【正文】 積石峽水電站尾水檢修門設計與建模畢業(yè)論文目 錄摘 要 IAbstract II目錄 IV第1章 緒論 1 水工鋼閘門介紹、發(fā)展歷史及現(xiàn)狀 1 Autodesk Inventor軟件簡介和平面鋼閘門設計中的應用 2 3 積石峽水電站尾水檢修門設計 3 檢修門Inventor建模 3 3第2章 積石峽水電站尾水檢修門設計 5 5 5 6 面板厚度初選 7 8 8 10 主梁計算 11 14 15 15 16 17第3章 積石峽尾水檢修門Inventor參數(shù)化三維建模 18 18 18 18 19 20 20 自頂向下 20 自下向上 20 21 21 23 25 25 25 26 26 29第4章 積石峽水電站尾水檢修門參數(shù)化修正 30 30 30 積石峽檢修門參數(shù)化修正 31 修改尺寸 31 干涉檢查 32 距離檢查 33 34第5章 結束語 35參考文獻 36致 謝 37附錄 38II第1章 緒論 水工鋼閘門介紹、發(fā)展歷史及現(xiàn)狀1 閘門的作用閘門是水工建筑物的重要組成部分之一，它可以根據(jù)需要封閉建筑物的空口，也可以全部或局部開啟孔口，用于調節(jié)上下游水位和流量，從而獲得防洪、灌溉、供水、發(fā)電、通航、過木過筏等效益，還可用于排除漂浮物、泥沙、冰塊等，或者為相關建筑物和設備的檢修提供必要條件。閘門通常設置在取水輸水建筑物的進、出口等咽喉要道，通過閘門靈活可靠地啟閉來發(fā)揮它們的功能與效益以及維護建筑物的安全[1]。2 閘門的組成從廣義上講，閘門包括閘門與閥門。閘門一般主要有活動部分、埋設部分、啟閉設備三大部分組成?；顒硬糠郑菏欠忾]孔口而又能根據(jù)需要開啟孔口的閘門主體，一般稱為門葉。埋設部分：埋設在土建結構中的構件，主要是孔口的門楣、底檻和支撐軌道等，通過這些構件將門葉承受的荷載（包括自重等）傳遞給土建結構，并與門葉一起形成閘門的止水結構及門葉的活動提供導向和限位。這部分一般稱為門槽埋件。啟閉設備：是控制門葉的開啟、關閉的操作機械。3 水工鋼閘門的發(fā)展歷史及現(xiàn)狀水工閘門的建設是與灌溉、供水及河流航運系統(tǒng)的發(fā)展緊密聯(lián)系在一起的。在早期的水利工程中，水壩只是用來蓄水和將水輸送到旁邊的灌溉渠道中。對于過量的水，則通過壩頂排放。隨著生產(chǎn)力的進一步發(fā)展，人們修建了“可移動的壩”(閘門)。這些可移動的壩可以從擋水的位置移開，為排放過量的水提供了通道，這使得水利工程的運行具有更大的安全性和靈活性。大約在983年，中國人發(fā)明了在間隔一段距離后建設兩座壩的方法，船可以進入兩座壩形成的“水池中”，通過升高或降低池中的水位來運送船只。荷蘭的閘門開發(fā)采取的是與中國類似的模式。14世紀末，船閘在那里已經(jīng)非常普遍，閘門仍是起落式閘門。第一座金屬閘門出現(xiàn)在1830年左右。隨著20世紀的到來，閘門的類型有了飛速的發(fā)展，出現(xiàn)了各種各樣的閘門，現(xiàn)有的類型也出現(xiàn)了大的發(fā)展，但同時也面臨著修建更大型閘門的挑戰(zhàn)。現(xiàn)有的有代表性的鋼閘門形式有：平面閘門、弧形閘門、人字閘門、扇形閘門等。我國鋼閘門的應用雖然起步較晚，但進入20世紀以來，特別是新中國建立和改革開放以來，“高峽出平湖”的夢想逐步成為現(xiàn)實，代表中國設計水平的一大批水電工程相繼破土動工或竣工，如三峽、小灣、溪洛渡、二灘、向家壩、小浪底、天生橋一級、漫灣等等。同時，作為水電工程中非常重要的結構形式，鋼閘門的設計水平得到了空前提升，這主要體現(xiàn)在孔口面積、工作水頭與總水壓力這三項反映閘門水平的主要指標的水平提高上。目前國內(nèi)高水頭深孔弧門的技術特性已達到:孔口面積雖仍維持在3080。但設計水頭已由5060m提高到120160m。底流流速超過40m/s，達50多m/s，總水壓力已經(jīng)可達11000KN左右。閘門除要求在動水中全開、全關外，并且能在庫水位變幅高達百米狀態(tài)下任意開度的局開操作、調節(jié)水量等等。如此的規(guī)模和技術特性己達到了國際同類產(chǎn)品的先進水平。而且對高水頭弧門設計的規(guī)模和技術特性的要求仍有上升的趨勢?；仡檱鴥?nèi)外高水頭弧門的設計運行情況，設計的立足點是很清楚的，以安全、可靠為宗旨，但在實際運行中還不能切實地保證高水頭深孔弧門不出故障。國內(nèi)、外幾十年的運用歷史表明，出現(xiàn)了不少事故，有的事故成了很大的危害。究其原因，除制造、安裝及運行上的原因之外，主要在于設計中出現(xiàn)的問題[3]。 Autodesk Inventor軟件簡介和平面鋼閘門設計中的應用 Autodesk Inventor軟件是美國Autodesk公司于1999年底研制開發(fā)的一種基于特征的實體建模工具，它包含三維建模、信息管理、協(xié)同工作和技術支持等各種特征。使用Autodesk Inventor可以創(chuàng)建三維模型和二維制造工程圖、可以創(chuàng)建自適應的特征、零件和子部件，還可以管理上千個零件和大型部件。將Autodesk Inventor應用于平面鋼閘門的設計中將使閘門的設計更加容易[9]。隨著一批大型水電工程的上馬，壩工技術和輔助設計水平的提高使得鋼閘門的設計趨于復雜化，迫切需要在傳統(tǒng)設計的手段和思路進行改革，以適應當前的設計趨勢。在科技飛速發(fā)展的今天，產(chǎn)品設計已經(jīng)進入了全新的三維可視化設計階段，三位參數(shù)化設計和二維設計相比有著直觀形象，容易事先發(fā)現(xiàn)設計缺陷等優(yōu)越性，有助于提高設計質量和效率。Autodesk Inventor軟件在三維參數(shù)化設計方面有著明顯的優(yōu)越性。利用Inventor軟件作鋼閘門建模，形象直觀，容易事先發(fā)現(xiàn)設計中的缺陷，有助于提高設計效率，保證設計質量。應用Inventor于鋼閘門設計中的效果，對原來鋼閘門設計思想結合當前最新的設計理論，可將鋼閘門設計提高到一個新的層次[16]。 積石峽水電站尾水檢修門設計閘門結構設計包括以下內(nèi)容：閘門門體結構形式選擇，構件布置，構件及其連接件材料的選用和構件計算等。門葉結構由面板、主梁、邊梁、水平次梁及垂直次梁等構件組成，它們一級一級地傳遞荷載，最終把水壓傳遞給支座，其具體位置的安排相互制約，需協(xié)調試算。梁系尺寸位置確定后，按照實際可能發(fā)生的最不利的荷載組合情況進行強度、剛度和穩(wěn)定性驗算。對平面鋼閘門的設計基本理論進行學習，了解平面鋼閘門設計的方法及平面鋼閘門中各個構件的設計過程中所涉及的公式應用。學會平面鋼閘門的框架結構布置。 檢修門Inventor建模通過利用Autodesk Invento軟件對檢修門門葉進行建模，將門葉的計算結果輸入到Inventor當中建立三維模型，將檢修門的設計與Inventor建模緊密結合在一起。首先在設計中對門葉結構進行初步設計，確定出門葉大概的構件尺寸和相對位置關系，然后通過Inventor建模確定門葉的三維模型，在建模過程中對發(fā)現(xiàn)的問題返回到設計中重新確定，如此反復修改和確定，直到得出正確的門葉結構[11]。 本論文通過對積石峽水電站尾水檢修門的設計從而學習平面鋼閘門的設計基本理論，首先對檢修門門葉進行布置，初步確定構件尺寸，然后對構件進行驗算，確定出一組相對比較適合的尺寸及相對的位置關系。然后利用Autodesk Inventor軟件設計繪制檢修門門葉結構，對平面鋼閘門進行參數(shù)化建模研究。通過建模來模擬顯示鋼閘門的模型，形象直觀的反映出檢修門的結構，這樣容易發(fā)現(xiàn)設計中的缺陷，和構件尺寸和位置上的錯誤。針對錯誤的構件可以重新返回到結構設計中重新驗算，來確定一組新的構件，如此不斷反復驗算調整最終可以生成正確的門葉結構，這樣有助于提高設計效率，縮短設計周期，保證設計質量，圖11為論文編寫流程。檢修門門葉設計 門葉布置初步確定位置關系主梁布置次梁布置其他構件布置吊耳布置結構設計其他構件設計面板設計主梁設計次梁設計吊耳設計面板其他構件Inventor三維建模根據(jù)初期各個構件的二維布置關系，將設計好的構件一一裝配到相應位置上主梁次梁參數(shù)化修正結構形式符合吊耳結構形式不符合 生成模型 圖11論文編寫流程第2章 積石峽水電站尾水檢修門設計積石峽水電站位于青海省循化縣境內(nèi)積石峽出口處，是黃河上游干流龍～青段梯級規(guī)劃的第五個大型梯級電站，距循化縣城30km處，距西寧市206㎞，距民和縣城100㎞。積石峽水電站主要任務是發(fā)電。該工程水庫為日調節(jié)水庫，正常蓄水位1856m，工程規(guī)模為Ⅱ等大（2）型，大壩為1級建筑物，泄水建筑物、引水發(fā)電及廠房均為2級建筑物。大壩、泄水、引水發(fā)電建筑物按500年一遇洪水設計，5000年一遇洪水校核，其入庫洪峰流量分別為5850 m3 /s和7550 m3 /s。廠房按200年一遇洪水設計，考慮機組參與泄洪，廠房按5000年一遇洪水校核；泄水建筑物消能防沖按50年一遇設計，積石峽尾水檢修門基本資料見表21。表21 積石峽尾水檢修門基本資料孔口尺寸(寬高):止水尺寸(寬高):底坎高程:尾水平臺高程:校核洪水位:設計尾水位:正常尾水位:最低尾水位:設計水頭:38m啟門時容許水位差:≤1m水容重：10KN/m3閘門型式:平面滑動鋼閘門閘門結構設計包括以下內(nèi)容：閘門門體結構形式選擇，構件布置，構件及其連接件材料的選用和構件計算等。就鋼閘門而言，即對閘門門葉及埋件鋼材鋼號的選用，一般均按《水利水電工程鋼閘門設計規(guī)范(DL/T5039－1995)》的規(guī)定要求，并根據(jù)不同情況選用。閘門一般采用焊接結構，其焊接結構的連接材料按有關機械性能及成分的常用材料手冊選用。閘門門葉結構由面板、主梁、邊梁、水平次梁及垂直次梁等構件組成，其具體位置的安排相互制約，需協(xié)調試算幾次，以求得較為經(jīng)濟合理并便于制造運輸?shù)牟贾?。梁系尺寸位置確定后，按照實際可能發(fā)生的最不利的荷載組合情況進行強度、剛度和穩(wěn)定性驗算[5]。1 水平總壓力計算閘門封水尺寸：. 支承跨距：。 （21）按本章公式均引用自《水利水電工程鋼閘門設計規(guī)范》（DL/T5039－95）。其中： PS全門總水壓力，kN。γ水容重。 Bzs閘門止水寬度m。hzs閘門止水高度，m。Hs設計水頭，m 2 閘門布置的一般原則 平面閘門梁格宜采用等高連接，并應考慮制造、運輸、安裝和防腐等方面的要求。平面閘門可按照孔口形式及寬高比布置成雙主梁或多主梁形式。主梁布置應考慮以下因素[2]： (1)主梁宜按等荷載要求布置 (2)主梁間距應適應制造、運輸和安裝的條件 (3)主梁間距應滿足行走支承布置的要求 (4)底主梁到底止水的距離應符合底緣布置的要求 3門葉布置 閘門按運輸要求分成四節(jié), ，(共2節(jié))，節(jié)間在工地以連接板組焊在一起。面板置于下游側，水封布置于上游側。主支承采用鋼滑塊，每節(jié)門葉布置4塊。反向支承采用鉸式彈性反輪，每節(jié)門葉布置4個。初步確定梁格采用復試布置和等高連接；采用八根主梁、七條次梁。根據(jù)主梁的跨度，布置四道隔板。邊柱采用雙腹板，行走支撐采用滑塊。閘門在靜水中啟閉，可把面板布置在上游側。梁格布置見圖21：圖中單位以mm計圖21 梁格布置 面板厚度初選 根據(jù)門葉區(qū)格布置及各區(qū)格所承受荷載的情況，計算結果見表22。 （22） （23）表22 面板計算結果表區(qū)格a(mm)b(mm)b/akq (N/mm2)(mm)Ⅰ3701825Ⅱ4201825III55018253..3IV5501825V7001825綜上計算，考慮銹蝕等因素，面板厚度取，計算時考慮1mm銹蝕，取15mm。 在等高連接的梁格中，水平次梁遇豎直次梁斷開，因此水平次梁按承受均布荷載的簡支梁計算。在等高連接的梁格中，多用實腹隔板代替豎直次梁，以及在降低連接的梁格中，水平次梁連續(xù)地支承在隔板或豎直次梁上，此時水平次梁可按承受均布荷載的多跨連續(xù)梁計算。 水平次梁常用的截面形式：承受荷載不大的水平次梁，可用等邊或不等邊的角鋼制造，荷載較大時，可采用槽鋼和工字鋼或組合截面[3]。以底節(jié)門葉的底水平次梁和中水平次梁按4跨連續(xù)梁分別計算。，計算簡圖見圖22。圖22次梁計算簡圖1 荷載與內(nèi)力均布荷載的等跨連續(xù)梁內(nèi)力及撓度計算：彎矩 （23） 剪力 （24） 撓度 （25） 式中：系數(shù)，查表取用。兩相鄰支座的跨度。均布荷載強度。材料的彈性模量。計算截面的慣性矩。2線荷載 3荷載計算查表可知，支座彎矩最大。最大彎曲 最大剪力 截面特征 對于連續(xù)梁中負彎矩段，面板的有效寬度應按下式取用：