水利工程论文-数值计算在三峡电厂尾水管施工中的应用.doc

水利工程论文-数值计算在三峡电厂尾水管施工中的应用摘要：三峡左岸电站厂房14台机组水轮机，其轮廓为复杂的空间扭曲面，设计对尾水管成型精度要求又很高，从而使得模板设计、制作和安装难度加大，钢筋加工绑扎复杂，混凝土方量计算也较繁琐。运用AutoCADExcelAu-toLISP和QBSASIC进行制图和计算，提高了计算速度和精度，取得了良好的效果。关键词：数值计算尾水管左厂房三峡电站1概述三峡左岸电站厂房的14台机组水轮机分别由VGS集团和ALSTOM集团制造，两家的尾水管结构虽然不尽相同，但都是由其典型断面沿尾水管中心线，从水平向圆形断面渐变为竖直向矩形断面，从而构成的复杂形体。因其轮廓为复杂的空间扭曲面，同时设计对尾水管成型精度要求又很高，从而使得模板设计、制作和安装难度加大，钢筋加工绑扎复杂，混凝土方量计算也较繁琐。2尾水管特征参数与曲线绘制方法2.1尾水管参数特征尾水管由锥管段、肘管段和扩散段三个部分组成，其中肘管段最为复杂。尾水管断面沿尾水管中心线(空间曲线)由水平圆形渐变为垂直向矩形，其断面参数可分解为定位参数和断面形状参数两部分：定位参数由尾水管断面倾(即与水平面夹角。)和断面中心的空间坐标确定，形状参数是由断面的宽度W、高度H，圆角半径R确定。根据制造厂家提供的尾水管断面底面坐标(Xi，Zi)和顶面坐标(Xj，Zj)，以及断面中心线距机组中心线的偏移值T，可求出中心线的坐标(Xo，Yo，Zo)，通过特征点与中心点的相对关系可推出尾水管各特征点的坐标，并依此绘出各特征点的轨迹线。尾水管断面上各特征点如图1所示。图1尾水管断面形状及特征点示意图2.2尾水管曲线绘制方法在AutoCAD中，可以利用其内嵌的AutoLISP语言编制曲线公式，对各参数进行运算，以坐标的形式给出，并将运算得的数值代入到绘图命令参数中，从而快速绘制出各种曲线。各特征点轨迹线坐标都可表达如下数值关系：X=f(Xi，Xj，R)；Y=f(W，R，T)；Z=f(Zi，Zj，R)；由此可以绘出尾水管各特征点轨迹线及其投影曲线：中心线的平面、立面投影曲线；尾水管顶面、底面的曲线(即P、Q点轨迹线)，尾水管顶部、底部的起弧点(切点)的曲线(即PI、Pr、Ql、Qr点的轨迹线)；尾水管侧壁上部和下部起弧点(切点)的曲线(即Mu、Nu、Md、Nd点的轨迹线)等等。2.3尾水管与各种平面相交线的绘制在计算过程中我们用到了3种切面：水平切面、顺水流方向的竖直切面以及过任意两断面中心点且顺水流向的斜切面。只要尾水管断面与平面相交就可得相交线，如果断面周边线与平面的交点位置确定，则其坐标都可以用解析几何的方法求出，将这些交点相连从而得到所需的相交线。沿尾水管高度方向，将某一水平切面切尾水管后即形成该层面的混凝土边界线。若将每一道水平切面切尾水管后所形成的相交线重叠，则其最外缘的点连线即为尾水管包络线，它反映了尾水管形体在水平面的投影。2.4空间立体图绘制在AutoCAD中，只能建立尾水管的空间立体线框模型，其作法为：先以尾水管某一中心点为用户坐标原点，以过该点的断面为用户坐标平面，建立一个用户坐标系，在用户坐标系内画断面边线，再返回到通用坐标系；依此方式再画线，经多次反复，即得形象而直观的空间立体图形，并可从不同角度观察。在3DStudioMax中还可以利用AutoCAD所建的线框模型做成三维立体图形，并配以动画展示。3尾水管模板的数值计算尾水管底模、顶模和侧模三个部分均为木制组装式模板。顶模和底模相对简单，均为在XOZ面上的二维曲线在Y方向上的拉伸，尾水管顶部和底部成型精度取决于对(Xi，Zi和(Xj，Zj)坐标的控制。侧模则比较复杂，每台机的侧模沿上下游方向分节，每节沿左右方向和在高度方向分块，每节分为4块。尾水管侧壁成型精度取决于断面的空间位置和其形状的控制。3.1侧模排架中心面的参数计算对于a均为90的相邻断面内再内插断面时，可按其特征点的轨迹呈线性变化的规律，准确求出内插断面参数。对于a90的相邻断面，若所有断面所在平面都相交于一线，则内插断面也应会通过该线，因此也可准确作内插断面；如各断面所在平面不相交于一线，则不能准确作内插断面，但可以按内插断面通过其前后相邻两断面的交线进行内插，只是有一定的误差。由于相邻断面间的间距小、夹角小，其交线距断面中心的距离远大于断面本身的几何尺寸，故由此而引起的误差极小。两断面间利用样条插值方法构造内插断面，在AutoCAD中使用样条曲线命令，将各断面的特征点用样条曲线相连接，则样条曲线与内插断面相交得各交点，对这些交点，我们就认为是其内插断面的特征点，由这些新构造出的特征点绘成线，构成内插断面的边线，并可以求出内插断面的各项定位参数和几何尺寸，这样就能做到内插断面与原有断面的自然平滑过渡。3.2侧模排架上下游面的参数计算由于加工工艺的限制，排架构件为方木，因此使得排架上下游面与中心断面平行。对于a=90的排架，其上下游面参数可准确求出；对于a90的排架，其上下游面边线的曲线段既不是圆弧也不是椭圆，但假设其分别经过排架断面与相邻上下游断面的交点，从而近似地采用线性内插方法求出排架上下游面的参数，经核算，由此而引起的误差很小。将各排架中心断面的相应的特征点用直线连接，直线与上下游面相交得各交点，由这些特征点绘成线，构成与中心断面边线相类似的上下游面边线，并求出上下游面的各项定位参数和几何尺寸。尽管每榀排架的各块的圆弧半径不相同，但由于木面板的自然弯曲，从而达到了侧模面光滑过渡，误差控制得较好。3.3侧模制作放样及检测数据计算在排架制作过程中，以典型断面或内插替代断面的中心点为原点，以尾水管断面的宽度方向为Y轴，以断面的高度方向为z轴，建立了一个二维