某水电站蜗壳垫层方案结构分析研究.pdf

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1、2０16年第1９期（总第1９6期）江西建材水利工程某水电站蜗壳垫层方案结构分析研究12■贾召文，李先坤■1.大唐玉曲河水电开发有限公司，四川成都61００９1；2.大唐四川电力检修运营有限公司，四川成都61００９1摘要：通过对电站钢蜗壳与外围混凝土之问选用不同的垫层方案进行三维有限元计算，研究不同工况下垫层材料、垫层参数、铺设范围、传力比例及对蜗壳外围混凝土应力的影响，提出垫层布置和参数选用的推荐方案；关键词：结构分析计算蜗壳垫层方案参数水电站该电站为大渡河干流水电规划调整推荐22级方案的第15梯级电站，电站装机容量为4×17.5万ｋ

2、Ｗ。工程由粘土心墙堆石坝、3条泄洪洞和引水发电建筑物等组成。3电站设计单机引用流量443m／ｓ，机组额定水头45m，最大水锤升８９９.2m高程处为０.7８4ＭＰa，计及水重影响；（2）结构自重：包括混凝2压水头约为８０m。蜗壳进口断面直径９.55m，ＨＤ值约为764m，采用土、蜗壳钢板、座环和固定导叶的自重。其中发电机定子重：272t，转子钢蜗壳外设置垫层的蜗壳结构形式。连轴重：65０t，上机架重：53.5t，下机架重：1０7.5t，水轮机转动部分重：１计算研究缘由233t，单台水轮机总重：1354t；（3）其他荷载：主要包括定子基

3、础、下机鉴于电站水头较低，流量较大，蜗壳与外围混凝土之问设置了垫架基础传下来的竖向荷载，最后折算成施加在管节上表面的压力。层，因此机组运行可能对厂房结构产生较大振动。为弄清垫层蜗壳的２．３方案拟定工作状态、垫层材料的选取及其物理力学参数、厚度和铺设范围以及对垫层方案优化设计研究包括以下方案（见表3－1）：（1）取垫层弹外围混凝土的影响和蜗壳运行对厂房结构产生的振动影响等，十分有模Ｅ＝2.5ＭＰa，蜗壳下半圆钢板与混凝土为光滑接触，在确定的铺设范必要进行深入研究。通过结构分析计算提出厂房合理的结构布置、主围基础上，比较横断面内垫层铺设

4、范围在腰线高程上下变动的影响，计要构件的受力状态、结构动力优化的思路及机组振动监测布置的建议算以下5个方案：方案1：垫层铺设至腰线以上与腰线交角2０°；方案2：等，为设计及运行管理提供科学依据。垫层铺设至腰线以上与腰线交角1０°；方案3：垫层铺设至与腰线交角２计算分析０°（腰线处）；方案4：垫层铺设至腰线以下与腰线交角－1０°；方案5：垫本次研究通过选用不同的垫层方案进行三维有限元计算，研究不层铺设至腰线以下与腰线交角－2０°。（2）在相同的垫层铺设范围（方同工况下垫层材料、垫层参数、铺设范围、传力比例及对蜗壳外围混凝案3）情况下，

5、比较垫层材料参数的影响。考虑垫层的法向刚度和弹模土应力的影响，提出垫层布置和参数选用的推荐方案。选择大型通用与厚度之比有关，因此只变化垫层弹模，取垫层厚度为3cm，计算以下的结构分析商业软件ＡＮＳＹＳ，该计算软件可进行结构分析、热分析、电两个方案：方案6：垫层弹模Ｅ＝5ＭＰa；方案7：垫层弹模Ｅ＝1.25ＭＰa；磁分析、流体分析及耦合场分析等各种不同类型的计算，计算精度较（3）垫层铺设范围及垫层参数同方案3，研究蜗壳下半圆钢板与混凝土高，具有较强大的前后处理能力，计算的通用性和可靠性较好，计算结之问的摩擦系数ｆ的影响，计算以下两个方

6、案：方案８：摩擦系数ｆ＝果具有良好的可信度。０.25；方案９：摩擦系数ｆ＝０.5。２．１有限元计算模型模型范围：取蜗壳进口段包含一个完整固定导叶在内的扇形区域作为计算模型，采用轴对称模型。顶部取至下机架基础高程９０5.5m，底部取到８９０.９０m高程，左端取至机组段分缝处。边界条件：模型底部为全固定约束，顶部和机组分缝处视为自由。扇形区左右两个断面网格剖分完全相同，即左侧面内的某个结点和右侧面与其对应的结点沿水流向仅相差扇形区所张的中心角度，其它两个坐标相同。对应结点的自由度完全耦合，即视蜗壳及外包混凝土结构为周期对称结构。混凝土结

7、构由具有3个结点自由度的三维块体元模拟；蜗壳钢板由薄板单元模拟；固定导叶由厚板单元模拟；薄垫层和座环上下环板根表3－1计算方案据实际尺寸和形状也由具有3个结点的三维块体元模拟。整个有限元垫层范围模型共剖分单元121８８个，结点共1０54８个。垫层钢衬－砼方案弹模摩擦系数有限元网格剖分如图3－1和图3－2所示。整体坐标系坐标原点方案1方案2方案3方案4方案5取在机组纵轴线安装高程处，Ｙ轴为竖向，向上为正。计算区域的有限1●2.5ＭＰa０.０元网格剖分图。2●2.5ＭＰa０.０２．２基本荷载3●2.5ＭＰa０.０（1）蜗壳内水压力：按照

8、考虑水击作用的最大水头８０m计算，▽檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪导致大体积混凝土结构表面出现裂缝，影响整体施工质量。施工单位术开发，2０14（０6）：46－47.要质量