马马崖一级水电站生态小机贴边岔管优化设计（论文）.pdf

l工程建设与设计 】(~truction&DesI胛ForProject 马 马 崖 一 级 水 电 站 生 态 小 机 贴 边 岔 管 优 化 设 计 Reinforced Branch Pipe in M amaya I Hydropower Station 叶文 字 ，肖德 序 ，罗玉 霞 (中国电建贵阳勘测设计研究院有限公司，贵阳 550081) YEWen-yu，XIAODe-xu，LUO Yu-xia (PowerChinaGuiyangEngineeringCorporationLimited，Guiyang 550081，China) 【摘 要】马马崖一级水电站生态小机贴边岔管规模较大，是工程设计的关键，论文围绕岔管体型优选，采用三维有限元 方法对钢岔管应力进行研究。计算成果表明：岔管设计体型良好，结构安全。 【Abstract]With a large scale，the design ofhem reinforced branch pipe is the key ofconstruction ofMamaya I hydropower station． The paper makes study on stress ofthe steel branch pipe by using three—dimensional finite element method，focusing on optimal selection ofhem reinforced branch pipe’configuration，the calculation results shows that the configuration ofthe branch pipe is good and its structure is safe． 【关键词】马马崖一级水电站：贴边岔管；优化设计 【Keywords】MamayaIhydropowerstation；hemreinforcedbranchpipe；optimizationdesign 【中图分类号]TV732+4 【文献标志码】A 【文章编号】1007—9467(2017)1 1-0138．02 [DOll 10．13616／j．cnki．gcjsysj．2017．1 1．039 1 工 程 概 况 1．1 工 程 简介 马马崖一级水电站位于贵州省北盘江关岭县和兴仁县交 界的尖山峡谷河段上，工程以发电为主 ，航运次之 ，电站建成 后承担贵州电力系统调峰 、调频、事故备用等任务。水库正常 蓄水位 585m，相应库容 1．365x10Srns，死水位 580m，调节库容 0．307~108m ，水库具有 目调节性能。电站装机容量 558MW， 安装 3台单机容量为 1 80MW 的水轮发电机组和一台单机容 量为 1 8MW 的生态流量机组。 马马崖一级水电站属二等大(2)型工程 ，枢纽工程由碾 压混凝土重力坝、坝身开敞式溢流表孔 、坝身放空底孔 、左岸 引水系统、左岸地下厂房等主要建筑物组成。引水系统 1 及 【作者简介】叶文宇(1979～)，女，四川广汉人，高级工程师，从事水 电站设计与研究。 138 4 机组采用一洞两机供水方式 ，2 和 3 机组采用单洞单机 供水方式。l～3 单机设计引用流量 297．5mVs，4 单机设计引 用流量 30m3／s。引水系统由进水口、引水隧洞、压力钢管组成。 引水隧洞内径 9．75m，l～3 压力钢管内径 7．6～7m，4 压力钢 管内径 2．4m，1 压力钢管与 4 压力钢管采用贴边岔管相接。 1．2 地质 条件 压力钢管穿越地层为T 灰色深灰中厚层夹厚层 、薄 层细晶灰岩，岩层单斜 ，产状 N60。~70。W，NEZ 10。-14。洞室 围岩以nI类为主。 2 岔 管 型 式 选 择 及 体 型 设 计 2．1 岔 管型 式选 择 根据压力钢管布置条件，主管内径 7．6m，支管内径 2．4m， 岔管部位设计水头 108m (含水锤压力)。水头与管径乘积的 lid值约 8．2hn：。主管与支管相接可以采用内加强月牙肋岔管 和贴边岔管 2种布置型式。2种岔管型式优缺点比较分析结 果如表 l所示。 表 1马马崖一级内加强月牙肋岔管与贴边岔管优缺点比较表 从表 1可知，内加强肋岔管和贴边岔管各有优势，在岔管 结构受力、焊接质量控制方面内加强月牙肋岔管更有优势 ，贴 边岔管开挖断面小，工程量更省。因本工程水头属于中等水 头，主管与支管管径比为 0．32--43．29，支主管管径比值较小，综 合比较后选择岔管型式为贴边岔管。 2．2岔 管体 型设 计 初拟 因主岔管壳开孔后 ，在主岔管与支岔管相贯线处会形成 应力集中，孔口最大主应力值通常出现在孔 口锐角部位。同 时 ，孔口的应力集中系数会随着分叉角的增大而减小，为降低 孔口的最大主应力，将主支岔轴线夹角调整为 90。。这虽然会 引起在岔管处水头损失增加，但由于 4 机引用流量不足 1 隧 洞总引用流量的 10％，且支岔管与主岔管面积比也不到 10％， 调整后增加的水头损失不大。 为减少补强板与岔管相贯线部位的组合焊缝 ，取消支岔 管上的补强板 ，加大支岔管第一个管节壁厚以便于岔管相贯 线部位组合焊缝的施工。 采用经验公式，内水压力完全由岔管承担，初步估算主管 壁厚需要 40mrn，且采用 2层与管壁厚度等厚的贴边补强板 ， 因管壁较厚 ，补强板层数较多，在相贯线处焊缝质量难以保 证，为了减小壁厚以及减少主管补强板层数，考虑围岩分担部 分内水压力，并用有限元进行复核 ，初拟岔管主管管壁厚度 32mm，主管外侧设置一层补强板 ，补强板厚度 32mm，补强板 宽度 lm，支岔壁厚 6Offlm，岔管材质均采用 Q345R钢。 3 计 算 原 理 及 方 法 3．1 材料 参数 3．1．1岔管材质 岔管选择 Q345R，参