三峡水轮机蜗壳充水加压过程应力分析

三峡部分水轮机蜗壳采用充水保压方式埋设。为了了解蜗壳在充水加压过程中的运行状况,以及蜗壳内水压力对蜗壳运行情况的影响,采取在蜗壳上安装钢板应力计监测的方法进行试验和分析研究。通过对蜗壳在充水加压过程中的应力进行监测分析,得出了蜗壳在所试验内水压力条件下能安全运行的结论,并总结出了蜗壳所受应力与蜗壳内水压力的对应变化关系和规律。该成果为后续类似机组蜗壳的安全施工和调试、安全运行提供了依据,也为以后类似机组蜗壳的设计、施工和运行管理提供了一定的参考。     

大型水轮机组蜗壳钢板应力监测分析

通过分析某电站右岸19号机蜗壳关键断面在加水加压阶段、保温保压阶段、卸压阶段以及充水发电阶段的钢板应力状况，得出在整个过程中蜗壳的应力变化及分布规律，认为蜗壳应力在设计允许的范围内；并以蜗壳某一测点为例，利用其钢板应力的监测数据，建立该测点钢板应力的多元回归模型，预测在正常蓄水位时的蜗壳钢板应力。     

三峡左岸机组蜗壳保温加压监测

本文对蜗壳充水保温加压及卸压过程进行了分析：加压后,钢板拉应力增大;卸压后各仪器总体变化规律表现为蜗壳拉应力减小,蜗壳与混凝土的缝隙增大,周边混凝土和钢筋压应力增大。卸压后缝隙最大开度出现在低温季节,最小开度出现在夏季。通过分析认为左厂房机组蜗壳工作性态正常,应力和变形均在设计允许范围内。     

充水保压蜗壳与外围结构联合承载过程的力学仿真分析

水电站充水保压蜗壳兼备直埋式与垫层式蜗壳的优点,但受力分析复杂。为此,以一个HD值较高的蜗壳为例,应用三维有限元法研究了充水保压蜗壳与外围结构联合承载的过程,模型和计算过程精细,展示了联合承载过程中各结构的力学规律。结果表明:充水发电时,蜗壳与混凝土大部分区域闭合,脱开的面积约3%;外围混凝土大部分区域处在压应力状态,受拉部位少且拉应力较低,钢筋拉应力较小,此情况被现场观测所证实;采用常用公式或完全用有限法计算,蜗壳承载比的计算结果相差不超过3%;蜗壳充水保压值越低,充水运行期与混凝土的接触压力越大、蜗壳的承载比越小,因此蜗壳宜取较小的充水保压值,有利于减少振动;与常规打压顺序相比,非常规打压顺序不利于蜗壳与混凝土的贴合。此成果为该水电站的蜗壳设计提供了重要参考,电站已全面投产,蜗壳及外围结构工作表现良好。     

某抽水蓄能电站充水保压蜗壳保压值优化研究

针对某抽水蓄能电站充水保压蜗壳,采用三维非线性有限元法,对不同的保压值下钢蜗壳及环向钢筋应力、外围混凝土应力及承载比、钢蜗壳与外围混凝土的接触状态等进行了对比分析。研究结果表明,保压值越大对外围混凝土的受力越有利,但过大的保压值会使得蜗壳与外围混凝土之间出现脱空现象,这对机组运行是不利的。该水电站蜗壳保压值为496 m左右时,可以在保证机组稳定运行的前提下更大程度的发挥钢材及混凝土受力特性。     

基于接触模型的充水保压蜗壳工作机理及外围混凝土温控措施研究

针对水电站厂房充水保压蜗壳结构,提出了一种基于接触模型的工作机理及外围混凝土温控措施研究方法。结合充水保压蜗壳的结构特点、边界条件以及施工过程,开展施工及运行期的瞬态温度场仿真分析;基于混凝土徐变本构模型研究蜗壳结构施工早期混凝土温度应力的规律,同时利用三维非连续变形接触问题的有限元混合法来模拟施工过程中钢衬及外围混凝土的结构位移及应力变化规律,探讨钢衬与外围混凝土的联合承载机理。结合某抽水蓄能电站给出了工程应用实例。该方法为充水保压蜗壳工作机理研究及温控设计提供了新的计算方法及研究思路。     

高水头抽水蓄能电站蜗壳座环安装要点

绩溪电站蜗壳设计压力10.3MPa,采用国产800MPa级高强钢板卷制焊接而成。结合高强钢蜗壳座环材质特性和结构特征,以现场实际安装过程为基础,叙述蜗壳座环工地组圆拼焊、机坑内吊装调整、15.45MPa水压试验、5.15MPa保压浇筑及座环基础螺杆拉伸的详细流程;举例分析水压试验过程中的蜗壳变形量;简要计算绩溪电站多工况下座环基础螺杆应力变化情况,并复核基础螺杆预紧力安全裕量;总结高强钢蜗壳座环焊接过程变形量控制、保压浇筑前固定方式、基础螺杆拉伸工艺等安装要点。     

高水头水轮机配水环管(蜗壳)水压试验及保压浇筑混凝土

高水头冲击式水轮机配水环管（蜗壳）采用分段压力试验，消除大厚度钢板焊接过程中产生的应力；大型中高水头抽水蓄能机组也采用水压试验来有效消除蜗壳焊接过程中的应力并检查焊接质量，同时检验蜗壳充水后的变形规律。两种类型机组的配水环管和蜗壳均采用保压浇筑混凝土施工的方法，取消蜗壳与混凝土之间的弹性垫层，使蜗壳与混凝土紧贴，减小机组运行中的振动，减小蜗壳内水压力对混凝土的作用力，增加安全裕度。     

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。     

三峡水电站左岸厂房水轮机蜗壳保温保压后运行监测成果分析

对三峡水电站左岸厂房蜗壳在充水保温保压进行外包二期混凝土浇筑后,设计低水头运行的情况下的监测资料进行了简要分析,通过对蜗壳的钢板应力、钢筋应力、应变等监测资料在蜗壳运行期间充、放水的变化,结合数理统计模型与应力分布图,简述了三峡蜗壳钢板及外包混凝土的不同工况下的变化规律,为工程运行和保温保压进行二期混凝土浇筑工艺的效果提供了参考依据.     

金属蜗壳不同断面型式充水保压状态下的受力特性分析

水轮机金属蜗壳设计中不同断面结构型式的选择，会在一定程度上影响结构的受力特性和厂房布置尺寸。为分析金属蜗壳不同断面型式结构受力特性，对非圆形的三心圆蜗壳断面与圆形蜗壳断面结构在充水保压阶段进行了有限元数值计算。研究结果表明：相比于圆形断面蜗壳结构，三心圆蜗壳在充水保压时蜗壳直管段会发生较大的水平偏转位移，座环整体在水平向的变位也相对更大，对钢蜗壳整体的变形控制要求更高；而钢蜗壳断面内环向应力数值略有减小，但整体应力水平变化不大。因此，从水压试验和保压阶段蜗壳与座环结构的变形控制角度来看，在高水头充水保压蜗壳结构中采用非圆形断面蜗壳结构是不合适的。建议今后在金属蜗壳结构设计和埋设方式选择时，应该充分重视不同蜗壳断面结构型式对结构受力特性的影响，确保水电工程的顺利建设和安全运行。     

向家坝地下电站蜗壳不同埋设方式的比较分析

 大型机组蜗壳通常采用保压、垫层、直埋3种埋设方式,结合向家坝地下电站工程实际,通过不同蜗壳埋设方式对比计算分析,给出了一种适合该地下电站机组特点的直埋、垫层组合埋设方案。计算结果表明：组合方案具有混凝土应力分布均匀、拉应力值不大,能够充分发挥混凝土联合承载作用等优点,可作为推荐方案。     

巨型水轮机蜗壳软垫层埋设方式可行性论证

对于巨型水电站高HD值的蜗壳,国内外目前多采用打压埋设方式。但垫层蜗壳也有其明显的优点,能否在巨型蜗壳中采用,一直存在疑虑并缺乏工程经验,研究的成果也相对缺乏。以某巨型工程为例,采用数值模拟方法,重点从垫层蜗壳的静力强度、变形特性、整体刚度、自振特性、振动反应和疲劳特性等若干重要方面,对垫层蜗壳埋设方式的可行性加以论证,以期为蜗壳埋设方式的方案选择提供参考依据。     

二滩水电站钢蜗壳与外围钢筋混凝土联合受力三维仿真材料模型试验研究

本文介绍二滩水电站钢蜗壳与外围钢筋混凝土联合受力三维仿真材料模型试验研究结果，结果表明：大型水电站采用保压浇筑钢蜗壳外围混凝土的方法是可行的，它可以充分发挥钢蜗壳自身承担内水压力的能力，减轻内水压力对外围钢筋混凝土的作用     

接触滑移对不同埋设方式蜗壳结构应力的影响分析

水电站厂房蜗壳结构中，蜗壳与外围混凝土之间的接触滑移客观存在。为研究接触滑移对蜗壳结构应力的影响，本文采用三维面面接触单元对不同埋设方式蜗壳结构进行了三维有限元计算。计算结果表明，考虑接触滑移后与共节点模型相比，垫层蜗壳外围混凝土孔周应力平均值可降低约30%以上，而钢蜗壳应力增加约27%；当摩擦系数由0.25增大到1.0时，蜗壳外围混凝土孔周应力平均值也增大30%左右；而考虑接触滑移与否对直埋蜗壳结构应力影响很小，差值不超过3%。因此在利用有限元求解蜗壳结构应力时，垫层蜗壳考虑接触作用将使计算结果更加合理，而对于直埋蜗壳和充水保压蜗壳，不考虑接触作用对结构应力的影响很小，共节点模型仍然可以在实际工程中采用。     

二滩水电站钢蜗壳与外围钢筋混凝土联合受力三维仿真材料模型试验研究

本文介绍二滩水电站钢蜗壳与外围钢筋混凝土联合受力三维仿真材料模型试验研究结 果，结果表明：大型水电站采用保压浇筑钢蜗壳外围混凝土的方法是可行的，它可以充分发挥钢 蜗壳自身承担内水压力的能力，减轻内水压力对外围钢筋混凝土的作用。