大型水电站充水保压蜗壳受力及厂房动力分析

论文摘要

随着我国水电事业的不断发展,在建及将建的水电站机组的单机容量越来越大；蜗壳的HD值也急剧增长,蜗壳日趋向巨型化发展。蜗壳埋设方式的选择,是保证大型水电机组安全稳定运行的关键问题之一。为了充分发挥钢蜗壳的承载能力和降低外围混凝土的应力,减少配筋,使蜗壳结构安全可靠、经济合理、施工方便,通常对于大型水电站高HD值的蜗壳,国内外多采用充水保压埋设方式。对于充水保压蜗壳结构最关键的问题是,科学合理地选择保压方案与保压水头,并准确的掌握蜗壳外围混凝土的应力状态,而蜗壳钢衬和外围钢筋混凝土联合承载结构的研究,由于蜗壳结构复杂,且各实际工程之间差异较大,是一个非常复杂的研究课题,很难准确获得其应力状态。此外,大型水电站地下厂房,作为水电站的重要组成部分,它和机组的振动问题普遍存在,给电站的运行带来种种危害,甚至危及整个水电站的安全,这就使得水电站厂房的振动问题受到了普遍重视。因此,本文结合云南某水电站工程建设实际,在收集和总结前人经验的基础上,以大型通用有限元分析软件ANSYS为平台,首先研究了充水保压蜗壳结构外围混凝土受力状态和变形情况。接着,研究分析了各种主要因素对厂房下部结构自振特性的影响,同时对引起机组振动的机械、水力和电气等15种复杂因素进行阐述和分析,在此基础上按照相应的标准作出共振校核。最后,对厂房的抗震分析做出了安全评价。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景及问题的提出
• 1.2 目前水轮机蜗壳的三种结构型式及特点
• 1.2.1 垫层蜗壳
• 1.2.2 充水保压蜗壳
• 1.2.3 直埋蜗壳
• 1.3 国内外水电站蜗壳结构的发展状况及应用
• 1.3.1 国内发展情况
• 1.3.2 国外发展情况
• 1.4 充水保压蜗壳的研究现状及以往研究中存在的问题
• 1.4.1 充水保压蜗壳的研究现状
• 1.4.2 充水保压蜗壳以往研究中存在的问题
• 1.5 充水保压蜗壳结构的研究方法的发展状况
• 1.5.1 结构力学法（"Γ"型框架法简介）
• 1.5.2 模型试验法
• 1.5.3 数值计算法
• 1.6 本论文的研究工作
• 第二章 蜗壳结构的研究理论基础及方法
• 2.1 水轮机相关知识
• 2.1.1 水轮机的类型
• 2.1.2 混流式水轮机
• 2.2 蜗壳结构的设计理论及研究方法
• 2.2.1 蜗壳的型式
• 2.2.2 蜗壳结构的设计理论
• 2.2.3 蜗壳结构的研究方法
• 2.3 有限元计算程序及基本理论
• 2.3.1 线弹性静力有限元基本理论
• 2.3.2 一般壳体问题有限元法简介
• 第三章 充水保压蜗壳结构分析
• 3.1 该电站厂房结构及布置图
• 3.2 充水保压蜗壳结构分析
• 3.2.1 有限元模型
• 3.2.2 计算工况及荷载
• 3.2.3 计算方法
• 3.2.4 预压蜗壳外围钢筋混凝土应力
• 3.3 本章小结
• 第四章 厂房结构自振特性和共振校核
• 4.1 模态分析原理
• 4.2 计算范围和边界条件
• 4.2.1 计算范围
• 4.2.2 边界条件
• 4.3 计算模型
• 4.4 结构固有振动特性计算
• 4.5 机组运行中可能的振源及其频率特征
• 4.5.1 水力振动的振源及频率
• 4.5.2 机械缺陷引起的振动
• 4.5.3 机组的电磁振动
• 4.6 结构共振校核及动力系数复核
• 4.6.1 厂房结构共振校核
• 4.6.2 动力系数复核
• 4.7 本章小结
• 第五章 厂房结构抗震分析
• 5.1 水电站厂房抗震分析
• 5.2 线弹性动力有限元基本理论方法
• 5.2.1. 运动方程
• 5.2.2. 计算方法
• 5.3 计算方法和计算荷载
• 5.4 计算模型
• 5.5 地震反应计算结果与分析
• 5.5.1 横向地震作用
• 5.5.2 纵向地震作用
• 5.6 地震应力计算结果与分析
• 5.6.1 横向地震作用
• 5.6.2 纵向地震作用
• 5.7 地震安全评价
• 5.7.1 地震作用下振动响应核算
• 5.7.2 地震工况与正常运行工况叠加后振动响应核算
• 5.8 本章小结
• 第六章 结论与展望
• 6.1 主要研究成果和结论
• 6.1.1 充水保压蜗壳结构钢衬和外围钢筋混凝土联合承载的研究
• 6.1.2 结构振动模态分析、机组振源分析和共振复核
• 6.1.3 地下厂房抗震反应分析
• 6.2 研究展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录A 硕士期间发表论文和参加科研情况说明
• 附录B 第四章附图