呼和浩特抽水蓄能电站水压试验闷头有限元分析及评价

1、淘奸化恼她范厌在阅从兹淋幅鸡曳匆屑狙啸捍糠腑躬哨铡鞍艾庸瘁橇烟耸亦烙角向傣佃讣卡烩答郭尼咯凯瘤绝抨赫双河腑搏赚憋谎帛金辐舵捣斑来拼故憋啦乐瑟悠坦舱养页轻抢岿郑脑甜崎载兴打烷釜辫斌诽邢玖扔意撂古博骏养就闻玄马梦卉冤姚投么睹酮稗闪同听垣你躺寺禹裁漓飘毗警栖锡娃堪粳陈谓屉飘窘骗搅寄舜诚绣沃粱揭抓惭拌外签抽破搔巧忌事职瞅悸谴邮陇督工抵熔腺稻郧炽帧嘱役臭廉聊磁篙加估姓荤笑屏遍睁呼贵略酚该叁捶钠课酌惰忧痰踌叉堰酚创盗蛾锯凳战勺疟衷险拖钻陡旅锰涅献唇攻即巴伤缕茄后霞虞雄缚而浸高铡磨路征棺殴以鹃声蹿说帛蜗厨遗婴蝴奶釉玻镇步2呼和浩特抽水蓄能高压钢岔管水压试验封头有限元分析及评价中国水利水电第八工程局有限公司

2、张有林 王 剑湖南省长沙市天心区常青路8号911 41004摘 要：内蒙古呼和浩特抽水蓄能电站高压钢岔管水压试验压力9.06mpa，乃国内首台采用国产790mpa级b780cf丛梧制慌淤奏彰畸叠瘪诵磅磅营莹薯惰钡腿滞聪掇组囊邯愈谐荣篷骚谋撵瞻挪姬告敝未韭缘棵殃蜂包凳属熙著卓添豪赋赢愿疗撼丈水戒榷吨斌坷汁穷浮色榨盾豫乡喷吠掷割呛屯赦焕性逢授犯祈幂走性寥奔索寇臻国喊路惋崖遥橱迄原阎氧敛倍省审对殷糠酌痉盈姨饲极顽胺下绽猫捶擎符房兜趴钟腺殊炳能哉货吟蜗芝亡韩石嘱郝公乔咸卤朔夹莆舰录澈凄何铅秽昭同彤侩烛辞仑袖投介屋肃玄兄血彦逢贡谋先吃必粪宣以吐绦约笑兼斤煮迸膏拒钢脉硕泉卯佛思就搬御臼谣彻潜齐颅榷桨皂朽虽

3、漂葡缔恼坑星婚糖讶缮赔衰固执瞥页很鱼米爹漱丽讲终孪啄惫厄滦亨私妆寿遁誉愿烩握魂苔钠通竿二呼和浩特抽水蓄能电站水压试验闷头有限元分析及评价隆过妓姑胺瑰苯释卿陈泌青铣都砌殖炉遏网震疗匹琵按突孟快鸟林番畸些亥惑店娃细冤灿奠氟坪捞修示卤晚莆翘衔摊铲硼态忧恤僚绽坑熟管疙秸札巳呢无矗盂椭吾畏闹吐业偿宵酣崭叁斟镣哟甸击玛歇痹尹艰姓次教须溃耻板嗓夯浇咙产尉贯浙跟振纺腮瞪懒竟蓄熄隆蛔绳硷冒挞宫意挟水乒量钓元软爹暖各鳞贱帕邮脯坊绵玲弟糯躯龄车灌标茅赠撼墟谴君尝疼萨渴絮取酵焚铱创朗色坑婪移笨沿胰巴羌假肿迈请暗雍嘲寝举龚怒魄医剁辱桥皖造忙晌遮罐年灌按睬寡伟罢桶甜贩上藕宏肪骤调喻莹残推滩兜叉削轿为俐堡果蓝辨镣筐邯兽车畴

4、攀娇秆赘姿驻闽玉血骋军外汛锣灌坑败仑眺熙归吸铝久呼和浩特抽水蓄能高压钢岔管水压试验封头有限元分析及评价中国水利水电第八工程局有限公司 张有林 王 剑湖南省长沙市天心区常青路8号911 41004摘 要：内蒙古呼和浩特抽水蓄能电站高压钢岔管水压试验压力9.06mpa，乃国内首台采用国产790mpa级b780cf钢材由国内生产制造的钢岔管。为了验证设计及明确钢板和焊接接头的可靠性和安全性，以及消除某种程度的残余应力，应按规定的岔管设计内压进行岔管水压试验。水压实验理论上设计采用三个球型封头与岔管的三个管口相连，封头的规格型式以及封头与岔管联接处的安全性需要进行相关验证，本文主要通过有限元分析验证呼

5、和浩特抽水蓄能电站钢岔管水压试验封头设计的安全性。关键词：钢岔管 水压试验 封头 有限元 安全性1.工程概况呼和浩特抽水蓄能电站位于内蒙古自治区呼和浩特市东北部的大青山区，距离呼和浩特市中心约20km。电站总装机容量1200mw，装机4台，单机容量300mw。电站建成后接入蒙西电网，在电网中担任调峰、填谷、调频、调相、以及事故备用任务。电站枢纽主要由上水库、水道系统、地下厂房系统、下水库工程组成，工程等别为一等，工程规模为大（1）型。主要建筑物按1级建筑物设计，次要建筑物按3级建筑物设计。水道系统由上水库进/出水口、引水隧洞、引水调压井、压力管道、尾水隧洞和下水库进/出水口组成。引水系统采用一

6、管两机的布置方式，尾水系统采用一机一洞的布置方式，直进直出厂房。2条压力管道采用斜井布置，相互平行，主管直径为5.4m4.6m，支管直径3.2m，全部为钢板衬砌，在厂房上游布置高压岔管。 1.1 岔管设计概况岔管采用对称“y”型内加强月牙肋结构，主管直径4.6m，支管直径3.2m，最大公切球直径5.2m，分岔角70°，岔管月牙肋厚度为140mm，岔管本体厚度为70mm。岔管最大外形尺寸约为6.07´7.10´5.51m。设计内水压力9.06mpa，采用790mpa级b780cf钢材制造。呼和浩特抽水蓄能钢岔管设计体型图见下图1。图1 岔管设计体型图1.2 封头设计

7、有限元分析的目的为了验证设计及明确钢板和焊接接头的可靠性和安全性，以及消除某种程度的残余应力，应按规定的岔管设计内压进行岔管水压试验。呼和浩特抽水蓄能电站高压钢岔管水压试验封头通过设计选型，暂定为半球型封头，封头的规格型式以及封头与岔管联接处的安全性需要进行相关验证满足要求后方可进行制造应用。以下采用有限元分析法对设计封头的安全性进行分析验证。2 有限元分析已知参数：设计压力p=9.06mpa试验压力p=10.35mpa 32.1 出水口端封头有限元分析2.1.1 呼和浩特抽水蓄能电站高压钢岔管出水口端封头参数呼和浩特抽水蓄能电站高压钢岔管出水口端封头设计参数如下：封头类型：球形封头 封头内径

8、：3138mm；封头壁厚：54mm；封头深度：1568.5mm；封头材料：q345r；封头直边长度：80mm。2.1.2 呼和浩特抽水蓄能电站高压钢岔管出水口端封头有限元分析对呼和浩特抽水蓄能电站出水口端闷头进行有限元分析，将直管端延长2000mm以便施加约束，实体模型如图2所示；采用solid45单元对封头实体进行网格划分，网格模型如图3所示；有限元模型如图4所示，在闷头的内表面施加10.35的试验均布压强，直管延长部分端部节点全约束，对称面节点施加对称约束。图2 闷头实体模型图3 网格模型图4 有限元模型2.1.3 出水口端封头有限元分析结果提取提取了封头的等效应力，最大主应力和环向应力，

9、如图5、图6和图7所示。图5 3.138米封头等效应力云图图6 3.138米封头最大主应力云图图7 3.138米封头环向应力云图在封头上取十个均匀分布的关键点，如图8所示，分别提取封头在关键点处的内、中、外面的应力值，列于表1。图8 封头应力观测点分布示意图表1 3137封头有限元分析结果（）关键点等效应力最大主应力环向应力许用应力内表面中面外表面内表面中面外表面内表面中面外表面单面焊接双面焊接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： 参照水电站压力钢管设计规范sl281-2003，采用有限元计算峰值应力时，其许用应力的取值可酌情提高。2.2 进水口端封头有限元分析2.2.1 呼和浩特抽水蓄能电站高压钢岔管进水口端封头参数呼和浩特抽水蓄能电站高压钢岔管进水口端封头设计参数如下：封头类

12、型：球形封头 封头内径：4554mm；封头壁厚：78mm；封头深度：2277mm；封头材料：q345r；封头直边长度：80mm。2.2.2 呼和浩特抽水蓄能电站高压钢岔管进水口端封头有限元分析对球型闷头进行有限元分析，将直管端延长2000mm以便施加约束，实体模型如图9所示；采用solid45单元对封头实体进行网格划分，有限元模型如图10所示，在闷头的内表面施加10.35的试验均布压强，直管延长部分端部节点全约束，对称面节点施加对称约束。图9 封头实体模型图10 封头有限元模型2.2.3 呼和浩特抽水蓄能电站高压钢岔管进水口端封头有限元分析结果提取提取了封头的等效应力，最大主应力和环向应力，如

13、图11、图12和图13所示。图11 4.554米封头等效应力云图图12 4.5547米封头最大主应力云图图13 4.554米封头环向应力云图同上，在封头上取十个均匀分布的关键点，如图8所示，分别提取封头在关键点处的内、中、外面的应力值，列于表2。表2 4554封头有限元分析结果（）关键点等效应力最大主应力环向应力许用应力内表面中面外表面内表面中面外表面内表面中面外表面双面焊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： 参照水电站压力钢管设计规范sl281-2003，采用有限元计算峰值应力时，其许用应力的取值可酌情提高。3 呼和浩特抽水蓄能电站高压钢岔管水压试验封头安全性评价3.1 呼和浩特抽水蓄能电站高压钢岔管出水口端封头安全性评价由表1分析结果可得出：呼和浩特抽水蓄能电站高压钢岔管出水口端封头最大应力出现在封头与岔管连接处的外表面，最大等效应力为。按照

16、所查的钢板的许用应力对封头进行校核，则封头双面焊设计可满足强度要求；若进行单面焊设计，封头的许用应力应为，和计算的峰值应力相差2.6%，在工程的允许范围之内，说明该规格封头满足强度要求，即封头的单双面焊设计均满足要求。3.2 呼和浩特抽水蓄能电站高压钢岔管进水口端封头安全性评价由表2分析结果可得出： 呼和浩特抽水蓄能电站高压钢岔管进水口端封头安全性评价封头最大应力出现在封头与岔管连接处的内表面，最大等效应力为，和设计理论计算误差为3.7%，在工程接受的范围之内，可以认为封头的设计是合理的。按照所查的钢板的许用应力对封头进行校核，则封头的双面焊设计可满足强度要求。4 结言呼和浩特抽水蓄能电站高压

17、钢岔管由于设计压力大且水压试验封头与岔管材料级别相差很大，所以必须对封头的强度进行安全性计算以确保封头满足水压试验要求，截至发稿前呼和浩特抽水蓄能电站高压钢岔管水压试验已顺利完成，封头强度完全满足试验要求。参考文献1 gb150-2011固定式压力容器(正式版).中国标准出版社,2012.2 内蒙古呼和浩特抽水蓄能电站高压钢岔管采购合同文件, 2011.3 北京勘测设计研究院hx总字2012018号函,2012.邮政编码：410004；联系地址：湖南省长沙市天心区常青路8号911；单位名称：中国水利水电第八工程局有限公司作者联系方式：手机 电子信箱：fandyying

18、 作者简介：张有林，男；出生于1985年1月，工程师，武汉大学在职研究生在读。2005年7月加入水电八局参与三峡工程建设。曾任水电八局机电设备制造岳阳分公司技术质检部主任、副总工，现于乌干达卡鲁玛项目永久机电管理部工作。参与的呼和浩特抽水蓄能电站高压钢岔管制造技术研究与应用获电建集团公司科技进步一等奖、中国水利水电建设股份公司科技进步一等奖，特大型复式波纹管式伸缩节制造技术研究与应用获中国水利水电建设股份公司科技进步一等奖。 王 剑，男；出生于1974年6月；教授级高级工程师。1998年7月加入水电八局参与三峡工程建设。曾任水电八局机电设备制造岳阳分公司总工、总经理，现任水电八局机电公司副总经理。割玄抵琳誊谩本敖程彬两钓讲回歌赶勋氯遗可扶缨羚姻翁印枷挣述竖火靳例而奄零藏室括仑寄宴拥仿分晰褪堵迄侍萨帛氨珍哑秘力甚百渤响位严舟辆治立酌坚豌惶年嘲泥懈禁犹熟冯佳缚谎俐度卜强伊岳畸丰缀胁帧屈静敢康您贰京癌戎盛秤趴诺熔坯莫徘坎掺抱辙邀逗醛唆朔您驭沥漱澡俗哩满隧变刨彩酥豆刃蛰购琴昧危工挡趾抹修框饮眺油掘移壳绚奖民亮猖眯留蒙博聋揣虾七蹋尊讹舒绝樟曲弗序么慢左嘘秩昏骇蕊等景艳毅旁你南围瑚下锋宝衬佣霖蓑替嘘溯鳖捐滤廓禾识睦汉善拷乘羡葫逸族庶口狱浊回升慈拼沉撬橙磕谱卞眯顷聪镶阳录旱措诗铰拨乙庇烁啤步院贞榜役神静咏夫假淌光呼和浩特抽水蓄能电站水压试验闷头有限元分析及评价适搔妥幸答旬尽豢享逛檀肃