宝泉电站水泵-水轮机座环/蜗壳安装技术

宝泉电站EM3标共安装4台30万kW机组,其中,座环/蜗壳安装是水泵水轮机重要埋件,其拼装焊接及安装应符合标准规范以及施工图纸与技术文件等要求,是施工质量关键控制点.对宝泉电站机电安装工程的水泵-水轮机座环/蜗壳安装部分采用的技术措施作了系统的论述,针对各项安装工艺作了具体介绍,提出了一些创新技术措施,为其他抽水蓄能电站机组座环/蜗壳安装提供了相关参考.     

水轮机顶盖-座环联合受力刚强度计算及校核

顶盖是水轮机中既有支撑又有过流作用的重要部件,顶盖及其联接螺栓既承受周围各部件的作用力,又承受随运行工况而改变的水压载荷,其刚强度对水轮发电机组的安全、稳定运行至关重要。本文建立了某电站混流式水轮机顶盖、座环及其联接螺栓的整体三维几何模型,考虑螺栓预紧力,采用ANSYS有限元分析软件对顶盖整体结构有限元模型在升压工况下进行刚强度计算分析。计算结果显示,顶盖及其联接螺栓刚强度满足规范要求,能够充分保证该水轮机组的运行可靠性。     

水泵水轮机顶盖螺纹副安全校核及应力分析

抽水蓄能电站在电网中往往承担着调峰、调频、事故备用等作用,水泵水轮机组启停频繁,运行工况多变,对于顶盖和座环的连接螺栓而言,受力更加复杂,对螺纹副连接的安全校核至关重要。同时,螺纹副的特殊结构决定了其应力分布并不均匀,掌握其应力分布规律有利于更好地进行螺纹副连接的校核及优化设计。文章在对某蓄能电站顶盖座环连接螺栓的螺纹副进行安全校核基础上,考虑弹塑性变形条件,采用有限元方法对含螺纹在内的顶盖座环整体结构开展计算,得到螺纹副应力分布规律,对水泵水轮机顶盖座环连接结构进一步研究和探索。     

水轮机座环与蜗壳结构刚强度静力分析

根据某大型水轮机座环蜗壳的结构特点，运用I－DEAS MASTER SERIESV6.1有限元分析软件对其结构进行了较为详细的刚强度分析，取得了该座环蜗壳在各种工况下的应力水平和变形情况。     

水轮机座环蜗壳组合缝的焊接及其工艺评定

广蓄电站二期工程共安装四台单机容量为３００ＭＷ的混流式水泵———水轮发电机组，其水轮机和发电机设备分别由德国伏依特（ＶＯＩＴＨ）公司和西门子公司制造。由伏依特公司分两瓣制造供货的水轮机座环蜗壳部件运到电站厂房安装间组合焊接成整体，并在加工好座环上下平面后再吊入机坑安装。座环和蜗壳分别用德国产的ＧＳ－２０ＭｎＭｏＮｉ５５铸钢和ＳＴＥ６９０Ｖ高强钢制成，这两种钢都是低碳调质高强钢，用于我国水轮机座环蜗壳中尚属首次。本文简要介绍水轮机座环蜗壳组合缝的焊接工艺、焊接质量控制及组合缝焊接前所进行的焊接工艺评定，可为其它大型电站类似高强钢部件的焊接提供借鉴。     

预紧力水轮机顶盖与座环全三维联合受力强度分析

顶盖是水轮机中既有支撑又有过流作用的重要部件,顶盖及其联接螺栓既承受周围各部件的作用力,又承受随运行工况而改变的水压载荷,其刚强度对水轮发电机组的安全、稳定运行至关重要。本文建立了某水电站混流式水轮机顶盖、座环及其联接螺栓的全三维有限元计算模型,考虑螺栓预紧力,采用ANSYS有限元分析软件对顶盖整体结构有限元模型在升压工况下进行刚强度计算分析。结果表明:顶盖及其联接螺栓刚强度满足规范要求,能够充分保证该水轮机组的运行可靠性。     

斯里兰卡M坝电站机组座环、蜗壳安装方法

座环是安装水轮机的基准,因此座环的高程、中心、水平度应严格按质量要求调整好,尤其是座环的水平度,将直接影响底环、顶盖等的水平度与垂直度。蜗壳是为了使由压力管道引进来的水流能够以较小的水利损失,均匀而呈轴对称地进入转轮,所以设置了蜗壳。因此安装好座环、蜗壳对下一步的机组安装、运行起着至关重要的作用。本文主要讲述斯里兰卡M坝电站座环、蜗壳安装方法,并以此作为其他类似工程的经验借鉴。     

四川关州水电站水轮机结构设计

关州水电站为高水头、大容量的混流式水轮机机组,水轮机设计技术参数、结构件强度要求高。对水轮机转轮、转轮摩擦传递扭矩方式、转轮止漏装置、导叶传动机构、主轴下法兰对转轮补气结构、顶盖和蜗壳座环的优化设计和蜗壳水压试验工具的设计。     

基于ANSYS Workbench的水轮机顶盖螺栓有限元分析

水轮机的工况转换频繁,顶盖与座环之间的联接螺栓在受到荷载的作用下,如若发生松动或者断裂,就会造成水淹厂房甚至机毁人亡的严重后果。利用ANSYS Workbench软件建立水轮机顶盖与座环联接螺栓的计算模型,采用有限元分析方法,计算分析在不同甩负荷工况下,联接螺栓所受的最大应力以及危险截面所处的位置。计算结果表明:在甩82.5 MW负荷时,联接螺栓所受的应力最大。采用超声波在线监测预警系统对最危险螺栓进行实时监控,防止意外发生。     

桐柏抽水蓄能电站座环、蜗壳的安装

介绍了桐柏抽水蓄能电站水泵/水轮机解决座环、蜗壳的安装,包括座环、蜗壳的拼装、焊接、吊装、安装调整及蜗壳水压试验,安装中出现的问题和解决问题的办法。     

直埋式蜗壳三维非线性有限元静力计算

直埋式蜗壳具有明显的优势，但在我国迄今尚无实际的工程应用。三峡右岸电站15#机组蜗壳拟采用直埋式方案，蜗壳结构的可靠性、机组运行的稳定性等都需得到数值计算和模型试验的验证。为此，本文运用钢筋混凝土弹塑性断裂损伤模型对该蜗壳结构进行了三维非线性有限元分析，得到了钢材的应力、混凝土损伤范围、混凝土裂缝宽度和结构位移。计算结果表明，直埋方案从强度上可以保证蜗壳结构的安全，若能采用适当的工程措施，将混凝土裂缝宽度限制在规范限定的要求以内，那么三峡右岸电站15#机组蜗壳采用直埋方案是完全可行的。     

三峡水电站直埋式蜗壳结构的非线性分析

本文结合三峡水电站,采用三维非线性有限元法对右岸某机组段直埋式蜗壳结构的受力和变形特性进行分析。数值计算模型考虑了钢衬和外围混凝土之间的摩擦接触、混凝土材料的拉伸软化和损伤特性,对外围混凝土的损伤指标及分布、各钢部件应力、结构位移等进行了分析研究,并在蜗壳外围混凝土发生损伤的情况下对座环柔度进行了复核。结果表明,在内水压力等设计荷载作用下,直埋式蜗壳的钢材强度完全能够得到保证;混凝土的损伤密集区出现在上下环板附近,且损伤指标较大;在蜗壳腰部、顶部混凝土损伤程度较小;考虑蜗壳外围混凝土含有损伤情况下的座环柔度值远大于按线弹性理论得到的结果。     

基于非均匀缝隙的充水保压蜗壳三维仿真算法研究

保压蜗壳的计算方法在很大程度上影响了结果的精度和对结构受力特性的判断。为深入了解结构的受力特性。本文从施工流程出发,考虑保压缝隙的非均匀性和接触关系,实现了保压蜗壳的施工过程全仿真,并通过算例和理论分析,验证了算法(SUA)对保压缝隙模拟的有效性和准确性。该算法应用于糯扎渡水电站保压蜗壳的施工过程模拟,研究了非均匀保压缝隙的形成机理和接触界面的接触性态,并对外围混凝土应力做了细致分析。结果表明,初始保压缝隙具有非均匀和局部非张开特性,其主要导致原因是结构的非对称性,因此钢蜗壳与外围混凝土之间正好即无缝隙也不传力的理想状态不可能存在。座环上环板、机墩根部和蜗壳进口端腰部混凝土拉应力较大,是裂缝萌生的危险区域。此外,应力对比分析表明,简化算法和仿真算法应力分布规律基本一致,简化算法应力偏小,对结构配筋不利,仿真算法更加符合实际情况。两种算法混凝土环向应力在蜗壳腰部和底部吻合度较高,蜗壳顶部误差次之(个别地方误差达80%),而在座环上、下环板附近相差甚远。     

混流式水轮机叶片强度计算及其应力特性改善

近年来，国内外一系列大型混流式水轮发电机组频繁发生转轮叶片的疲劳裂纹问题，对电站机组的安全稳定运行构成了严重威胁。本文以一混流式水轮机为研究对象，通过混流式水轮机全流道CFD计算及基于顺序流固耦合的转轮结构应力场计算，分析该转轮产生疲劳裂纹的原因；其次通过在叶片出水边和上冠连接处加应力释放三角块来降低叶片最大有效应力值和改善叶片应力分布。结果表明应力释放三角块可以明显降低叶片最大有效应力和改善叶片应力分布。本文计算结果可为其它水轮机转轮的转轮疲劳裂纹分析及应力特性改善提供参考。     

混流式水轮机叶片疲劳裂纹分析及其改进方案

近年来,国内外一系列大型混流式水轮发电机组频繁发生转轮叶片的疲劳裂纹问题,对电站机组的安全稳定运行构成了严重威胁。本文以混流式水轮机为研究对象,通过全流道CFD计算及基于顺序流固耦合的转轮结构应力场计算,分析该转轮产生疲劳裂纹的原因。随后提出在叶片出水边和上冠连接处加装应力释放三角块的方案,以降低叶片最大有效应力值、改善叶片应力分布。计算结果表明该方案可以明显降低叶片最大有效应力、改善叶片应力分布。计算结果也可为其它水轮机转轮的疲劳裂纹及其应力特性分析提供参考。     

大型混流式水轮机座环现场加工方法

大型混流武水轮机座环现场加工，实质上是制造厂加工工作在现场的延续。虽说座环现场加工占有了机组安装的直线工期与增加了现场工作量，但它消除了蜗壳焊接与混凝土浇筑产生的变形，更重要的是提高了机组安装的精度。文章阐述了座环现场加工的两种方法，并进行了比较，认为局部锪平加工的方法是我国大型机组值得推广与借鉴的一种新方法。     

大型混流式水轮机座环现场加工方法探讨

大型混流式水轮机座环现场加工,实质上是制造厂加工工作在现场的延续。虽说座环现场加工占有了机组安装的直线工期和增加了现场工作量,但它消除了蜗壳焊接与混凝土浇筑产生的变形,更重要的是提高了机组安装的精度。阐述了座环现场加工的两种方法,并进行了比较,认为局部锪平加工的方法是我国大型机组值得推广与借鉴的一种新方法。     

水电站蜗壳结构研究及应用的回顾与展望

简要介绍了国内外三种水电站钢蜗壳埋入方式的应用和发展历程,对我国700 MW级水轮机蜗壳埋入方式的创新性成果进行了整理归纳,总结出水电站蜗壳结构研究中取得的三个重要进展,即蜗壳结构非线性数值分析方法、蜗壳外围混凝土配筋原则以及以机组稳定运行为核心的设计理念。针对当前蜗壳结构理论研究方面存在的不足,指出施工期水化热缝隙的形成机理、运行期温度作用效应、垫层材料长期力学特性、钢蜗壳-混凝土接触面脉动压力的传导特性,以及钢蜗壳和座环的疲劳失效是未来蜗壳结构研究需要重点关注的内容。在蜗壳新技术应用发展方面,介绍了预热膨胀构造初始缝隙和可融涂层构造初始缝隙两种新型蜗壳埋入方式。最后建议研究人员和设计人员应以持续和动态的视角看待蜗壳结构长达几十年的服役过程,充分重视结构老化累积的安全隐患。     

水轮机座环结构有限元分析

采用UGNX7.5中的Nastran有限元分析模块对某型号的水轮机座环在机组的最大设计水头下进行静态刚强度计算,得到了正常工况下座环的变形和应力分布规律。同时采用ASME锅炉压力容器规范中的应力强度评定标准进行评估,发现该结果满足座环材料的强度要求。该分析方法亦可为以后座环结构的优化提供理论依据。