姚家平水利枢纽工程钢岔管结构型式选择与CFD研究

结合姚家平水利枢纽工程的总体布置,对主电站引水系统对称Y形和非对称Y形月牙肋钢岔管两种结构型式分别进行了三维有限元应力分析和CFD三维流场计算。计算结果表明:对称岔管两腰部位应力分布均匀,肋板尺寸较小;但在主支锥管相贯线内表面A点附近出现较大的应力集中现象,因此对称岔管满足强度所需的管壁厚度大于非对称岔管。在水力学方面,非对称岔管两支管的水头损失不相等,其中与主管同轴线的直支管水头损失最小,斜支管水头损失最大,但没超过对称岔管的0.358 m,说明从岔管部位水头损失和水流流态上看,非对称岔管也稍优于对称Y形岔管。综合考虑岔管结构和水力学特性以及工程地形等因素,建议姚家平水利枢纽工程中主电站引水发电系统选择非对称Y形岔管布置方案。

大型岔管内螺旋流涡带数值分析研究

岔管部件广泛应用于常规水电站、抽水蓄能电站等重要水力发电工程。大型岔管(D主≥6 m)由于岔管外形,肋板结构及内部流态三因素耦合可能导致螺旋流涡带,其对岔管的水力损失具有不可忽略的消极后果。本文基于经典k-ε湍流模型联合考虑实际岔管材料壁面粗糙率,构建了考虑壁面真实粗糙度的钢岔管内部流态k-ε湍流模型。计算结果与实验数据对比验证了本文构建数值模型的有效性及准确性。随后采用导流叶片策略有效消除了大型岔管内的螺旋流涡带现象。研究结果表明:多导流叶片优化方案可有效减少和消除大型岔管中的螺旋流态,并减少岔管水力损失。具体地,对岔管支管路中不同流量工况,优化后的主管路部分流线分布均匀,最大流速位于岔管支管路弯管(内弯)附近;优化后岔管肋板两端涡旋流态基本消除。对岔管支管流量不均匀工况,支管路内螺旋流涡带流态明显减缓,只存在少量螺旋流态。本文研究结果可对岔管水力优化设计及相近研究领域提供一定参考。

非对称“Y”形岔管展开工艺探讨

以黄金峡水利枢纽项目岔管为例,详细介绍利用AutoCAD软件从岔管立体解析开始至岔管展开图绘制过程进行细致描述,提高技术人员对岔管下料工艺的掌握,从而提高岔管制造精度及工艺规范性。

船闸单侧闸墙主廊道输水系统岔管水动力特性研究

船闸单侧闸墙主廊道输水系统具有结构简单、开挖量小、工程投资省等优点,在河谷狭窄、边坡陡峭等地形受限地区具有明显的技术优势,但工程应用难点之一在于如何保证廊道内断面流速的均匀性,避免出现严重的偏流、脱流现象。依托嘉陵江草街二线船闸工程,采用通用CFD软件FLUENT,对船闸单侧闸墙主廊道双阀门输水系统布置中的岔管水动力特性进行较为详细的研究,探讨岔管分岔角、墩头曲线形式以及外壁曲线形式对岔管水力特性的影响,提出外壁采用正弦曲线,内壁采用圆弧-直线-圆弧形曲线的单侧输水廊道阀门段岔管布置体形,可为类似工程设计提供参考。

平底三通钢岔管与外包混凝土复合结构承载研究

依托罗田水库—铁岗水库引调水工程实际,采用ABAQUS有限元软件对检修车道三梁岔管分别进行了钢岔管单独承载和钢岔管与混凝土联合承载下的三维有限元分析。研究结果表明:①考虑外包混凝土联合承载以后,钢岔管的受力变形显著降低,钢岔管应力分布更为均匀,外包混凝土可以明显改善钢岔管的应力集中现象。②当钢岔管与混凝土完全接触时,钢岔管应力很小,而混凝土承担大部分内水压力,所受拉应力超过了混凝土的抗拉强度,需要大范围配筋。③在钢岔管与外包混凝土之间设置缝隙或垫层后可使得钢岔管承担的内水压力更大,发挥更大的承载作用,同时传递给周围混凝土的内水压力降低,减少配筋量,使岔管结构更加经济安全。

高压岔管衬砌混凝土施工期温控防裂研究

高压岔管承受高压水和高速水流冲刷,为了满足这一结构和工作特点,混凝土常采用泵送混凝土,利用其强度高的优点,但其温升高、弹性模量大,且一般是早强混凝土,容易产生温度裂缝。针对这一问题,以阳江抽水蓄能电站高压岔管为例,结合结构和材料特点,借助三维有限单元法,对高压岔管施工期的温度应力进行研究,筛选温控防裂措施。计算结果表明,高压岔管分缝长度对防裂影响显著,同时降低入仓温度,采用内部通水降温,可起到更好的温控防裂效果。高压岔管混凝土在有通水冷却措施条件下,浇筑温度控制在26℃以内,最小安全系数可达1.50以上,可作为工程现场浇筑施工方案。

抽水蓄能电站岔管月牙肋体型研究

岔管体型影响抽水蓄能电站的效益,月牙肋属于岔管内部的结构部件,其体型优化具有实际应用意义。为优化月牙肋体型,降低抽水蓄能电站的效益损失,本文采用CFD方法,比较不同肋宽比下,岔管的流态变化、水头损失变化和年效益损失变化,得到岔管月牙肋的最优体型。结果表明:岔管肋宽比越大,流态越差,单一工况下水头损失变化不大,但电站年效益损失影响较大,最优体型为肋宽比等于0,将肋板全部外伸,可减小4.37%的水头损失和6%的效益损失。

新疆盖孜水电站钢岔管安装焊接工艺

水电站工程之复杂性和特殊性决定了所涉及的工程设备和构件也拥有着独特的设计和安装需求。其中,钢岔管的设计、安装与焊接是重要构成部分,事关最终工程的质量与安全性。而随着科技的进步,优化这些步骤的可能性和方法也显得日益重要。文章对这些关键环节进行详细的探讨和分析,从中提取出实践中得到的经验教训,并提供相应的优化建议。

1200 m特高水头钢岔管制造创新与质量控制

为保证1200 m特高水头钢岔管制造质量与工期,长龙山抽水蓄能电站建设者进行了系列创新,并提出了控制措施,通过考察确定钢岔管整体制造、运输至工地的方案,采用控制钢板下料放样、划线、卷制、组拼、焊接等工序来保证钢岔管外形尺寸及内在质量。水压试验表明:在初次水压试验成功基础上提高第二次试验压力值,进一步减小钢岔管成品焊接残余应力,创下国内钢岔管10 MPa水压试验记录。可为类似工程提供参考。

抽水蓄能电站岔管年效益损失模型

抽水蓄能电站岔管产生的水头损失占比较大,进行岔管体型优化时,如何选择最优体型是一个关键问题。前人通过比较水头损失系数来确定最优体型,然而发电工况与抽水工况水头损失系数最小值对应的体型不一样,无法得到唯一解。为了便于选择岔管的最优体型,通过分析电站经济效益,建立抽水蓄能电站岔管年效益损失模型,并将其应用于岔管导流板体型优化中。结果表明:通过岔管年效益损失模型可得到体型优化的唯一最优解,该模型可行,并且导流板能够减小电站岔管29.75%的年效益损失。年效益损失模型可用于岔管体型优化选型。

基于CFD的月牙肋钢岔管单向流固耦合分析

压力钢管在众多水利水电工程中被广泛应用。钢岔管作为压力钢管中最为复杂的结构,一直是设计过程中研究的重点。近年来,月牙肋岔管由于结构受力条件好、节省工程量、水力学条件优越等众多优点,在大直径、高水头电站中得到普遍应用。应用CFD方法对国外某水电站压力钢岔管进行单向流固耦合分析,首先根据流体计算结果,分析得出岔管内动水压力对岔管及月牙肋产生的荷载作用;进而将其结果作为初始条件对岔管结构进行应力分析;最终得出在运行工况下,仅动水压力对钢岔管产生的荷载为静水压力的1%,应力不超过其允许应力的4%。

对称Y型月牙肋钢岔管二维三维一体化设计

本文深入研究了对称Y型月牙肋钢岔管体型设计的程序化实现机理,此类型钢岔管二维图纸和三维模型的一体化、参数化生成技术的开发,可快速且同步生成钢岔管的二维及三维设计成果,提升了岔管的设计效率和设计质量。将本文研究的岔管一体化设计方法应用于实际工程中,快速创建三维模型,并进行钢岔管应力应变计算和三维流场分析,相关计算成果满足规范要求,表明了该方法的适用性和可靠性,可为类似工程提供参考。

抽水蓄能电站大型钢岔管制作关键技术浅析

十四五规划期间国家大力投入抽水蓄能项目开发建设。加快发展抽水蓄能,对于加快构建新型电力系统、促进可再生能源大规模高比例发展,以及促进扩大有效投资等具有重要作用。其中压力钢管制作作为抽水蓄能电站输水系统的主体结构更是具有举足轻重的地位,而在压力钢管制作中又数大型钢岔管技术难度最高、施工复杂程度最大。本文依托某抽水蓄能电站项目在钢岔管施工过程中对关键工序进行研究,并基于施工过程进行总结提炼,对大型钢岔管制作关键技术进行浅析,旨在规范大型钢岔管制作工艺标准以及推广抽水蓄能大型钢岔管制作普适施工工艺。

水电站压力管道平顶平底月牙肋钢岔管结构设计及应力分析

常规月牙肋钢岔管为上下对称结构,在压力管道检修放空时,钢岔管底部存在积水问题;在压力管道运行前充水时,钢岔管顶部存在积气问题。为解决上述问题,提出了一种平顶平底钢岔管,其由多个主锥管锥节、支锥管锥节和不对称月牙肋组成;主管与主锥管的管顶线位于同一水平面,支锥管与支管的管底线位于同一水平面;相邻管节间设公切球,以使相邻管节间相贯线为平面曲线。以CCS水电站压力管道为例,对中心对称钢岔管、平底钢岔管、平顶平底钢岔管进行有限元分析,结果表明,中心对称钢岔管上下对称、受力最好,平顶平底钢岔管较平底钢岔管应力集中现象有所缓解。此外,平顶平底钢岔管在体型上实现了压力管道及钢岔管的完全自流排水与完全自流排气,有效缩短压力管道检修排水时间,有利于机组高效稳定运行。

某水利枢纽工程钢岔管水压试验闷头有限元分析

某水利枢纽工程钢岔管采用“Y”型月牙肋岔管,在水压试验工况下,对岔管、闷头及两者连接的过渡锥管,进行三维有限元分析,选择满足水压试验的较优体型。现场根据有限元计算确定的闷头和过渡锥管体型进行水压试验,经过应力测试,钢岔管管壁和肋板各部位应力均小于钢材允许应力,满足设计及规程规范要求。

清原抽水蓄能电站引水钢岔管水压试验研究

引水钢岔管作为抽水蓄能电站重要的水工建筑物,体型复杂,制作难度大。介绍了清原引水钢岔管打压试验原理、方法及过程,验证了钢岔管体型设计及焊缝接头的可靠性,通过试验前后的无损检测,消除了新钢岔管的部分残余应力。结果证明,引水钢岔管质量有保证,能满足运行期各个工况下的安全运行。

地下隔壁式钢筋混凝土岔管的应力研究

利用线性和非线性有限元方法，研究了地下隔壁式钢筋混凝土岔管在内压和外压作用下，围岩、衬砌和钢筋的应力，找出了地下钢筋混凝土岔管设计的一些控制条件，并与普通Ｙ型岔管进行比较，在相同条件下，隔壁式岔管中最大应力仅是Ｙ型岔管锐角处应力的四分之一。

青海桥头镇供水工程四通无梁岔管设计

桥头镇供水工程四通岔管规模不大,HD值只有375m2,但四通钢岔管结构复杂,容易产生应力集中。根据无梁岔管球壳片制作难度和结构受力特点,采用无球壳片异形无梁岔管结构,用锥壳片替代无梁岔管的球壳片。通过三维有限元对钢岔管的应力及变形特性进行计算分析,表明该异型无梁岔管应力状态良好,满足结构强度的要求。工程实际应用表明,异型无梁岔管施工工艺简便、造价低、安全可靠。

平底钢岔管体型设计与受力特性分析--以西藏德罗水电站为例

对称平底钢岔管各管节的管底在同一高程,钢管检修时,水体能自流排放,方便检修,但使用常规的解析方法对平底钢岔管进行体型设计较为困难,出图效率也较低。提出在CATIA中建立对称平底钢岔管的标准模板,以适应不同尺寸钢岔管的三维设计,并以德罗水电站中钢岔管为例,采用ANSYS程序对月牙肋钢岔管、平底月牙肋钢岔管及平底三梁钢岔管的受力特性进行分析。结果表明:3种形式的钢岔管均能满足受力要求,其中月牙肋岔管受力最优,但排水不便;平底钢岔管采用三梁进行加强后,加强梁与岔管管壁应力得到显著改善;平底钢岔管既能方便排水检修,也能满足受力要求,可在工程中推广应用。

阜康抽水蓄能电站钢岔管原型水压试验

以位于新疆昌吉州阜康市境内的阜康抽水蓄能电站引水隧洞钢岔管为例,为检验钢岔管预制及焊接质量,验证结构的合理性与可靠性,削弱钢岔管焊接残余应力,保证结构安全运行,在应用有限元方法系统性研究钢岔管围岩分担内水压力规律并提出埋藏式钢岔管设计原则的同时,对钢岔管结构进行了原型水压试验。结果表明,原型观测结果和有限元模拟计算结果基本吻合,表明所采取的研究思路合理可行,相关结论也为水利工程钢岔管设计提供了重要参考。