一种确定水电机组压缩间隙蜗壳结构压缩间隙的方法
【专利摘要】本发明涉及水电机组蜗壳结构领域，特别是一种确定水电机组压缩间隙蜗壳结构压缩间隙的方法，通过在蜗壳设置软性材料范围内选取断面，设置采样点，得出采样点的压缩间隙值后通过同一断面内的多个采样点得到断面整体的压缩间隙和软性材料厚度，最后根据蜗壳设置软性材料范围内的多个断面确定整体压缩间隙及软性材料厚度，此种方法计算简便，易于操作，结果可靠。
【专利说明】一种确定水电机组压缩间隙蜗壳结构压缩间隙的方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及水电机组蜗壳结构领域，特别是一种确定水电机组压缩间隙蜗壳结构压缩间隙的方法。
【背景技术】
[0002]随着水电事业的不断发展，大批的水电站需要建设，水轮机组的单机容量也将越来越大，向水轮机组提供平稳水流并且要承受水轮发电机组结构传来静、动荷载的蜗壳组合结构显得日趋重要。
[0003]工程上常用的蜗壳结构型式主要有直埋、充水保压和垫层蜗壳三种结构型式。
[0004]直埋蜗壳结构是指直接在金属蜗壳外围配置钢筋、浇筑混凝土，内水压力主要由外围钢筋混凝土结构承担，这种蜗壳结构形式主要优点是承载能力高，缺点是金属蜗壳强度没有充分发挥，钢筋用量大，在内水压力作用下，在部分范围会出现相对较宽的裂缝，对结构整体性和稳定性不利。充水保压蜗壳是指金属蜗壳在充水预压状态下浇筑外围混凝土，利用保压水头控制外围混凝土分担的内水压力，减少外围混凝土受力，充水保压蜗壳需增加保压设备，费用高，且施工过程复杂，工期长。垫层蜗壳结构是指在金属蜗壳表面铺设一定范围的垫层后再浇筑混凝土，此垫层具有一定的传力作用，可以有效的分配外围混凝土和蜗壳钢板各自承担的内水压力，其施工方便、造价较低，但是垫层材料在几十年乃至上百年长期运行过程中的力学稳定及耐久性问题尚无明确结论，当这种传力垫层失效时对蜗壳座环受力非常不利。因此需要找到一种可以形成稳定压缩间隙的、受材料耐久性及力学稳定性影响较小的水电站蜗壳结构型式，而这种结构中压缩间隙的确定则是其设计的关键所在。
【发明内容】
[0005]本发明的目的是提供一种确定水电机组压缩间隙蜗壳结构压缩间隙的方法。
[0006]本发明的技术方案是一种确定水电机组压缩间隙蜗壳结构压缩间隙的方法，其特征是:它包括以下步骤:
步骤1，根据电站运行条件，确定出蜗壳(2)的钢板需要承担的内水压力值P ;
步骤2，选取断面，设置采样点:选取蜗壳(2)设置软性材料范围内的任意一个径向断面，在此断面选取一个点作为采样点；
步骤3，得出采样点的参数:针对步骤2中选取的采样点进行计算，模拟蜗壳(2)的充水保压过程，计算出采样点在内水压力P作用下采样点处所产生的径向变形位移△!■，计算出蜗壳(2)在采样点处的冷缩缝隙At ;
根据外围混凝土( 4 )的徐变、干缩、冷缩参数，计算出外围混凝土( 4 )与蜗壳(2 )之间的径向缝隙Ah;
计算出仅在外围混凝土(4)及机械设备重量下，引起的蜗壳采样点径向位移Aw;
步骤4，采样点的径向压缩间隙:根据蜗壳(2)在步骤3中所得出的参数，计算出该采样点沿径向压缩间隙Δ，A = Ar-1 Δ t 1- Ah -1 Aw I ；
步骤5，采样点的软性材料(3)厚度:根据步骤4中得到的采样点沿径向压缩间隙Λ，结合软性材料(3)在结构荷载作用下残余变形量δ，计算出蜗壳(2)表面采样点沿径向所需铺设软性材料(3)的厚度Ad，即Λ(1=Λ + δ ；
步骤6，其他采样点断面径向压缩间隙△和软性材料(3)厚度:在步骤2中同一径向断面上设置软性材料范围内的不同于步骤2的不少于5个采样点位置，重复步骤3至5的方法，计算出其它各采样点的径向压缩间隙△和软性材料(3)厚度；
步骤7，断面径向压缩间隙和软性材料(3)厚度:结合步骤5和步骤6中得出的同一断面内所有采样点的数据，计算出该断面沿径向的压缩间隙和软性材料(3)的厚度；
步骤8，蜗壳结构压缩间隙和软性材料(3)厚度:再选取蜗壳(2)设置软性材料范围内的不少于5个径向断面，重复步骤2至步骤7的方法，将蜗壳(2)的选取断面一一计算，根据这些多个断面计算结果，得到整体蜗壳结构压缩间隙和软性材料(3)的厚度；
所述的步骤6中蜗壳的径向断面上选取的多个采样点应均匀分布，其分布范围是起始采样点是距座环上环板的15°至45°之间，末端采样点是距座环上环板的90°至225°之间。
[0007]在铺设软性材料的范围内沿蜗向均匀选取特征断面，最后一个特征断面位于蜗向310°之前。
[0008]蜗壳的前端是一段直管段，在直管段上半周和铺设软性材料范围内的蜗壳与混凝土结构之间设置根据步骤8计算得出的软性材料。
[0009]本发明的有益效果是通过在蜗壳设置软性材料范围内选取断面，设置采样点，得出采样点的压缩间隙值后通过同一断面内的多个采样点得到断面整体的压缩间隙和软性材料厚度，最后根据蜗壳设置软性材料范围内的多个断面确定整体压缩间隙及软性材料厚度，此种方法计算简便，易于操作，结果可靠，是压缩间隙蜗壳结构设计的关键。
【专利附图】
【附图说明】
[0010]下面将结合具体实施例对本发明作进一步的说明。
[0011]图1是水电站压缩间隙蜗壳结构的示意图；
图2是图1中I一I剖向示意图；
图3是断面的模型结构示意图；
图中:1、直管段；2、蜗壳；3、软性材料；4、外围混凝土 ；5、座环。
【具体实施方式】
[0012]一种确定水电机组压缩间隙蜗壳结构压缩间隙的方法，其特征是:它包括以下步骤:
步骤1，根据电站运行条件，确定出蜗壳(2)的钢板需要承担的内水压力值P ;
步骤2，选取断面，设置采样点:选取蜗壳(2)设置软性材料范围内的任意一个径向断面，在此断面选取一个点作为采样点；
步骤3，得出采样点的参数:针对步骤2中选取的采样点进行计算，模拟蜗壳(2)的充水保压过程，计算出采样点在内水压力P作用下采样点处所产生的径向变形位移△!■，计算出蜗壳(2)在采样点处的冷缩缝隙At;
根据外围混凝土( 4 )的徐变、干缩、冷缩参数，计算出外围混凝土( 4 )与蜗壳(2 )之间的径向缝隙Ah;
计算出仅在外围混凝土(4)及机械设备重量下，引起的蜗壳采样点径向位移Aw;
步骤4，采样点的径向压缩间隙:根据蜗壳(2)在步骤3中所得出的参数，计算出该采样点沿径向压缩间隙Δ，A = Ar-1 At 1- Ah -1 Aw I ；
步骤5，采样点的软性材料(3)厚度:根据步骤4中得到的采样点沿径向压缩间隙Λ，结合软性材料(3)在结构荷载作用下残余变形量δ，计算出蜗壳(2)表面采样点沿径向所需铺设软性材料(3)的厚度Ad，即Λ(1=Λ + δ ；
步骤6，其他采样点断面径向压缩间隙△和软性材料(3)厚度:在步骤2中同一径向断面上设置软性材料范围内的不同于步骤2的不少于5个采样点位置，重复步骤3至5的方法，计算出其它各采样点的径向压缩间隙△和软性材料(3)厚度；
步骤7，断面径向压缩间隙和软性材料(3)厚度:结合步骤5和步骤6中得出的同一断面内所有采样点的数据，计算出该断面沿径向的压缩间隙和软性材料(3)的厚度；
步骤8，蜗壳结构压缩间隙和软性材料(3)厚度:再选取蜗壳(2)设置软性材料范围内的不少于5个径向断面，重复步骤2至步骤7的方法，将蜗壳(2)的选取断面一一计算，根据这些多个断面计算结果，得到整体蜗壳结构压缩间隙和软性材料(3)的厚度；
所述的步骤6中蜗壳的径向断面上选取的多个采样点应均匀分布，其分布范围是起始采样点是距座环上环板的15°至45°之间，末端采样点是距座环上环板的90°至225°之间。
[0013]在铺设软性材料的范围内沿蜗向均匀选取特征断面，最后一个特征断面位于蜗向310°之前。该水电站压缩间隙蜗壳结构如图1所示。
[0014]本方法通过在蜗壳设置软性材料范围内选取断面，设置采样点，得出采样点的软性材料厚度后通过同一断面内的多个采样点得到断面整体的压缩间隙和软性材料厚度，最后根据蜗壳设置软性材料范围内的多个断面确定压缩间隙和软性材料厚度。将计算确定的软性材料固定在需设置软性材料范围的蜗壳外壁，机组运行过程中在长期变化荷载作用下软性材料受压产生塑性变形，形成固定的压缩间隙。该间隙可以准确控制蜗壳钢板承担的内水压力大小，为金属蜗壳及外围钢筋混凝土的设计提供依据。通过合理设计，能更好的发挥金属蜗壳承受内水压力的强度能力及外围钢筋混凝土结构的刚度能力，有利于机组长期稳定运行。软性材料和铺设范围也比较容易选择，适合所有的水电站金属蜗壳结构。
[0015]实施例2
如图3所示，图中字母标记A、B、C、D、E、F、G分别表示1-1剖面蜗壳钢板上的点，A'、B'、C'、D'、E'、F'、G'分别表示仅在一定内水压力作用下蜗壳钢板变形之后的A、B、C、D、E、F、G 对应点。
本实施例的一种确定水电机组压缩间隙蜗壳结构压缩间隙的方法，它包括以下步骤: 步骤1，根据电站运行情况，确定出蜗壳2的钢板需要承担的内水压力大小70% ；
步骤2，选取断面，设置采样点:选取蜗壳蜗向45°断面，在此断面的蜗壳2的壳体上选取一个点A作为米样点；
步骤3，得出采样点A的参数:针对步骤2中选取的采样点A进行计算，建立图3断面所示的三维计算模型，模拟蜗壳2的充水保压过程，计算出采样点A在内水压力70%的作用下采样点A处所产生的径向变形位移Ar，计算出蜗壳2在采样点A处的冷缩缝隙At;
根据外围混凝土 4的徐变、干缩、冷缩因素，计算外围混凝土 4与蜗壳2之间的径向缝隙Ah，即A A'距离；建立三维整体计算模型，模拟计算出仅在外围混凝土及机械设备重量下引起的蜗壳钢板采样点A点径向变形位移Aw ；
步骤4，采样点A的径向压缩间隙:根据蜗壳2在步骤3中所得出的所选取采样点A处的参数，计算出该采样点处沿径向的压缩间隙Λ，Δ = Δγ-1 At 1- Ah + I Aw I ；步骤5，采样点A的软性材料3厚度:根据步骤4中得到的采样点A沿径向压缩间隙Λ，结合软性材料3在结构荷载作用下变形之后剩余厚度δ，确定出蜗壳2表面采样点处沿径向所需铺设软性材料3的厚度Λ(1，ΒΡΛ(1=Λ + δ ；
步骤6，断面径向压缩间隙△和软性材料3厚度:在步骤2中所选取的蜗壳2的径向断面上再在设置软性材料范围内的不同位置选取B、C、D、Ε、F、G的6个采样点，重复步骤3至5的方法，计算出各采样点B、C、D、Ε、F、G的径向压缩间隙Λ和软性材料3厚度；
步骤7，断面整体的压缩间隙和软性材料3厚度:结合步骤5和步骤6中得出的所有采样点的数据，结合数值分析，计算出该断面沿径向的压缩间隙和软性材料3的厚度；
步骤8，蜗壳结构压缩间隙和软性材料3厚度:再选取蜗壳2设置软性材料范围内的8个断面，重复步骤2至步骤7的方法，将蜗壳2的选取断面一一计算，得到压缩间隙和软性材料3的厚度；
步骤9，压缩间隙蜗壳软性材料参数确定；根据步骤8中得到的数据，设置蜗壳2的软性材料3，蜗壳2前端直管段I上半周、蜗壳2在225°至蜗向310°之间，子午向距离上环板15°至225°范围内均铺设厚4_的聚苯乙烯泡沫板，图2所示。
[0016]本实例给出的软性材料铺设范围、变形模量仅是针对此附图给出的示例说明，可以依据具体实际工程选取权利要求书中所提的材料铺设范围。在计算压缩间隙时选取的建模计算等方法也仅是针对此附图给出的示例说明，具体计算压缩间隙时的Ar，、At、Ah、Aw的方法并不是唯一的。
【权利要求】
1.一种确定水电机组压缩间隙蜗壳结构压缩间隙的方法，其特征是:它包括以下步骤: 步骤1，根据电站运行条件，确定出蜗壳(2)的钢板需要承担的内水压力值？； 步骤2，选取断面，设置采样点:选取蜗壳(2)设置软性材料范围内的任意一个径向断面，在此断面选取一个点作为采样点； 步骤3，得出采样点的参数:针对步骤2中选取的采样点进行计算，模拟蜗壳(2)的充水保压过程，计算出采样点在内水压力？作用下采样点处所产生的径向变形位移八I'，计算出蜗壳(2)在采样点处的冷缩缝隙八七； 根据外围混凝土( 4 )的徐变、干缩、冷缩参数，计算出外围混凝土( 4 )与蜗壳(2 )之间的径向缝隙八I 计算出仅在外围混凝土(4)及机械设备重量下，引起的蜗壳采样点径向位移步骤4，采样点的径向压缩间隙:根据蜗壳(2)在步骤3中所得出的参数，计算出该采样点沿径向压缩间隙八，八=八广|八七| ~八11- |八界| ； 步骤5，采样点的软性材料(3)厚度:根据步骤4中得到的采样点沿径向压缩间隙八，结合软性材料(3)在结构荷载作用下残余变形量6，计算出蜗壳(2)表面采样点沿径向所需铺设软性材料(3)的厚度八山即八(1=八+ 6 ； 步骤6，其他采样点断面径向压缩间隙匕和软性材料(3)厚度:在步骤2中同一径向断面上设置软性材料范围内的不同于步骤2的不少于5个采样点位置，重复步骤3至5的方法，计算出其它各采样点的径向压缩间隙匕和软性材料(3)厚度； 步骤7，断面径向压缩间隙和软性材料(3)厚度:结合步骤5和步骤6中得出的同一断面内所有采样点的数据，计算出该断面沿径向的压缩间隙和软性材料(3)的厚度； 步骤8，蜗壳结构压缩间隙和软性材料(3)厚度:再选取蜗壳(2)设置软性材料范围内的不少于5个径向断面，重复步骤2至步骤7的方法，将蜗壳(2)的选取断面一一计算，根据这些多个断面计算结果，得到整体蜗壳结构压缩间隙和软性材料(3)的厚度。
2.根据权利要求1所述的一种确定水电机组压缩间隙蜗壳结构压缩间隙的方法，其特征是:所述的步骤6中蜗壳(2)的径向断面上选取的多个采样点应均匀分布，其分布范围是起始采样点是距座环(5)上环板的15。至45。之间，末端采样点是距座环(5)上环板的90°至225°之间。
3.根据权利要求1所述的一种确定水电机组压缩间隙蜗壳结构压缩间隙的方法，其特征是:在铺设软性材料的范围内沿蜗向均匀选取特征断面，最后一个特征断面位于蜗向310°以前。
【文档编号】F03B11/02GK104389717SQ201410472373
【公开日】2015年3月4日 申请日期:2014年9月17日 优先权日:2014年9月17日
【发明者】刘静, 孙春华, 韩斌, 赵靖伟, 王瑞科, 鲍呈苍, 冯华, 邱敏, 曾刚, 王倩 申请人:中国电建集团西北勘测设计研究院有限公司