水电站非对称月牙肋岔管体型生成系统开发.pdf

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1、第38卷第11期人民黄河V〇1.38,No.112016年11月YELLOWRIVERNov.,2016【工程勘测设计】水电站非对称月牙肋岔管体型生成系统开发李斌宋海亭2,白正雄1(1.黄河勘测规划设计有限公司工程技术研究中心，河南郑州450003;2.黄河水利科学研究院工程力学研究所，河南郑州450003)摘要:针对水电站非对称月牙肋岔管结构体型、空间关系复杂，手算方法设计工作量大、设计效率不高的问题，根据新的水电站压力钢管设计规范对岔管体型提出的要求，从程序开发的角度出发，从各圆锥的几何关系入手，重新推导了相关公式，解决了体型生成中的关键问题;应用C++语言编制非对

2、称月牙肋岔管的体型生成程序，采用VTK图形库实现了系统的三维可视化功能。工程应用实例表明，该系统数据输入简单，人机交互性和可操作性好，输出体型方案齐全，能够将岔管体形设计和绘制设计图很好地结合起来，为月牙肋岔管的设计提供了一个方便可靠的工具。关键词：月牙肋岔管；体型生成；系统开发；C++语言；VTK图形库；水电站中图分类号：TB115.1文献标志码：Adoi:10.3969/j.issn.1000-1379.2016.11.027岔管是指输水管道分岔处的压力钢管管道，其在体型生成问题，提高设计工作效率和计算精度。输水建筑物中扮演着重要角色，在承受压力的条件下,1非对称月牙

3、肋岔管结构体型生成它将水从水库、前池或调压室中引入水轮机或其他设备，以满足发电、供水等要求。在我国已建或在建的水1.1设计的基本要求电站输水系统中，钢岔管被广泛采用。岔管的结构型非对称月牙肋岔管的体型设计，主要已知条件为式有许多种，其中月牙肋岔管是目前国内采用最多的主管、支管管径及两条支管之间的夹角等主要参数。岔管型式,其具有受力明确合理、设计方便、水流流态常规的岔管体型设计基本上是从半锥顶角和转折角计好、水头损失小、结构可靠、制作安装方便等优点，在国算开始，在计算腰线长和轴线长的基础上，通过计算三内外大中型常规水电站和抽水蓄能电站地下埋管中得锥相交斜切角和三轴线的交角，

4、求得三锥相交相贯线到广泛应用。交点的坐标，并利用底圆半径及相应圆心角最后确定月牙肋岔管结构体型、空间关系复杂，在实际工程相贯线各控制点的坐标。计算过程、公式繁杂,可变因设计时通常采用手算方法来设计岔管结构，工作量大素较多，容易出错。且繁琐，效率和精度不高。近年来，许多研究者在体型在现行的水电站压力钢管设计规范中，为了保证自动化生成方面做了大量的研究工作：有采用二维所设计岔管体型能够有较好的受力条件和较为经济的CAD作图或对二维CAD进行二次开发，对岔管的外钢材用量，在总结以往设计建造经验的基础上,给出了部体型和月牙肋肋板体型进行设计的[1_5];有通过编月牙肋岔管体型设计

5、的限制条件，指出岔管体型参数制月牙肋岔管的体形优化设计程序，提高设计工作效应符合下列规定:①分岔角0=55°〜90°为宜;②钝角率的[5_7];也有利用月牙肋岔管三维参数化设计的方区腰线折角a。=10°〜15°为宜；③支锥管腰线折角法，实现月牙肋岔管的三维参数化设计的[8];还有通〜矣20。、％矣20。为宜，主锥管腰线折角〜=10。〜15°过对三维建模软件CATIA进行二次开发，快速完成月为宜;④最大公切球半径K0宜为主管半径r的1.1〜1.2倍;⑤管节直径为(单位mm),各管节的管壁厚度牙肋钢岔管体型设计的[9_10]。这些研究都从某些方面^不应小于6mm和fl/800

6、+4的大值;⑥因为要满足焊实现了特定方案的体型生成，提高了设计效率,但缺乏多方案自动生成并进行比选的内容。缝间距不宜小于10倍的管壁厚度t、300mm及3.5rt笔者根据新的水电站压力钢管设计规范对岔管体收稿日期：20150906型所提出的要求[11—12],从程序开发的角度出发，从各基金项目：黄河勘测规划设计有限公司自主研究开发项目圆锥的几何关系入手，重新推导相关公式，解决体型生(2014-ky07)。作者简介：李斌（1966—)，男，河南内乡人，高级工程师（教授成问题，编制完成非对称月牙肋岔管的体型生成程序，级），主要研究方向为工程数字化和数值仿真分析。来有效解决工程

7、中所需的经济合理、安全可靠的岔管E-mai1：1ibin0371@foxmai1.com•111•人民黄河2016年第11期三者的大值，所以各管节的长度应满足上述要求。y=_K0(3)因此,在岔管的设计中应优先满足设计规范提出式(2)和式(3)联立便可求出直线fifi21与直线4411交的建议值,这样可以避免确定的岔管体型不满足工程点fi货坐标，同理求出直线fl421与直线44u交点fl，的要求。坐标。由两点式可分别求出直线fi“和flfil勺方程，1.2相贯锥控制点坐标确定这两个方程联立求解便可得到相贯点G的坐标。作为最基本