厂房蜗壳二期混凝土保温保压设计研究

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发布时间：2021-09-07

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厂房蜗壳二期混凝土保温保压设计研究
张忠辉黄建文李永胜
摘要随着高水头、高转速、大容量的水轮机蜗壳的出现，蜗壳与周围的二期混凝土需要共同承担水头压力，因
此二期混凝土的浇筑不但需要保压，还需要考虑保温措施，蜗壳与二期混凝土才能更好地共同承担水头压力。目前
一般水电站工程只要求保压，很少要求保温浇筑。通过工程实践，提供了一个保温保压从设计到施工的工程实例，
以便其他工程借鉴。
关键词水电站蜗壳二期混凝土保温温度保压压力
中图分类号 Ⅳ 331 文献标识码B 文章编号lOO7—6980(2o14)03—0004—03
1 工程概况
斐济某水电站工程为单机容量为22 MW 冲击
式机组，设计水头为336 m，总装机44 MW，最
大引水流量15 m3／s。厂房为岸边式厂房，主厂房
地面高程高于厂区地面高程。为200．30 m，长
42．85 nl，宽18 m，总高度32．0 m，其中地面以上
高度为18．20 1TI。厂房内布置2台五喷嘴垂直冲击
式水轮发电机组，机组间距13．60 m。主厂房
193．20 m高程为蜗壳层，机组安装高程为193．5
m，蜗壳进口直径为1．1 ITI，蜗壳钢材厚度为25～
45 mm．采用Q345R钢材。
根据原厂房的布置和机电设备安装需要．土
建需要在机组机墩预留较大的二期混凝土。二期
混凝土的尺寸比较单薄，很难满足结构要求．特
别是蜗壳外围的二期混凝土，结构更加单薄。最
薄处只有30 cm。如果加大厂房的尺寸，势必造成
工程量的增加和工期的延误。通过对蜗壳外围的
二期混凝土浇筑施工采取保温保压措施．可以解
决上述难题，因此蜗壳的保温保压设计至关重要。
2 保温保压现状
20世纪30年代，水电站机组蜗壳的焊接质量
检验一般采用压水试验方法，以便消除焊接应力，
取消混凝土与蜗壳间的弹性垫层。
随着高水头、高转速、大容量的水轮机蜗壳
的出现，蜗壳在保压状态下浇筑外围混凝土，在
水电工程中已经普遍应用．主要目的是检验水轮
机蜗壳、座环焊缝的焊接质量．消除焊缝焊接应
力。在蜗壳保持一定压力状况下，进行二期混凝
土浇筑，以替代常规使用的弹性层，利用蜗壳与混
凝土联合受力，减少混凝土的钢筋用量。
由于蜗壳在保压状态下，相当于一个密封的
压力容器．要保持蜗壳温度．需要蜗壳内的水为
循环水，以解决保温的实施问题。保温措施实施
的关键是温度设计，即如何确定水温。蜗壳内的
水通过减压阀和加压阀，可以实现水的内外循环，
但循环水流量的大小和蜗壳内要保持的水温温度
的确定，是保温措施实施的关键技术难题。很多
工程因无法确定水温和流量，最终放弃保温方案．
改用弹性垫层或无损探伤替代。
目前，在国内外水电工程项目中，采用保温
保压措施的很少，一般都只采取保压措施，因此，
对于保温保压设计的研究具有积极的意义。
3 保温保压设计的基本思路与理论依据
3．1 设计的基本思路
保温保压设计的基本思路为：(1)根据蜗壳与
外围混凝土联合受力分析，初步确定蜗壳和混凝
土各自承担的压力，进而确定蜗壳的保压压力；
(2)根据斐济的自然条件，即气温、水温和混凝土
的浇筑温度．结合蜗壳的应力分析及一般常规混
凝土浇筑施工时的入仓温度，确定蜗壳内应该保
持的水温，进而确定保持水温的循环水流量。
(3)钢蜗壳保温保压施工措施实施的可行性，提出
实施的思路和初步的措施。
3．2 保压的基本原理
蜗壳在进出口密封的情况下就成为一个压力
容器，充水后，容器内压力上升，蜗壳产生一定
变形，此时保持压力不变，进行蜗壳外围混凝土
的浇筑，由于保持压力不变，因此混凝土不会因
蜗壳泄压而变形。蜗壳泄压后，蜗壳与外围混凝