水轮机压缩间隙蜗壳的制作方法
【专利摘要】本实用新型涉及水轮机压缩间隙蜗壳，它包括金属蜗壳以及金属蜗壳外围的混凝土，金属蜗壳的进口端是一段直管段，引水钢管与金属蜗壳进口端的直管段连接，直管段末端为蜗向0°断面，金属蜗壳蜗状结构内圈处设置有座环，其特征是：金属蜗壳与外围混凝土之间固定有软性材料，软性材料受压产生塑性变形，形成压缩间隙，软性材料的传力系数不大于50MPa/m，软性材料的变形模量为0.05MPa至0.5MPa，软性材料（3）的厚度不大于10mm。解决了垫层蜗壳结构中垫层材料在蜗壳结构全生命周期内的力学稳定性和耐久性方面存在及引出的问题，提高了蜗壳结构的整体性，有利于水电机组长期安全稳定运行。且其造价低、施工简便，可满足各种水头的水电站蜗壳结构需要。
【专利说明】水轮机压缩间隙蜗壳
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及水电站蜗壳结构领域，特别是水电机组中的水轮机压缩间隙蜗壳。
【背景技术】
[0002]随着水电事业的不断发展，大批的水电站需要建设，水轮机组的单机容量也将越来越大，向水轮机组提供平稳水流并且要承受水轮发电机组结构传来静、动荷载的蜗壳组合结构显得日趋重要。
[0003]工程上常用的蜗壳结构型式主要有直埋、充水保压和垫层蜗壳三种结构型式。
[0004]直埋蜗壳结构是指直接在金属蜗壳外围配置钢筋、浇筑混凝土，内水压力主要由外围钢筋混凝土结构承担，这种蜗壳结构形式主要优点是承载能力高，缺点是金属蜗壳强度没有充分发挥，钢筋用量大，在内水压力作用下，在部分范围会出现相对较宽的裂缝，对结构整体性和稳定性不利。充水保压蜗壳是指金属蜗壳在充水预压状态下浇筑外围混凝土，利用保压水头控制外围混凝土分担的内水压力，减少外围混凝土受力，充水保压蜗壳需增加保压设备，费用高，且施工过程复杂，工期长。垫层蜗壳结构是指在金属蜗壳表面铺设一定范围的垫层后再浇筑混凝土，此垫层具有一定的传力作用，可以有效的分配外围混凝土和蜗壳钢板各自承担的内水压力，其施工方便、造价较低，但是垫层材料在几十年乃至上百年长期运行过程中的力学稳定及耐久性问题尚无明确结论，当这种传力垫层失效时对蜗壳座环受力非常不利。因此需要找到一种可以形成稳定压缩间隙的、受材料耐久性及力学稳定性影响较小的水电站蜗壳结构型式。
【发明内容】
[0005]本发明的目的是提供一种水轮机压缩间隙蜗壳结构，该蜗壳结构利用软性材料在受金属蜗壳传来的内水压力作用下产生塑性变形，形成比较稳定的压缩间隙，从而来实现人为控制金属蜗壳与外围钢筋混凝土结构分担内水压力的比例。它避免了垫层蜗壳结构中垫层材料力学性能不稳定及耐久性问题，解决了垫层蜗壳结构不能准确确定传力比例的关键问题，可以充分发挥金属蜗壳承载能力，减少外围混凝土受力，提高了蜗壳结构的整体性，有利于水电机组长期安全稳定运行。且其造价低、施工简便，可满足各种水头的水电站蜗壳结构需要。
[0006]本实用新型的技术方案是水轮机压缩间隙蜗壳，它包括金属蜗壳及其外围混凝土，金属蜗壳的进口端是一段直管段，引水钢管与金属蜗壳进口端的直管段连接，直管段末端为蜗向0°断面，金属蜗壳外表面的蜗状结构内圈处设置有座环，其特征是:金属蜗壳与外围混凝土之间固定有软性材料，软性材料受压产生塑性变形，形成压缩间隙，软性材料的传力系数不大于50MPa/m，软性材料的变形模量为0.05MPa至0.5MPa，软性材料的厚度不大于 10mnin
[0007]所述的软性材料的起始位置位于金属蜗壳的进口端，软性材料的蜗向末端位于金属蜗壳的蜗向310°之前。
[0008]所述的软性材料蜗向段的子午向铺设起始位置是距座环上环板的15°至45°位置，软性材料蜗向段的子午向末端位置是距座环上环板的90°至225°之间。
[0009]所述的软性材料在直管段的子午向末端铺设位置是不超过腰线以下35°。
[0010]所述的软性材料是泡沫板。
[0011]所述的软性材料的表面涂抹有砂浆保护层。
[0012]本实用新型的特点是:软性材料在机组运行过程中在金属蜗壳传来的水压力荷载作用下受压产生塑性变形，形成稳定的压缩间隙，从而实现比较准确的控制蜗壳钢板承担的内水压力大小的目的。它避免了垫层蜗壳结构中垫层材料力学性能不稳定及耐久性问题，可以充分发挥金属蜗壳承载能力，减少外围混凝土受力，提高了蜗壳结构的整体性，有利于水电机组长期安全稳定运行，且施工方便、造价低、经久耐用，软性材料和铺设范围也容易选择。
【专利附图】
【附图说明】
[0013]下面将结合具体实施例对本实用新型作进一步的说明。
[0014]图1是水电机组金属蜗壳结构的示意图。
[0015]图2是图1中I—I剖向示意图。
[0016]图中:1、直管段；2、金属蜗壳；3、软性材料；4、外围混凝土 ；5、座环。
【具体实施方式】
[0017]实施例1
[0018]本实用新型的水轮机压缩间隙蜗壳如图1所示，它包括金属蜗壳2以及金属蜗壳2的外围混凝土 4，金属蜗壳2的进口端是一段直管段1，引水钢管与金属蜗壳进口端的直管段I连接，直管段I末端为蜗向0°断面，金属蜗壳2外表面的蜗状结构内圈处设置有座环5，其特征是:金属蜗壳2与外围混凝土 4之间固定有软性材料3，软性材料3受压产生塑性变形，形成压缩间隙，软性材料3的传力系数不大于50MPa/m，软性材料3的变形模量为0.05MPa至0.5MPa，软性材料3的厚度不大于10mm，软性材料3的传力系数是软性材料变形模量与软性材料厚度之比，水电站机组运行过程中在长期变化荷载作用下软性材料3受压产生塑性变形，形成压缩间隙，此间隙值与软性材料残余变形之和不超过10_，即所铺设软性材料3的厚度不大于10mm。。
[0019]软性材料3是泡沫板，软性材料3的表面涂抹有砂浆保护层，砂浆保护层能够有效防止软性材料3遭到在外围混凝土 4施工过程中的人为的破坏。
[0020]该压缩间隙蜗壳结构，在金属蜗壳2外侧铺设软性材料3，在机组运行过程中长期变化荷载作用下软性材料3受压产生不可恢复的塑性变形，从而金属蜗壳2与外围混凝土4之间形成一条间隙。
[0021]此种压缩间隙蜗壳的突出优点为:软性材料在机组运行过程中在金属蜗壳传来的水压力荷载作用下受压产生塑性变形，形成稳定的压缩间隙，从而实现比较准确控制蜗壳钢板承担的内水压力大小的目的。它避免了垫层蜗壳结构中垫层材料力学性能不稳定及耐久性问题，可以充分发挥金属蜗壳承载能力，减少外围混凝土受力，提高了蜗壳结构的整体性，有利于水电机组长期安全稳定运行。且施工方便、造价低、经久耐用，软性材料和铺设范围也容易选择。
[0022]实施例2
[0023]如图1所示，软性材料3的起始位置位于金属蜗壳2的进口端，软性材料3的末端位于金属蜗壳2的蜗向310°之前。
[0024]软性材料3蜗向段的子午向铺设起始位置是距座环5上环板的15°至45°位置，软性材料3蜗向段的子午向末端位置是距座环5上环板的90°至225°之间。
[0025]所述的软性材料3的直管段I的子午向末端铺设位置不超过腰线以下35°。
[0026]金属蜗壳2的蜗向是指从金属蜗壳直管段I末端向金属蜗壳内部末端延伸的方向；子午向是指在金属蜗壳2的径向外表面上的方向，即如图2中断面呈近似圆形，子午向是指该近似圆形断面的圆周表面，子午向腰线是指穿过座环5的上、下环板的中心及金属蜗壳2断面圆心的直径。
[0027]实施例3
[0028]本实施例与实施例2的结构基本相同，本实施例中如图1和图2所示，软性材料3蜗向末端位于金属蜗壳2从起始位置起沿蜗向45°的位置；金属蜗壳2子午向软性材料3铺设范围起始端位于距座环5的上环板处15°位置，末端位于距座环5的上环板处225°位置，软性材料3是聚苯乙烯泡沫板，其变形模量为0.2MPa，其厚度为6mm。
[0029]此种形式的压缩间隙蜗壳可充分发挥金属蜗壳外围混凝土 4对座环的握裹能力，提高了机组的整体稳定性，但外围混凝土 4配筋量较大，投资增加。
[0030]实施例4
[0031 ] 本实施例与实施例2的结构基本相同，本实施例中如图1和图2所示，软性材料3蜗向末端位于金属蜗壳2从起始位置起沿蜗向310°的位置；金属蜗壳2子午向软性材料3铺设范围起始端位于距座环5的上环板处45°位置，末端位于距座环5的上环板处90°位置，软性材料3是聚苯乙烯泡沫板，其变形模量为0.2MPa，其厚度为6mm。
[0032]此种结构形式的压缩间隙蜗壳可充分发挥金属蜗壳自身的承载能力，大幅度减少金属蜗壳2外围混凝土 4的配筋量。
[0033]本实施例没有详细叙述的部件和结构属本行业的公知部件和常用结构或常用手段，这里不一一叙述。
【权利要求】
1.水轮机压缩间隙蜗壳，它包括金属蜗壳(2)以及金属蜗壳(2)外围的混凝土(4)，金属蜗壳(2)的进口端是一段直管段(1)，引水钢管与金属蜗壳进口端的直管段(I)连接，直管段(I)末端为蜗向O °断面，金属蜗壳(2 )蜗状结构内圈处设置有座环(5 )，其特征是:金属蜗壳(2)与外围混凝土(4)之间固定有软性材料(3)，软性材料(3)受压产生塑性变形，形成压缩间隙，软性材料(3)的传力系数不大于50MPa/m，软性材料(3)的变形模量为0.05MPa至0.5MPa，软性材料(3)的厚度不大于10mm。
2.根据权利要求1所述的水轮机压缩间隙蜗壳，其特征是:所述的软性材料(3)的蜗向起始位置位于金属蜗壳(2 )的进口端，软性材料(3 )的蜗向末端位于金属蜗壳(2 )的蜗向310°之前。
3.根据权利要求1所述的水轮机压缩间隙蜗壳，其特征是:所述的软性材料(3)蜗向段的子午向铺设起始位置是距座环(5)上环板的15°至45°位置，软性材料(3)蜗向段的子午向铺设末端位置是距座环(5)上环板的90°至225°之间。
4.根据权利要求1所述的水轮机压缩间隙蜗壳，其特征是:所述的软性材料(3)在直管段(I)的子午向末端铺设位置是不超过腰线以下35°。
5.根据权利要求1所述的水轮机压缩间隙蜗壳，其特征是:所述的软性材料(3)是泡沫板。
6.根据权利要求1所述的水轮机压缩间隙蜗壳，其特征是:所述的软性材料(3)的表面涂抹有保护层。
7.根据权利要求1所述的水轮机压缩间隙蜗壳，其特征是:所述的软性材料(3)的厚度为4.8mm，软性材料(3)的变形模量是0.25MPa。
8.根据权利要求7所述的水轮机压缩间隙蜗壳，其特征是:所述的软性材料(3)的起始位置位于金属蜗壳(2)的进口端,软性材料(3)的末端位于金属蜗壳(2)的蜗向278° ;软性材料(3)蜗向段的子午向铺设范围起点位于距离座环(5)的上环板1.25米处，子午向铺设终点位于腰线处。
【文档编号】F03B11/02GK204140263SQ201420532398
【公开日】2015年2月4日 申请日期:2014年9月17日 优先权日:2014年9月17日
【发明者】姚栓喜, 王冬条, 孙春华, 刘静, 张曼曼, 张新民, 韩斌, 何立涛 申请人:中国电建集团西北勘测设计研究院有限公司