内水压力重复加载作用下蜗壳外围钢筋混凝土的损伤分析

本文分析了三峡电站某直埋式蜗壳结构在内水压力重复加载下的混凝土损伤演变规律和钢蜗壳以及钢筋的受力特性,分析中考虑了钢蜗壳与外围混凝土间的摩擦接触特性,采用弹塑性损伤模型来描述混凝土的受拉损伤特性。研究表明,在历经内水压力的多次加、卸载循环后,蜗壳外围混凝土的损伤程度及范围虽有一定的增加并导致混凝土强度和刚度的相应退化和降低,但经一定的循环次数后,钢衬和钢筋的应力以及混凝土的损伤分布范围和程度将保持稳定状态。蜗壳外围混凝土出现稳定的损伤后,钢衬和钢筋承担的内水压力比例将比线弹性分析结果增大,从而能进一步发挥钢结构的承载作用。

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。

大型水轮机蜗壳结构动静力分析

通过三维有限元计算,对某水电站大型水轮机蜗壳进行了三种结构型式的动静力分析,分析了外围混凝土的应力分布情况、承载比以及蜗壳结构的自振特性.结果表明:充水保压蜗壳具有混凝土内应力均匀、拉应力值较小、承载比明确、整体结构刚度较大等优点,有利于机组的安全稳定运行,对于大型水轮机蜗壳而言是一种比较好的结构型式.

定面射孔新工艺对套管强度的影响研究

用于非常规储层的定面射孔工艺可有效地降低水力裂缝的起裂压力,提高近井筒的泄油面积;但该工艺对套管强度的影响研究较少。本文基于流固耦合理论,建立了地层-水泥环-射孔套管的应力耦合模型,退化为裸套管与API标准进行比对,效验了模型,并发现地层约束条件下套管承受内压的能力提高了1.48~2.16倍,在此基础上,给出了套管尺寸、射孔直径及射孔相位角对套管承压能力的变化规律。计算表明:螺旋射孔方位角为45?时,定面射孔间夹角为30?时,套管内径越小,套管壁厚越厚,则套管的承压能力越高;相同参数下,定面射孔工艺比螺旋射孔工艺引起的套管承压能力略低。

大型水轮机金属蜗壳结构形式的研究与应用

综述了国内外水轮机金属蜗壳结构形式的研究与应用现状,介绍了几种常用蜗壳结构形式的优缺点,总结了前苏联蜗壳结构形式的研究与发展情况,并论述了三峡水电站充水保压蜗壳关键技术研究与应用情况,为我国在建和拟建的高水头大容量水电站蜗壳结构形式的选择和设计提供了技术支持。

混凝土受拉软化特性对完全联合承载蜗壳非线性有限元分析的影响研究

完全联合承载蜗壳是一种为解决高HD值蜗壳结构钢衬厚度过大并保证其整体安全性的结构形式,但在我国工程中应用很少。三峡电站完全联合承载蜗壳由于结构尺寸大、HD值高,其工作机理复杂,结构分析难度较大。运用ABAQUS程序对该蜗壳结构进行了非线性有限元分析,比较在不同的混凝土材料软化特性曲线方案下的混凝土结构损伤情况及钢衬和钢筋应力,为结构三维非线性计算采用何种软化曲线计算以及钢筋的合理化配置提供依据。

重复荷载作用对完全联合承载蜗壳结构的影响研究

完全联合承载蜗壳(又称直埋式蜗壳)具有明显的优势,但在我国工程中应用很少,其中重复加载下蜗壳外围混凝土材料强度退化是此结构设计中最为关心的问题之一。运用ABAQUS程序对三峡水电站完全联合承载蜗壳结构进行了非线性有限元计算,通过计算重复荷载作用下的损伤累积,得到了重复荷载作用后混凝土损伤的发展情况、钢材的应力以及结构位移的变化规律。结果表明:在重复荷载作用下,钢蜗壳和外围混凝土中的钢筋应力可以满足材料抗力的要求,混凝土最大裂缝宽度一般不超过0.25 mm,能够满足规范的限裂要求。

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。

温度作用下蜗壳外围混凝土裂缝稳定性分析

大型直埋式蜗壳结构在温度作用下,外围混凝土裂缝受力条件复杂。以某水电站蜗壳结构为计算实例,应用ANSYS有限元软件建立了带裂缝的蜗壳管节模型,引入混凝土断裂力学。考虑温度变化作用,计算蜗壳结构在温度荷载作用下外围混凝土裂缝的应力强度因子,根据混凝土复合裂缝判据判断蜗壳外围混凝土裂缝的稳定性。计算结果表明,温度荷载对蜗壳外围混凝土裂缝稳定性影响较大。

三峡水电站水轮机蜗壳结构形式选择

目前国内外大型水轮机蜗壳结构主要有垫层蜗壳、充水加压蜗壳和完全联合承载蜗壳等三种形式。三峡水电站单机容量700MW，蜗壳进口直径达12．4m，HD值1700m2；机组台数多，且较长时间在低水头下运行，结合国外的经验，宜采用充水加压蜗壳，以确保机组安全运用。至于充水加压蜗壳可能存在的一些缺陷，经采取一些技术措施后也是可以解决的。

长引水道高水头电站不同负荷条件甩荷对蜗壳压力的影响研究

为研究采用集中供水布置型式的长引水道高水头电站蜗壳进口端内水压力极值工况及其内在影响机理,在相同上下游水位的前提下,以有压输水系统瞬变流分析的特征线法(MOC)为基础,融合跟踪机组运行轨迹的单纯形寻优法以及系统状态方程,对单台和两台机组在不同负荷时的甩荷工况进行过渡过程数值模拟计算。结果表明:单机、两机以20%额定功率运行甩荷后易发生首相水锤,为蜗壳进口断面内水压力的极值工况。蜗壳进口端内水压力极值出现在导叶小开度运行时甩部分负荷的工况。蜗壳进口断面内水压力初始值和极值大小与机组负荷相关,机组初始出力越少,引水系统中水头损失越小,蜗壳进口端初始压力越高,甩荷后该断面内水压力值越高,且部分负荷运行甩荷后压力衰减速度越慢。机组运行方式对蜗壳进口端内水压力值及峰值出现时间有一定影响。研究成果可为同类型水电站的设计和运行维护工作提供参考。

循环加卸荷载对蜗壳外围混凝土的影响

利用ANSYS大型有限元软件,建立了垫层蜗壳结构三维模型,研究了循环加卸荷载作用下,蜗壳外围混凝土承载比及应力的变化情况。结果表明:随着荷载循环次数增多,蜗壳外围混凝土承载比略有增大;对蜗壳结构进行十五次循环加卸荷载后,蜗壳外围混凝土各处环向拉应力最大值通常出现在第一次或第十五次加载过程中;绝大多数情况下外围混凝土断面整体环向拉应力最大值随荷载循环次数的增大而减小。

水电站垫层蜗壳结构应力及配筋分析

以某大型水电站为实例,采用接触非线性间隙元法模拟了蜗壳、混凝土及垫层之间的接触摩擦效应,并以分段线性模型的方式近似模拟了垫层的非线性本构关系,对不同垫层厚度下的水电站垫层蜗壳结构进行了计算分析,给出了垫层厚度与蜗壳应力、混凝土应力、承载比例及截面配筋量的关系,供工程设计参考.

温度荷载对抽水蓄能电站蜗壳与外围混凝土传力的影响研究

在抽水蓄能电站中,由于蜗壳直径相对较小,温度变形引起的传力变化相对于大尺寸的厂房蜗壳更为显著。本文以某抽水蓄能电站为例,通过蜗壳大体积混凝土结构施工和运行过程的温度场与温度应力仿真计算,分析温度变形对蜗壳与外围混凝土间隙及传力的影响。研究表明:冬夏之间的平均传力相差大;相对于通常不考虑温度影响时的设计传压比例,运行期夏季传递给混凝土的压力明显增加,造成混凝土的实际受力大于设计值,增加混凝土开裂风险;结构设计中,应结合实际工程的具体情况,充分考虑温度荷载的影响,通过模拟施工和运行过程的三维有限元仿真分析,获得合理的蜗壳及其外围混凝土的承载比例。

抽水蓄能机组双机甩负荷试验分析

抽水蓄能电站工况转换频繁,水力过渡过程关乎整个电站的安全运行和供电品质,一管双机甩负荷是大波动水力过渡过程,对其进行试验分析具有重要意义。为此,分析多个抽水蓄能电站一管双机甩负荷试验数据,统计了转速和蜗壳压力上升率范围,为以后制定相关标准和调节保证计算提供参考;并分析了某抽水蓄能电站一管双机甩50%、75%、100%负荷的试验结果,结果表明该电站转速和蜗壳压力上升率与其他统计电站相近,可为其他电站的类似试验提供参考。

某抽水蓄能电站一管双机切泵试验分析

在抽水蓄能机组调试过程中,水泵断电试验是验证机组电气与机械性能的重要试验。以某抽水蓄能电站1号引水系统内的1号和2号机组为例,进行了一管双机切泵试验,测试并记录了机组的各项参数变化曲线,分析了水泵在断电过渡过程中不同测点的压力变化规律。通过对蜗壳进口压力和尾水管进口压力测值进行加窗傅里叶变换,确定了尾水管压力脉动的主要原因为管路共振。试验结果表明:各测点的压力均在调节保证值范围内,机组停机流程正确,各项电气与机械指标均符合设计要求。

抽水蓄能机组发电工况双机同甩组合工况研究

我国运行与在建大型抽水蓄能电站普遍采用"一管多机"方式,其中尤以"一管两机"方式最多。本文借助SIMSEN过渡过程计算软件,分别建立了"一管两机"型式的三座抽水蓄能电站机组过渡过程数值计算模型,针对发电工况同时甩不同负荷的组合工况进行计算。计算结果表明:对于特点电站,抽水蓄能机组双机同时甩负荷时,蜗壳进口压力和尾水进口压力极值并不一定发生在双机同甩额定负荷工况。研究结果纠正了以往关于双机同时甩额定负荷时蜗壳进口压力发生极大值和尾水进口压力发生极小值的认识。根据这一结论,对在运、在建电站提出了具体指导意见,对调节保证计算单位提出了新的要求。

巴塘水电站蜗壳结构型式受力特性对比研究

结合巴塘水电站工程,针对垫层蜗壳和直埋蜗壳,研究对比钢蜗壳及外围混凝土的受力特性。研究表明:直埋蜗壳在外露部位的应力存在应力突变,蜗壳钢板整体结构受力不均匀。垫层蜗壳不仅可以发挥埋入混凝土内的蜗壳钢板承担内水压力的能力,还能使蜗壳整体结构的应力均匀。

充水保压蜗壳结构中钢衬的低周疲劳问题

鉴于抽水蓄能机组蜗壳通常采用充水保压技术埋入混凝土,在运行期钢蜗壳须要承受频繁的大幅值静水压力循环作用,面临一定程度的低周疲劳失效风险,以某实际充水保压蜗壳结构为例,首先基于ABAQUS有限元分析平台完成了该组合结构的施工-运行过程静力仿真分析,然后基于DesignLife疲劳分析平台,依据有限元静力分析结果采用常幅值荷载的循环方式预测了钢蜗壳的疲劳寿命,其中材料的S-N曲线(应力-寿命曲线)选取为Eurocode3-112.计算结果表明:运行期钢蜗壳的局部脱空现象会对其自身的受力产生不利影响,脱空区-高应力区-高疲劳失效风险区三者间存在显著的因果对应关系.从预测的疲劳寿命数量级(2×10~5以上)看,电站运行期内钢蜗壳无低周疲劳失效的风险.

垫层蜗壳结构中钢板焊缝构造对传力行为的影响

针对大中型水电站钢蜗壳焊缝处的削坡构造使钢衬与混凝土的接触面具有非平滑的特点,以拉西瓦水电站垫层蜗壳结构的某子午断面为例,分别采用平面轴对称壳单元和实体单元描述钢衬并建立相应的数值模型,研究了非平滑接触面对钢衬-混凝土间的滑移及传力行为的影响.计算结果表明:下半部钢衬向腰线端的滑移会受到削坡构造的阻滞作用,削坡构造附近会交替出现局部脱空区和集中传力区.在考虑了接触面的非平滑特点后,钢衬与混凝土之间传力水平的提高并不明显(5%以内),这说明当前采用壳单元描述钢衬的常用简化处理方式对于结构设计是适宜的.