止推环和薄垫层对水电站蜗壳结构特性的影响研究

摘要

随着水电站机组的单机容量越来越大，蜗壳的HD值也急剧增长，蜗壳发展日趋巨型化，这虽然降低了水轮机的成本，但随之也引起了一系列问题。例如，巨型水电站蜗壳埋设方式的选择;蜗壳和座环在不平衡水推力的作用下可能产生明显的绕机组中心线变形;垫层蜗壳的垫层由于老化失去弹性，在钢蜗壳与混凝土之间形成较大的缝隙，由此可能引发的厂房振动等问题。本文针对以上问题，以有限元方法为主要分析手段，采用ANSYS软件，结合某工程实例展开研究。主要内容和成果包括: (1)本文比较了不同蜗壳进口边界条件的模拟方法，综合考虑蜗壳上游钢管对计算精度的影响、计算模型的复杂性以及计算工作量的增加程度，建议今后的蜗壳计算模型中，蜗壳进口段的范围取至上游钢管中第一个加劲环，建立明钢管模型，并在加劲环处施加轴向刚性约束，厂房上游开挖面以外的明钢管施加按规范估算的实际可能承担的内水压力。 (2)研究止推环设置对直埋蜗壳和垫层蜗壳受力特性的影响时，发现无论上游钢管是否设置伸缩节，直埋蜗壳均不需设置止推环;对于垫层蜗壳，设伸缩节时止推环所起止推作用较为明显，其对提高流道结构的安全储备十分必要，不设伸缩节时上游钢管或加劲环能够代替止推环的止推作用，考虑取消设置止推环。 (3)研究止推环对垫层蜗壳动力特性的影响，在垫层材料未老化时，止推环对结构自振特性无明显影响，当垫层材料老化时，厂房结构的振型主要表现为钢蜗壳的振动，基频会明显降低，设置止推环能够有效提高钢蜗壳的自振频率，有利于蜗壳和厂房抗振。在蜗壳脉动压力作用下，止推环能够起到一定的止推作用，改善座环的受力特性，同时也会增加混凝土结构的振动速度和振动加速度，但影响不大。 (4)综合考虑充水保压蜗壳和垫层蜗壳的优点，研究薄垫层蜗壳的受力特性，从蜗壳外围混凝土、流道结构承受的不平衡力、钢蜗壳和座环应力、座环和机墩不均匀变形等方面，对不同厚度的、考虑一定残余变形的薄垫层方案进行分析比较，提出合理的薄垫层参数。

目录

声明

摘要

第一章绪论

1．1研究背景

1．2研究现状

1．3研究意义

1．4研究内容

第二章基本理论

2．1线弹性有限元计算理论

2．2动力有限元计算理论

第三章止推环设置对蜗壳结构受力特性影响

3．1计算模型和荷载

3．2裸壳结构

3．3止推环设置对蜗壳结构的影响

3．4厂房上游不同边界条件的影响

3．5小结

第四章厂房整体结构动力特性研究

4．1结构自振特性分析

4．2脉动压力作用下厂房结构时程响应动力分析

4．3小结

第五章薄垫层蜗壳受力特性研究

5．1计算模型和计算方案

5．2蜗壳外围混凝土

5．3流道结构承受的不平衡力

5．4钢蜗壳和座环应力

5．5座环和机墩不均匀变形

5．6小结

第六章总结与展望

6．1总结

6．2展望

参考文献

攻读硕士学位期间撰写论文和科研情况

致谢