青铜峡水电站尾水管中墩改造结构模型试验与计算研究

【摘要】：上世纪五、六十年代,我国兴建了许多水电站,这些水电站,至今依然为国家的经济建设发挥着巨大作用。但是经过几十年的运行,这些电站都存在着不同的的问题,比如裂缝、振动等,此外,还面临着增容扩容等问题。如何确保这些老电站安全高效运行,如何对老电站进行技术改造,应该进行必要的论证。 本文结合黄河青铜峡水电站实际工程,对老电站技术改造进行了全面的技术可行性论证。所研究的虽然是个案,但是研究的方法和手段具有普遍性和共性。通过建立青铜峡水电站的整体结构试验模型、有限元计算模型、水流数值模拟计算模型,全面分析了尾水管中墩改造和水轮机更换对电站结构和水流带来的影响。同时还分析研究了由水力机械和电气三方面原因引起的18种振源,根据分析结果进行了共振校核以及分析技改对共振范围的影响,并针对共振校核中出现的问题,提出了几点建议。另外,对青铜峡电站结构上所特有的平压水箱进行了再研究,反思了原来的设计思想,总结了几十年来对此问题的研究成果。本文在这些方面得出如下主要结论: (1)从试验和计算的结果分析来看,尾水管中隔墩技术改造,受其影响相对最大的部位就是尾水管,特别是需要拆除的中墩头所在部位;但是技术改造并不会给尾水管顶板和底板的钢筋配筋量带来变化;按现行规范计算,尾水管底板原有钢筋量存在不足。试验过程中通过模拟快速施工的方法测试自重应力取得理想效果。 (2)水电站厂房容易与由推力瓦制造不良引起的激振力和由蜗壳不均匀流场引起的激振力发生共振,尤其是当机组出力需要经常大幅度变化时,更要引起注意。对此,需要从水轮发电机和蜗壳流道的设计、制造、安装等方面加以解决,同时,也应尽量避免在某些可能产生强烈振动的负荷区运行。尾水管技术改造对电站厂房自振频率有影响,但是影响不大。比较而言,更换了水轮机很有可能扩大了共振频率的范围。这个问题值得重视。 (3)平压水箱对改善某些部位的应力状态有一定的作用,但是并没有原设计考虑的那么明显,加强对平压水箱的现场观测,结合计算和试验,是比较合理的选择。 (4)尾水管出流不均匀现象得到验证。中墩技术改造对改善这种不均匀性有一定作用,使得水流更加顺畅,但是作用并不是很明显,对两孔的影响程度也不一样。