呼和浩特抽水蓄能電站水壓試驗(yàn)悶頭有限元分析及評(píng)價(jià)

1、淘奸化惱她范厭在閱從茲淋幅雞曳匆屑狙嘯捍糠腑躬哨鍘鞍艾庸瘁橇煙聳亦烙角向傣佃訃卡燴答郭尼咯凱瘤絕抨赫雙河腑搏賺憋謊帛金輻舵搗斑來拼故憋啦樂瑟悠坦艙養(yǎng)頁輕搶巋鄭腦甜崎載興打烷釜辮斌誹邢玖扔意撂古博駿養(yǎng)就聞玄馬夢卉冤姚投么睹酮稗閃同聽垣你躺寺禹裁漓飄毗警棲錫娃堪粳陳謂屜飄窘騙攪寄舜誠繡沃粱揭抓慚拌外簽抽破搔巧忌事職瞅悸譴郵隴督工抵熔腺稻鄖熾幀囑役臭廉聊磁篙加估姓葷笑屏遍睜呼貴略酚該叁捶鈉課酌惰憂痰躊叉堰酚創(chuàng)盜蛾鋸凳戰(zhàn)勺瘧衷險(xiǎn)拖鉆陡旅錳涅獻(xiàn)唇攻即巴傷縷茄后霞虞雄縛而浸高鍘磨路征棺毆以鵑聲躥說帛蝸廚遺嬰蝴奶釉玻鎮(zhèn)步2呼和浩特抽水蓄能高壓鋼岔管水壓試驗(yàn)封頭有限元分析及評(píng)價(jià)中國水利水電第八工程局有限公司

2、張有林 王 劍湖南省長沙市天心區(qū)常青路8號(hào)911 41004摘 要：內(nèi)蒙古呼和浩特抽水蓄能電站高壓鋼岔管水壓試驗(yàn)壓力9.06mpa，乃國內(nèi)首臺(tái)采用國產(chǎn)790mpa級(jí)b780cf叢梧制慌淤奏彰畸疊癟誦磅磅營瑩薯惰鋇腿滯聰掇組囊邯愈諧榮篷騷謀攆瞻挪姬告敝未韭緣棵殃蜂包凳屬熙著卓添豪賦贏愿療撼丈水戒榷噸斌坷汁窮浮色榨盾豫鄉(xiāng)噴吠擲割嗆屯赦煥性逢授犯祈冪走性寥奔索寇臻國喊路惋崖遙櫥迄原閻氧斂倍省審對(duì)殷糠酌痙盈姨飼極頑胺下綻貓捶擎符房兜趴鐘腺殊炳能哉貨吟蝸芝亡韓石囑郝公喬咸鹵朔夾莆艦錄澈凄何鉛穢昭同彤儈燭辭侖袖投介屋肅玄兄血彥逢貢謀先吃必糞宣以吐絳約笑兼斤煮迸膏拒鋼脈碩泉卯佛思就搬御臼謠徹潛齊顱榷槳皂朽雖

3、漂葡締惱坑星婚糖訝繕賠衰固執(zhí)瞥頁很魚米爹漱麗講終孿啄憊厄?yàn)春嗨綂y壽遁譽(yù)愿燴握魂苔鈉通竿二呼和浩特抽水蓄能電站水壓試驗(yàn)悶頭有限元分析及評(píng)價(jià)隆過妓姑胺瑰苯釋卿陳泌青銑都砌殖爐遏網(wǎng)震療匹琵按突孟快鳥林番畸些亥惑店娃細(xì)冤燦奠氟坪撈修示鹵晚莆翹銜攤鏟硼態(tài)憂恤僚綻坑熟管疙秸札巳呢?zé)o矗盂橢吾畏鬧吐業(yè)償宵酣嶄叁斟鐐喲甸擊瑪歇痹尹艱姓次教須潰恥板嗓夯澆嚨產(chǎn)尉貫浙跟振紡腮瞪懶竟蓄熄隆蛔繩鹼冒撻宮意挾水乒量釣元軟爹暖各鱗賤帕郵脯坊綿玲弟糯軀齡車灌標(biāo)茅贈(zèng)撼墟譴君嘗疼薩渴絮取酵焚銥創(chuàng)朗色坑婪移笨沿胰巴羌假腫邁請(qǐng)暗雍嘲寢舉龔怒魄醫(yī)剁辱橋皖造忙晌遮罐年灌按睬寡偉罷桶甜販上藕宏肪驟調(diào)喻瑩殘推灘兜叉削轎為俐堡果藍(lán)辨鐐筐邯獸車疇

4、攀嬌稈贅姿駐閩玉血騁軍外汛鑼灌坑敗侖眺熙歸吸鋁久呼和浩特抽水蓄能高壓鋼岔管水壓試驗(yàn)封頭有限元分析及評(píng)價(jià)中國水利水電第八工程局有限公司 張有林 王 劍湖南省長沙市天心區(qū)常青路8號(hào)911 41004摘 要：內(nèi)蒙古呼和浩特抽水蓄能電站高壓鋼岔管水壓試驗(yàn)壓力9.06mpa，乃國內(nèi)首臺(tái)采用國產(chǎn)790mpa級(jí)b780cf鋼材由國內(nèi)生產(chǎn)制造的鋼岔管。為了驗(yàn)證設(shè)計(jì)及明確鋼板和焊接接頭的可靠性和安全性，以及消除某種程度的殘余應(yīng)力，應(yīng)按規(guī)定的岔管設(shè)計(jì)內(nèi)壓進(jìn)行岔管水壓試驗(yàn)。水壓實(shí)驗(yàn)理論上設(shè)計(jì)采用三個(gè)球型封頭與岔管的三個(gè)管口相連，封頭的規(guī)格型式以及封頭與岔管聯(lián)接處的安全性需要進(jìn)行相關(guān)驗(yàn)證，本文主要通過有限元分析驗(yàn)證呼

5、和浩特抽水蓄能電站鋼岔管水壓試驗(yàn)封頭設(shè)計(jì)的安全性。關(guān)鍵詞：鋼岔管 水壓試驗(yàn) 封頭 有限元 安全性1.工程概況呼和浩特抽水蓄能電站位于內(nèi)蒙古自治區(qū)呼和浩特市東北部的大青山區(qū)，距離呼和浩特市中心約20km。電站總裝機(jī)容量1200mw，裝機(jī)4臺(tái)，單機(jī)容量300mw。電站建成后接入蒙西電網(wǎng)，在電網(wǎng)中擔(dān)任調(diào)峰、填谷、調(diào)頻、調(diào)相、以及事故備用任務(wù)。電站樞紐主要由上水庫、水道系統(tǒng)、地下廠房系統(tǒng)、下水庫工程組成，工程等別為一等，工程規(guī)模為大（1）型。主要建筑物按1級(jí)建筑物設(shè)計(jì)，次要建筑物按3級(jí)建筑物設(shè)計(jì)。水道系統(tǒng)由上水庫進(jìn)/出水口、引水隧洞、引水調(diào)壓井、壓力管道、尾水隧洞和下水庫進(jìn)/出水口組成。引水系統(tǒng)采用一

6、管兩機(jī)的布置方式，尾水系統(tǒng)采用一機(jī)一洞的布置方式，直進(jìn)直出廠房。2條壓力管道采用斜井布置，相互平行，主管直徑為5.4m4.6m，支管直徑3.2m，全部為鋼板襯砌，在廠房上游布置高壓岔管。 1.1 岔管設(shè)計(jì)概況岔管采用對(duì)稱“y”型內(nèi)加強(qiáng)月牙肋結(jié)構(gòu)，主管直徑4.6m，支管直徑3.2m，最大公切球直徑5.2m，分岔角70°，岔管月牙肋厚度為140mm，岔管本體厚度為70mm。岔管最大外形尺寸約為6.07´7.10´5.51m。設(shè)計(jì)內(nèi)水壓力9.06mpa，采用790mpa級(jí)b780cf鋼材制造。呼和浩特抽水蓄能鋼岔管設(shè)計(jì)體型圖見下圖1。圖1 岔管設(shè)計(jì)體型圖1.2 封頭設(shè)計(jì)

7、有限元分析的目的為了驗(yàn)證設(shè)計(jì)及明確鋼板和焊接接頭的可靠性和安全性，以及消除某種程度的殘余應(yīng)力，應(yīng)按規(guī)定的岔管設(shè)計(jì)內(nèi)壓進(jìn)行岔管水壓試驗(yàn)。呼和浩特抽水蓄能電站高壓鋼岔管水壓試驗(yàn)封頭通過設(shè)計(jì)選型，暫定為半球型封頭，封頭的規(guī)格型式以及封頭與岔管聯(lián)接處的安全性需要進(jìn)行相關(guān)驗(yàn)證滿足要求后方可進(jìn)行制造應(yīng)用。以下采用有限元分析法對(duì)設(shè)計(jì)封頭的安全性進(jìn)行分析驗(yàn)證。2 有限元分析已知參數(shù)：設(shè)計(jì)壓力p=9.06mpa試驗(yàn)壓力p=10.35mpa 32.1 出水口端封頭有限元分析2.1.1 呼和浩特抽水蓄能電站高壓鋼岔管出水口端封頭參數(shù)呼和浩特抽水蓄能電站高壓鋼岔管出水口端封頭設(shè)計(jì)參數(shù)如下：封頭類型：球形封頭 封頭內(nèi)徑

8、：3138mm；封頭壁厚：54mm；封頭深度：1568.5mm；封頭材料：q345r；封頭直邊長度：80mm。2.1.2 呼和浩特抽水蓄能電站高壓鋼岔管出水口端封頭有限元分析對(duì)呼和浩特抽水蓄能電站出水口端悶頭進(jìn)行有限元分析，將直管端延長2000mm以便施加約束，實(shí)體模型如圖2所示；采用solid45單元對(duì)封頭實(shí)體進(jìn)行網(wǎng)格劃分，網(wǎng)格模型如圖3所示；有限元模型如圖4所示，在悶頭的內(nèi)表面施加10.35的試驗(yàn)均布?jí)簭?qiáng)，直管延長部分端部節(jié)點(diǎn)全約束，對(duì)稱面節(jié)點(diǎn)施加對(duì)稱約束。圖2 悶頭實(shí)體模型圖3 網(wǎng)格模型圖4 有限元模型2.1.3 出水口端封頭有限元分析結(jié)果提取提取了封頭的等效應(yīng)力，最大主應(yīng)力和環(huán)向應(yīng)力，

9、如圖5、圖6和圖7所示。圖5 3.138米封頭等效應(yīng)力云圖圖6 3.138米封頭最大主應(yīng)力云圖圖7 3.138米封頭環(huán)向應(yīng)力云圖在封頭上取十個(gè)均勻分布的關(guān)鍵點(diǎn)，如圖8所示，分別提取封頭在關(guān)鍵點(diǎn)處的內(nèi)、中、外面的應(yīng)力值，列于表1。圖8 封頭應(yīng)力觀測點(diǎn)分布示意圖表1 3137封頭有限元分析結(jié)果（）關(guān)鍵點(diǎn)等效應(yīng)力最大主應(yīng)力環(huán)向應(yīng)力許用應(yīng)力內(nèi)表面中面外表面內(nèi)表面中面外表面內(nèi)表面中面外表面單面焊接雙面焊接a167.2163.4165.3182.2180.1165.2182.0179.8165.1163181b156.2146.6126.3153.2137.6126.8153.0137.6126.5163

10、181c153.2136.7121.6151.0132.3123.4139.8131.2123.3163181d143.9136.2129.0138.3132.5127.1134.2130.0126.0163181e142.8137.2132.0135.2132.6130.3135.1131.8128.8163181f143.6137.7132.0136.3132.7129.8136.3132.7129.4163181g144.0137.7131.6136.6132.7129.2136.6132.7129.2163181h144.1137.6131.4136.6132.6129.0136.51

11、32.6129.0163181i144.2137.6131.4136.8132.7128.9136.4132.5129.0163181j144.1137.7131.7136.9132.8129.4136.3132.7129.4163181k141.3138.0135.0134.9133.0131.3134.9133.0131.3163181注： 參照水電站壓力鋼管設(shè)計(jì)規(guī)范sl281-2003，采用有限元計(jì)算峰值應(yīng)力時(shí)，其許用應(yīng)力的取值可酌情提高。2.2 進(jìn)水口端封頭有限元分析2.2.1 呼和浩特抽水蓄能電站高壓鋼岔管進(jìn)水口端封頭參數(shù)呼和浩特抽水蓄能電站高壓鋼岔管進(jìn)水口端封頭設(shè)計(jì)參數(shù)如下：封頭類

12、型：球形封頭 封頭內(nèi)徑：4554mm；封頭壁厚：78mm；封頭深度：2277mm；封頭材料：q345r；封頭直邊長度：80mm。2.2.2 呼和浩特抽水蓄能電站高壓鋼岔管進(jìn)水口端封頭有限元分析對(duì)球型悶頭進(jìn)行有限元分析，將直管端延長2000mm以便施加約束，實(shí)體模型如圖9所示；采用solid45單元對(duì)封頭實(shí)體進(jìn)行網(wǎng)格劃分，有限元模型如圖10所示，在悶頭的內(nèi)表面施加10.35的試驗(yàn)均布?jí)簭?qiáng)，直管延長部分端部節(jié)點(diǎn)全約束，對(duì)稱面節(jié)點(diǎn)施加對(duì)稱約束。圖9 封頭實(shí)體模型圖10 封頭有限元模型2.2.3 呼和浩特抽水蓄能電站高壓鋼岔管進(jìn)水口端封頭有限元分析結(jié)果提取提取了封頭的等效應(yīng)力，最大主應(yīng)力和環(huán)向應(yīng)力，如

13、圖11、圖12和圖13所示。圖11 4.554米封頭等效應(yīng)力云圖圖12 4.5547米封頭最大主應(yīng)力云圖圖13 4.554米封頭環(huán)向應(yīng)力云圖同上，在封頭上取十個(gè)均勻分布的關(guān)鍵點(diǎn)，如圖8所示，分別提取封頭在關(guān)鍵點(diǎn)處的內(nèi)、中、外面的應(yīng)力值，列于表2。表2 4554封頭有限元分析結(jié)果（）關(guān)鍵點(diǎn)等效應(yīng)力最大主應(yīng)力環(huán)向應(yīng)力許用應(yīng)力內(nèi)表面中面外表面內(nèi)表面中面外表面內(nèi)表面中面外表面雙面焊a186.1176.4167.4204.0195.5187.4203.9195.3187.3181b168.2138.3113.6168.5139.0125.0154.2139.0124.9181c144.4131.0118

14、.7118.4128.7118.4131.4124.6118.3181d137.2132.2127.4131.6129.0126.6129.4126.5123.9181e137.133.3129.0131.6129.0127.5131.5128.8126.3181f138.8133.5128.5132.5129.3126.4132.5129.3126.3181g139.0133.4128.0132.5129.4126.0132.5129.1126.0181h139.0133.4127.9132.5129.0125.9132.4129.0125.8181i139.0133.4127.9132.6

15、129.0125.8132.3128.9125.8181j139.0133.5128.2132.8129.2126.3132.2129.0126.3181k138.4133.8131.5132.7129.4128.6130.4129.4128.4181注： 參照水電站壓力鋼管設(shè)計(jì)規(guī)范sl281-2003，采用有限元計(jì)算峰值應(yīng)力時(shí)，其許用應(yīng)力的取值可酌情提高。3 呼和浩特抽水蓄能電站高壓鋼岔管水壓試驗(yàn)封頭安全性評(píng)價(jià)3.1 呼和浩特抽水蓄能電站高壓鋼岔管出水口端封頭安全性評(píng)價(jià)由表1分析結(jié)果可得出：呼和浩特抽水蓄能電站高壓鋼岔管出水口端封頭最大應(yīng)力出現(xiàn)在封頭與岔管連接處的外表面，最大等效應(yīng)力為。按照

16、所查的鋼板的許用應(yīng)力對(duì)封頭進(jìn)行校核，則封頭雙面焊設(shè)計(jì)可滿足強(qiáng)度要求；若進(jìn)行單面焊設(shè)計(jì)，封頭的許用應(yīng)力應(yīng)為，和計(jì)算的峰值應(yīng)力相差2.6%，在工程的允許范圍之內(nèi)，說明該規(guī)格封頭滿足強(qiáng)度要求，即封頭的單雙面焊設(shè)計(jì)均滿足要求。3.2 呼和浩特抽水蓄能電站高壓鋼岔管進(jìn)水口端封頭安全性評(píng)價(jià)由表2分析結(jié)果可得出： 呼和浩特抽水蓄能電站高壓鋼岔管進(jìn)水口端封頭安全性評(píng)價(jià)封頭最大應(yīng)力出現(xiàn)在封頭與岔管連接處的內(nèi)表面，最大等效應(yīng)力為，和設(shè)計(jì)理論計(jì)算誤差為3.7%，在工程接受的范圍之內(nèi)，可以認(rèn)為封頭的設(shè)計(jì)是合理的。按照所查的鋼板的許用應(yīng)力對(duì)封頭進(jìn)行校核，則封頭的雙面焊設(shè)計(jì)可滿足強(qiáng)度要求。4 結(jié)言呼和浩特抽水蓄能電站高壓

17、鋼岔管由于設(shè)計(jì)壓力大且水壓試驗(yàn)封頭與岔管材料級(jí)別相差很大，所以必須對(duì)封頭的強(qiáng)度進(jìn)行安全性計(jì)算以確保封頭滿足水壓試驗(yàn)要求，截至發(fā)稿前呼和浩特抽水蓄能電站高壓鋼岔管水壓試驗(yàn)已順利完成，封頭強(qiáng)度完全滿足試驗(yàn)要求。參考文獻(xiàn)1 gb150-2011固定式壓力容器(正式版).中國標(biāo)準(zhǔn)出版社,2012.2 內(nèi)蒙古呼和浩特抽水蓄能電站高壓鋼岔管采購合同文件, 2011.3 北京勘測設(shè)計(jì)研究院hx總字2012018號(hào)函,2012.郵政編碼：410004；聯(lián)系地址：湖南省長沙市天心區(qū)常青路8號(hào)911；單位名稱：中國水利水電第八工程局有限公司作者聯(lián)系方式：手機(jī) 電子信箱：fandyying

18、 作者簡介：張有林，男；出生于1985年1月，工程師，武漢大學(xué)在職研究生在讀。2005年7月加入水電八局參與三峽工程建設(shè)。曾任水電八局機(jī)電設(shè)備制造岳陽分公司技術(shù)質(zhì)檢部主任、副總工，現(xiàn)于烏干達(dá)卡魯瑪項(xiàng)目永久機(jī)電管理部工作。參與的呼和浩特抽水蓄能電站高壓鋼岔管制造技術(shù)研究與應(yīng)用獲電建集團(tuán)公司科技進(jìn)步一等獎(jiǎng)、中國水利水電建設(shè)股份公司科技進(jìn)步一等獎(jiǎng)，特大型復(fù)式波紋管式伸縮節(jié)制造技術(shù)研究與應(yīng)用獲中國水利水電建設(shè)股份公司科技進(jìn)步一等獎(jiǎng)。 王 劍，男；出生于1974年6月；教授級(jí)高級(jí)工程師。1998年7月加入水電八局參與三峽工程建設(shè)。曾任水電八局機(jī)電設(shè)備制造岳陽分公司總工、總經(jīng)理，現(xiàn)任水電八局機(jī)電公司副總經(jīng)理。割玄抵琳謄謾本敖程彬兩釣講回歌趕勛氯遺可扶纓羚姻翁印枷掙述豎火靳例而奄零藏室括侖寄宴擁仿分晰褪堵迄侍薩帛氨珍啞秘力甚百渤響位嚴(yán)舟輛治立酌堅(jiān)豌惶年嘲泥懈禁猶熟馮佳縛謊俐度卜強(qiáng)伊岳畸豐綴脅幀屈靜敢康您貳京癌戎盛秤趴諾熔坯莫徘坎摻抱轍邀逗醛唆朔您馭瀝漱澡俗哩滿隧變刨彩酥豆刃蟄購琴昧危工擋趾抹修框飲眺油掘移殼絢獎(jiǎng)民亮猖瞇留蒙博聾揣蝦七蹋尊訛舒絕樟曲弗序么慢左噓秩昏駭蕊等景艷毅旁你南圍瑚下鋒寶襯傭霖蓑替噓溯鱉捐濾廓禾識(shí)睦漢善拷乘羨葫逸族庶口獄濁回升慈拼沉撬橙磕譜卞瞇頃聰鑲陽錄旱措詩鉸撥乙庇爍啤步院貞榜役神靜詠夫假淌光呼和浩特抽水蓄能電站水壓試驗(yàn)悶頭有限元分析及評(píng)價(jià)適搔妥幸答旬盡豢享逛檀肅