水建筑钢衬设计材料论文.doc

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1、水建筑钢衬设计材料论文三峡二期工程左岸电厂设有14台单机容量700MW发电机组，总装机容量9800MW，根据坝前河床地势及枢纽布置条件，经充分论证和试验，分别于厂房安装场Ⅱ设置一孔及安装场Ⅲ设置两孔共三孔排砂冲淤孔道，其位置分别位于机组进水口下方75.00和90.00高程(底坎)，出口分别位于机组尾水口上方60.50和57.50高程(底坎)，排沙孔轴线长分别为169.1m和160m，由进口渐变段以下全部采用钢衬砌衬护。其主要功能为在确保机组发电效益条件下，最大限度降低坝前泥沙淤积以及减轻泥砂等悬移质对水机的磨损。二期工程泄洪坝段泄洪深

2、孔共有23孔，为枢纽工程主要泄洪通道，为解决水力学复杂条件对建筑物过流面可能造成的不利影响，于上游事故检修门至弧形工作门区段高流速区采用钢衬砌保护。永久船闸输、泄水廊道反向弧形工作门门井区段为改善水力学条件并减轻磨蚀问题，亦采用钢衬砌保护。电站排沙孔钢衬砌和泄洪深孔钢衬砌以及船闸廊道反弧门处钢衬砌等其功能具有诸多相似之处，本文仅以排砂孔为例，简要介绍钢衬砌设计选材考虑的一些因素和思路。1过流面钢衬设计选择6学海无涯电站排砂底孔和泄洪坝段泄洪深孔等高流速过水建筑等由于孔道多，枢纽建成后，其管理维护工作量大，故在枢纽工程布置及工程设计阶段

3、，根据运行水位和长江水质特性，经科学论证和试验，充分考虑到在高速水流并伴有一定泥砂等悬移质作用下，其水道过流面若材料选择不当，因水力学问题，必然引起空化、气蚀、磨损和腐蚀等，进而可能危及建筑物的安全，为此，综合上述问题进行了深入的研究和论证，直至模型试验，并结合国内外水利工程成功经验，在科学基础上除对过流面钢衬的结构布置、锚固方式进行研究外，尤其对材料品种与特性等进行了多方案比较和筛选，通过试验研究表明，若采用传统材料，不能满足三峡工程使用工况，其运行维护难度和费用也是可想而知的，因此，要求设计所选材料除需满足正常运行基本条件外，尽可

4、能延长使用寿命，且不致给施工、运行维护带来不便，同时还要综合考虑工程造价是否合理、市场货源保证是否可靠等因素。通过大量的调研和论证，最终选择钢基不锈钢复合板作为排砂孔和泄洪深孔以及反弧门门井区段过流面起保护作用的钢衬砌。基于不锈钢复合板自身固有的特性，其主要优点表现在以下八个方面，即：①在确保机械性能前堤下，根据结构构造要求，适易于切削冷加工和冷弯成型，具有优良的可焊性和可操作性，并相对减少施工的难度或工序。②可大幅度提高抗蚀能力，相对减少运行维护频率和防腐费用，从而使运行管理工作量得到一定程度的改善。③成品结构表面平整光滑，糙率小，

5、界面水流条件得到很大程度改善，最大限度降低了可能产生空化气蚀问题的机率。④可充分发挥不锈钢固有的“疲性”，即机械磨擦的粘性，以减小水体中泥砂等悬移质对水道过流面的磨损，达到延长使用寿命的目的。⑤复合板在冲击波作用下，通过高温高压而结合，两种性质的材料其自身固有频率不同，当高速水流冲击而引起的振动波经由复合板传导时，可起到一定的削峰作用，从而使建筑物抗振能力有所提高。⑥过水道由于水力学条件复杂，因而在结构上对过流面的要求也相对较高，施工难度极大，而钢衬结构因事先通过机械方式整合成型，现地仅组装拼焊成整体，即取代了模板，也减轻了模板支护工

6、程量和施工难度，对加快施工进度具有极大的促进作用，两者相加，其工程投资也相应减少，更重要的是减少了对过流面后续的处理工作难度。⑦相对于全不锈钢而言，复合钢板的价格较低，加之施工期作为模板替代物，综合分析，在一定程度上使工程造价有所降低，也加快了施工进度，同时也可促进复合板材料在水利工程上的广泛采用。⑧可避免微生物的浸蚀及电化学腐蚀。(如丹江口水利枢纽泄洪深孔钢衬砌采用16Mn钢板衬护，其表面曾出现大片受微生物浸蚀的锈包，深度达3.8mm，再如葛洲坝二江电厂排砂孔平面定轮工作门由于长期处于挡水工作状态，静水条件下，由于微生物的浸蚀，挡水

7、五年后提门检查，其面板局部片状蚀坑深度达6mm之多，故运行管理部门总结出，类似的部位最好选用不锈钢衬护。)2复材性能的选择6学海无涯一般情况下，水工建筑物之水道过流面建筑材料的磨损，主要成因由三个基本要件决定，即：材料受高速流动的水力冲刷导致的磨损；随水体运动的固体颗粒对材料的机械磨擦磨损；水体流动产生的机械振动裹动着空气形成气泡，当气泡受水流运行而压缩，爆裂时产生的应力使材料表面出现空穴，并在水流连续作用下导致空穴冲刷磨损，即气蚀现象。而影响冲刷磨损、腐蚀的主要因素又分为外部和内部两大因素，外部因素取决于介质的特性，如水流速度和能量

8、，水体中固体颗粒的含量、硬度、大小与形状以及冲击角等，内部因素取决于疲劳强度因子σ′和应变强化指数(n′)以及材料的硬度、强度等；冲刷过程还改变材料表面氧化层的成分和形态。不锈钢族中的双相不锈钢对前述特性更具优异性，它兼