接触非度和刚度以保证机组的安全运行。以往对蜗壳结构线性理论，建立了考虑非线性接触的三维有限元模的研究主要集中在钢蜗壳及其外围混凝土的应力、型，针对有无伸缩节和止推环、垫层平面包角和子变形和承载比方面口-21。单独针对座环受力机理的研究午断面包角变化、垫层刚度系数变化和垫层摩擦系比较少。数变化等对座环剪力的影响规律进行全面的探讨。由于蜗壳的非轴对称性，内水压力对蜗壳的作以揭示垫层蜗壳座环的受力机理用最终合

6、成为一个指向下游的轴向力，数值等于蜗1计算模型与条件壳进口断面面积与内水压力的乘积．本文称之为不平衡水推力。该不平衡水推力主要由4个构件分1．1计算模型担：引水钢管承担的，座环承担的，止推环承根据某水电站地下厂房的具体布置，选取一标担的，混凝土结构承担的=一—。在不平准机组段建立三维有限元模型．沿厂房纵轴线方向衡水推力的作用下，座环与混凝土之间具有相对滑动的趋势，从而产生剪力(以下简称座环剪力)。有收稿日期：2012—03—09研究表明，在蜗壳进口附近不设伸缩节或设置止推基金项目：国家自然科学基金资助项目(51179141)环时，座环承担不平衡水推力很小网。另外，文献f4】作者简介

7、：陈鹏(1984一)，男，山东淄博人，硕士研究生，主的研究也表明，垫层的设置不利于座环抗剪，垫层要从事水电站压力管道和地下工程研究．WaterPowerVo1．38No．／0团zK／J反电2012年10月总长31ITI，沿厂房上下游方向宽度26．6m，高度方出所有节点的平均剪力，然后与总面积相乘：②对向从尾水管底板开挖高程1098．00ITI到发电机层楼每个节点的剪应力与其控制的面积进行积分[引板高程1141．50m，共43．50m在垫层平面包角(即从蜗壳进口断面开始