一种抽水蓄能电站钢岔管体型优劣的定量评价方法技术

本发明专利技术提供一种抽水蓄能电站钢岔管体型优劣的定量评价方法，该方法对钢岔管进行三维有限元结构计算和三维流场分析，并设定多个应力评价关键点和水力评价状况，对每个关键点的结构安全系数及每个水力评价状况的水头利用系数进行计算，通过单位化与归一化处理并结合评价权重，对各个关键点的评价指标进行求和得到最终的定量评价指标RAT。最终的RAT值综合考虑结构受力、水力特性、岔管尺寸及钢材用量等方面因素，RAT值越大代表体型越优，可根据RAT值对钢岔管进行体型优化比选。本发明专利技术有效解决了当前抽水蓄能电站钢岔管体型设计过度依赖设计人员主观经验、难以进行优化迭代设计的缺陷，提升了抽水蓄能电站钢岔管设计的效率和质量。量。量。

【技术实现步骤摘要】
一种抽水蓄能电站钢岔管体型优劣的定量评价方法


[0001]本专利技术涉及抽水蓄能电站钢岔管体型优化领域，特别是涉及一种抽水蓄能电站钢岔管体型优劣的定量评价方法。

技术介绍

[0002]抽水蓄能电站水头一般较大，引水钢岔管通常采用一分二的对称Y型结构、且内壁设有加强月牙肋板。此类型钢岔管因其结构复杂，应力状态和水力特性矛盾问题突出，是输水系统设计中重点关注的部位，钢岔管设计水平的高低直接关系到压力管道的安全以及电站的经济效益。因此，在设计过程中需要通过体型参数的多次优化迭代，找到一组受力条件又好、水力条件又优的岔管体型参数，进而确定最终的岔管结构。然而，目前对于抽水蓄能电站钢岔管体型设计优劣没有一套完整、成熟的定量评价标准，往往依赖于设计人员的主观判断和经验选择，这使得对抽水蓄能电站钢岔管的体型参数选择时无法统一量化进行比较，钢岔管体型优化设计较为困难。

技术实现思路

[0003]鉴于以上所述现有技术的缺点，本专利技术的目的在于提供一种抽水蓄能电站钢岔管体型优劣定量评价方法，该方法通过体型参数驱动调整岔管体型结构，对钢岔管进行三维有限元结构计算和三维流场分析，综合考虑结构受力、水力特性、岔管尺寸及岔管重量等方面因素，计算钢岔管体型优劣定量评价指标RAT，RAT值越大代表体型越优，可根据RAT值对钢岔管进行体型优化比选。
[0004]一种抽水蓄能电站钢岔管体型优劣的定量评价方法，包括如下步骤：
[0005]S1：通过岔管体型参数驱动创建钢岔管体型图及三维模型，进行三维有限元结构计算和三维流场分析；
[0006]S2：确定钢岔管的应力评价关键点个数n、水力评价状况个数m、应力评价权重α、水力评价权重β、钢岔管体型控制尺寸B和H、钢岔管重量w；
[0007]S3：从步骤S1数值计算模型中提取关键点的等效应力S
i
、水力评价状况水头损失Δh
j
及相应主管流速v
j
；
[0008]S4：按下式计算应力评价点抗力限值R
i
、水力评价状况水头损失系数ξ
j
、钢岔管体型控制面积A：
[0009][0010]f为钢材设计强度，γ0为结构重要性系数，γ
d
为结构系数，ψ为设计状况系数，g为重力加速度，i＝1、2、
……
、n，j＝1、2、
……
、m；
[0011]S5：按下式计算应力评价点结构安全系数x
i
和水力评价状况水头利用系数y
j
：
[0012][0013]S6：按下式将x
i
和y
j
单位化处理得到应力评价点的单位结构安全系数x'
i
和水力评价状况的单位水头利用系数y'
j
[0014][0015]S7：按下式将x'
i
和y'
i
归一化处理得到应力评价指标x”i
和水力评价指标y”j
：
[0016][0017]S8：按下式计算钢岔管体型优劣定量评价指标RAT：
[0018][0019]RAT值越大代表钢岔管体型越优。
[0020]优选地，步骤S1中，所述体型参数包含主、支管直径、腰线转折角、公切球直径、肋宽比、肋板厚、管壁厚；所述体型图包含岔管平面布置图和肋板体型图；所述三维模型包含管壁结构面的管壳模型及管壁内水流经过的水体模型，分别用于三维有限元结构计算和三维流场分析。
[0021]优选地，步骤S2中，所述应力评价关键点指钢岔管整体膜应力、局部膜应力、局部膜应力+弯曲应力大于某一阈值的位置点，选取位置包括腰线转折处、管壳中部、肋板腰部。
[0022]优选地，步骤S2中，所述水力评价状况指抽水蓄能电站运行的典型工况，对于一洞两机典型布置方式，包含双机发电、单机发电、双机抽水、单机抽水4个工况，m＝4。
[0023]优选地，步骤S2中，所述应力评价评价权重α与水力评价权重β为评价钢岔管受力特性和水力特性两个方面的指标，应力评价权重大于水力评价权重，两者之和为1，且当结构安全系数x
i
<1时，两者均取为0。
[0024]优选地，步骤S2中，所述钢岔管控制尺寸B和H为控制运输钢岔管交通洞尺寸大小岔管尺寸，B为钢岔管顺水流方向的宽度，H为肋板高度，并从岔管体型图上测量得出。
[0025]优选地，步骤S2中，所述钢岔管重量w从岔管三维模型测量出钢材体积再与钢材密度相乘得到。
[0026]优选地，步骤S6中，单位化处理将结构受力与水力特性两方面评价指标除以岔管质量与岔管体型控制面积之积，以反映钢材重量和岔管控制尺寸的影响。
[0027]优选地，步骤S7中，归一化处理将结构受力与水力特性两方面评价指标进行无量纲化，以反映权重的影响。
[0028]优选地，关键点个数n＝13，其中有11个关键点位于钢岔管的壳体，另外2个关键点位于月牙形肋板的对称轴所在直线与肋板外周的交点处。
[0029]如上所述，本专利技术提供一种抽水蓄能电站钢岔管体型优劣的定量评价方法，该方法对钢岔管进行三维有限元结构计算和三维流场分析，并设定多个应力评价关键点和水力评价状况，对每个关键点的结构安全系数及水力评价状况的水头利用系数进行计算，通过单位化与归一化处理并结合评价权重，对各个关键点的评价指标进行求和得到最终的定量评价指标RAT。最终的RAT值综合考虑结构受力、水力特性、岔管尺寸及钢材用量等方面因素，RAT值越大代表体型越优，可根据RAT值对钢岔管进行体型优化比选。本专利技术通过上述钢
岔管体型优劣定量评价方法可对抽水蓄能电站钢岔管体型设计优劣从结构受力、水力特性、岔管尺寸、钢材用量等方面进行定量评价，有效解决了当前抽水蓄能电站钢岔管体型设计过度依赖设计人员主观经验、难以进行优化迭代设计的缺陷，提升了抽水蓄能电站钢岔管设计的效率和质量。
附图说明
[0030]图1显示为本专利技术中定量评价方法的方法流程示意图。
[0031]图2显示为本专利技术钢岔管体型图包含的岔管平面布置图。
[0032]图3显示为本专利技术钢岔管体型图包含的肋板体型图。
[0033]图4显示为本专利技术钢岔管三维模型的管壳模型。
[0034]图5显示为本专利技术钢岔管三维模型的水体模型。
[0035]元件标号说明
[0036]1～13
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应力评价关键点
[0037]S1～S8
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步骤
具体实施方式
[0038]以下通过特定的具体实例说明本专利技术的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本专利技术的其他优点与功效。本专利技术还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本专利技术的精神下进行各种修饰或改变。...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种抽水蓄能电站钢岔管体型优劣的定量评价方法，其特征在于，包括如下步骤：S1：通过岔管体型参数驱动创建钢岔管体型图及三维模型，进行三维有限元结构计算和三维流场分析；S2：确定钢岔管的应力评价关键点个数n、水力评价状况个数m、应力评价权重α、水力评价权重β、钢岔管体型控制尺寸B和H、钢岔管重量w；S3：从步骤S1数值计算模型中提取关键点的等效应力S
i
、水力评价状况水头损失Δh
j
及相应主管流速v
j
；S4：按下式计算应力评价点抗力限值R
i
、水力评价状况水头损失系数ξ
j
、钢岔管体型控制面积A：f为钢材设计强度，γ0为结构重要性系数，γ
d
为结构系数，ψ为设计状况系数，g为重力加速度，i＝1、2、
……
、n，j＝1、2、
……
、m；S5：按下式计算应力评价点结构安全系数x
i
和水力评价状况水头利用系数y
j
：S6：按下式将x
i
和y
j
单位化处理得到应力评价点的单位结构安全系数x'
i
和水力评价状况的单位水头利用系数y'
j
S7：按下式将x'
i
和y'
i
归一化处理得到应力评价指标x”i
和水力评价指标y”j
：S8：按下式计算钢岔管体型优劣定量评价指标RAT：RAT值越大代表钢岔管体型越优。2.根据权利要求1所述的定量评价方法，其特征在于：步骤S1中，所述体型参数包含主、支管直径、腰线转折角、公切球直径、肋宽比、肋板厚、管壁厚；所述体型图包含岔管平面布置图和...

【专利技术属性】
技术研发人员：张道法，万里飘，周培勇，万思豪，梁佳灯，葛晨曦，赵琳，
申请(专利权)人：上海勘测设计研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：