автореферат диссертации по энергетике, 05.14.08, диссертация на тему:Обоснование надежности гидроагрегатных блоков высоконапорных ГЭС на основе численного моделирования

На правах рукописи

005047780

Козинец Галина Леонидовна

ОБОСНОВАНИЕ НАДЕЖНОСТИ ГИДРОАГРЕГАТНЫХ БЛОКОВ ВЫСОКОНАПОРНЫХ ГЭС НА ОСНОВЕ ЧИСЛЕННОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ

Специальность 05.14.08 -энергоустановки на основе возобновляемых видов энергии

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

2 О ДЕК 2012

Санкт - Петербург - 2012

005047780

Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Санкт-Петербургский государственный политехнический университет»

доктор технических наук, профессор Альхименко Александр Иванович

Арефьев Николай Викторович

доктор технических наук, профессор, ФГБОУ ВПО «Санкт-Петербургский государственный политехнический университет», заведующий кафедрой «Водохозяйственное и ландшафтное строительство»

Дудченко Леонид Николаевич

доктор технических наук, профессор, Москва, ОАО «ИНТЕР РАО ЕС», главный эксперт Рассказов Леонид Николаевич доктор технических наук, профессор кафедры «Гидротехнических сооружений»

ФГБОУ ВПО «Московский государственный строительный университет»

Ведущая организация: ОАО «Ордена Трудового Красного Знамени Трест «Спецгидроэнергомонтаж», г. Санкт-Петербург

Защита состоится «27» декабря 2012г. в 14 час. на заседании диссертационного совета Д 212.229.17 при ФГБОУ ВПО «Санкт-Петербургский государственный политехнический университет» по адресу: 195251, г. Санкт-Петербург, Политехническая, ул., д. 29, Гидрокорпус -2, ауд.411.

С диссертацией можно ознакомиться в фундаментальной библиотеке ФГБОУ ВПО «Санкт-Петербургский государственный политехнический университет».

Автореферат разослан «23 »ноября 2012г.

Ученый секретарь диссертационного совета ^__

доктор технических наук J с, 0 Сидоренко Г. И.

Научный консультант:

Официальные оппоненты:

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Поиск алгоритмов построения системы мер, обеспечивающих прочность, надежность и безопасность гидроагрегатных блоков и их водопроводящих трактов представляет собой крайне важную задачу. Решение подобных задач в настоящее время невозможно без численного математического моделирования.

Аварийные ситуации на гидроузлах всегда сопряжены с огромными материальными, экологическими и социальными ущербами. Не случайно, оценка работы гидроагрегатных блоков и их водопроводящих трактов в реальных условиях эксплуатации носит актуальный характер. Исследование прочности конструкций при совершенствовании методов их расчета соответствует требованиям Федерального Закона N 117-ФЗ «О безопасности гидротехнических сооружений». Данная проблема является одной из первоочередных задач ОАО «Рус - Гидро» до 2015гг, при реализации утвержденной в апреле 20 Юг Программы безопасной эксплуатации гидроэнергетических объектов компании. Формирование Программы продиктовано необходимостью усиления комплексных мер по недопущению аварийных ситуаций на гидротехнических сооружениях, в особенности высоконапорных гидроэлектростанций (ГЭС), турбинных водоводов ГЭС и ГАЭС. Программа также включает в себя внесение изменений в нормативные документы.

В настоящее время проектирование гидроагрегатных блоков и их водопроводящих трактов регламентируется нормативно-методическими документами, разработанными, в основном в 70 - 80-х годах ХХ-го века. При этом, действующая нормативная база, обеспечивая в целом достаточно высокий технический уровень проектных решений, не в полной мере соответствуют потребностям современной практики проектирования, и эксплуатации таких уникальных конструкций. Анализ аварийных ситуаций на высоконапорных гидроузлах показывает, что в настоящее время сложилась ситуация, когда методологические резервы и возможности традиционных расчетных подходов во многом исчерпаны. Вместе с тем, компьютерные технологии позволяют сегодня оперативно решать многовариантные задачи численного анализа пространственных конструкций гидроагрегатных блоков с учетом факторов, ранее не рассматривавшихся, либо учитываемых упрощенно и/или несовместно.

Существующие расчетные методики, как правило, основаны на раздельном анализе работы элементов объекта, при этом, не предусмотрена адаптация расчетной математической модели к реальным условиям эксплуатации действующих сооружений. Подобный фрагментарный подход не отражает действительной работы объекта, не учитывает в необходимой мере потенциальных отклонений от проектных решений, в итоге затрудняя поиск реальных значений пространственного напряженно-деформированного состояния, не дает возможности моделирования аварийной ситуации на гидроагрегатном блоке, оценить остаточный ресурс прочности конструкций.

В связи с этим, на практике остается открытой проблема адекватного сопоставления сложных пространственных математических моделей

гидроагрегатных блоков к их фактическим условиям работы и изменяющемуся в процессе эксплуатации состоянию физических характеристик и нагрузок на сооружении. Как следствие, имеет место снижение надежности гидроузла в целом.

Учитывая значительные фактические сроки службы, актуальным является определение остаточного ресурса прочности конструкций, механического и гидротурбинного оборудования, в целях решения практических задач модернизации эксплуатируемых объектов. Вместе с тем, в настоящее время нет единого нормативного и методологического подхода к решению этой проблемы. Например, в действующих нормативных документах отсутствует положение по оценке работоспособности гидроагрегатных блоков при экстремальных воздействиях. Наиболее остро эта проблема касается высоконапорных гидроагрегатных блоков, работающих в зоне сейсмической активности.

Перечисленные проблемы являются существенными препятствиями на пути повышения безопасности гидроэлектростанций в целом.

Цель работы: Разработка алгоритмов численного обоснования надежности гидроагрегатных блоков высоконапорных гидроэлектростанций (ГЭС).

Задачи работы:

1. анализ существующих методов математического моделирования гидроагрегатных блоков высоконапорных ГЭС;

2. количественная и качественная оценка параметров и напряженно-деформированного состояния (НДС) водопроводящих трактов;

3. уточнение критериев прочности металлоконструкций водопроводящих трактов, находящихся длительное время в эксплуатации;

4. обоснование статической и динамической прочности гидроагрегатных блоков, с учетом работы оборудования;

5. проверка соответствия (верификации) пространственной математической модели гидроагрегатного блока к реальному объекту.

Методы исследования: Исследования гидроагрегатных блоков выполнены методом конечных элементов (МКЭ) с помощью универсального программного комплекса SolidWORKS Simulation, (COSMOS/M).

Научную новизну работы составляют:

1. разработка алгоритмов обоснования прочностной надежности гидроагрегатных блоков высоконапорных ГЭС на основе пространственного численного моделирования.

2. методика численного пространственного многослойного моделирования несущих элементов высоконапорных водопроводящих трактов;

3. численное обоснование конструктивных и прочностных параметров гидроагрегатных блоков при нормальных и нештатных условиях эксплуатации;

4. ранжирование основных и особых сочетаний нагрузок в напряженно-деформированное состояние элементов водопроводящего тракта;

5. разработка методов диагностики прочностной надежности гидроагрегатных блоков высоконапорных ГЭС.

Достоверность проведенных исследований обеспечивается:

1. результатами сопоставления расчетных значений с данными натурных исследований;

2. качественным и количественным согласием в области возможного сравнения с результатами решения задач по существующим методам расчета;

3. соответствием полученных результатов общей концепции работы сооружения.

Практическое значение работы заключается в разработке методик пространственного численного моделирования гидроагрегатных блоков высоконапорных ГЭС с целью повышения их надежности.

Внедрение результатов. Результаты расчетных исследований использованы при проектировании новых и реконструкции эксплуатирующихся гидротехнических сооружений: Саяно-Шушенской ГЭС; Ирганайского гидроузла; Усть-Илимской ГЭС; Зарамагской ГЭС, Гоцатлинской ГЭС, Мамаканской ГЭС, Нижне-Бурейской ГЭС, Усть-Среднеканской ГЭС, Вилюйской ГЭС, Зейской ГЭС, Канкунской ГЭС, Ленинградской ГАЭС и других станций. (ОАО "Институт Ленгидропроект" г. Санкт-Петербург). Кроме того на основании представленных алгоритмов решения задач прочностной надежности реализовано следующее:

1. Проект восстановления СШГЭС в части расчетных обоснований по договору № 2717 между Рус-Гидро и ОАО «Ленгидропроект». Выполнение расчетов по тематике НИР с СШГЭС им. Непорожнего.

2. НИР по проекту и выбору вариантов плотины Канкунской ГЭС. Премия Рус-Гидро за лучшую научно-исследовательскую работу в области гидроэнергетики за 2011г.

3. НИР по проекту Ленинградской ГАЭС. «Методика пространственного моделирования здания ГАЭС и турбинных водоводов».

4. НИР по проекту Зарамагской ГЭС-1 «Обоснование надежности высоконапорных турбинных водоводов».

5. Патент на полезную модель № 118323 «Бетонная гравитационная плотина для суровых климатических условий», 2011г.

6. Патент на полезную модель № 121272 «Бетонная гравитационная плотина для суровых климатических условий», 2012г.

7. Результаты работы одобрены НТС ОАО "Ленгидропроект", РусГидро, Мосгидропроект, кафедры ВИЭГ и ГТС ИСФ СПГПУ.

Личное участие автора состоит в постановке задач, разработке и внедрении расчетных методик и практических рекомендаций по расчету гидроагрегатных блоков, выполнении расчетных исследований и руководстве работами по оценке надежности объектов.

Положения, выносимые на защиту :

1. алгоритм обоснования прочностной надежности гидроагрегатных блоков высоконапорных ГЭС на основе пространственного численного моделирования.

2. методика численного пространственного многослойного моделирования несущих элементов высоконапорных водопроводящих трактов;

3. обоснование конструктивных и прочностных параметров элементов водопроводящих трактов гидроагрегатных блоков;

4. ранжирование основных и особых сочетаний нагрузок в напряженно-деформированное состояние гидроагрегатных блоков при нормальных и нештатных условиях эксплуатации.

Апробация полученных результатов.

Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на Всероссийских межвузовских научно-технических конференциях «Неделя Науки СПбГПУ», Санкт-Петербург, (2004,2005,2006 г.г.), на Научно-технической конференции, посвященной 100-летию со дня рождения Н.Я. Панарина (СПбГАСУ, Санкт-Петербург, 2005г.), на Международной конференции REMAS 2008 (СПбПУ, Санкт-Петербург 2008), на Научно-технической конференции во ВНИИГ им. Веденееева, на международной конференции по Гидротехнике в МГУП (Москва, 2011гг), на заседаниях кафедры ГТС СПбГПУ, 2006-2011 г.г. Материалы диссертации опубликованы в 19 печатных работах, в том числе 10 из списка изданий, рекомендованных ВАК.

Структура и объем диссертации

Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения и списка литературы в 142 наименования. Объем диссертации 265 страниц основного текста, в том числе, 114 рисунков, 38 таблиц.

Во введении обоснована актуальность работы, сформулированы цели и задачи исследований, проанализирована изученность проблемы, представлены научная новизна, практическая ценность результатов работы, приведены сведения о структуре и объеме диссертации и кратком содержании ее глав.

Первая глава посвящена анализу методов расчетного обоснования гидроагрегатных блоков высоконапорных ГЭС и их водопроводящих трактов. Глава содержит описание основной направленности работы.

Определена необходимость применения комплексного подхода при обосновании прочности и надежности объектов исследования - гидроагрегатных блоков высоконапорных ГЭС.

Проведен краткий обзор решаемых задач, используемых методов, критериев приемлемости результатов.

В главе представлена классификация водопроводящих трактов высоконапорных гидроэлектростанций. Среди показанного многообразия водопроводящих трактов в работе исследованы напорные турбинные водоводы и спиральным камеры, имеющие величину параметра «PD» больше 12МПа*м (произведение гидродинамического давления на диаметр входного сечения трубы при нормальных условиях эксплуатации - НУЭ).

Сделан анализ техногенных аварий, произошедших на высоконапорных

ГЭС.

Выполнена постановка задачи прочностной надежности гидроагрегатных блоков.

На протяжении всего развития гидроэнергетики особое место отводилось развитию теоретической базы и методов обоснования параметров и режимов надежной работы гидроагрегатных блоков. В этой связи следует отметить труды

Н.В.Арефьева, В.Г. Айвазьяна, В.В.Болотова, JI.C. Беляева, Ю.С. Васильева, В.И. Виссарионова, А.А.Морозова, М.П.Федорова, Д.С.Щавелева и других гидроэлектроэнергетиков. На кафедре Использования Водной Энергии под руководством Ю.С.Васильева в Политехническом институте еще с конца 70-х годов прошлого века успешно решались задачи по обоснованию параметров объектов гидроэнергетики на ЭВМ ЕС 1022. Именно тогда Ю.С.Васильевым была положена основа математического моделирования уникальных объектов с использованием компьютерной техники.

Математическое моделирование гидротехнических сооружений с решением задач прочности и устойчивости выполняется основными ведущими научными и проектными организациями: ОАО «Ленгидропроект», ВНИИГ им. Б.Е.Веденеева, С-ПбГПУ, Гидропроект, ЦНСГНО, МГСУ и другими.

Использование численных методов расчета делает возможным исследование прочностной надежности объектов без создания их макета, путем построения численной математической модели адекватной реальному сооружению, что позволяет значительно уменьшить период проектирования, материальные расходы и оптимизировать конструкцию в соответствии с основными критериями прочности.

Фундаментальная основа численных методов раскрыта в трудах К Вазитзу, Г. Вестергарда, В.В.Болотина, Б.Г. Галеркина, Р.Клафа, А.И.Лурье, Н. Ньюмарка,Я Г. Пановко, С.П. Тимошенко, и получила дальнейшее теоретическое и прикладное развитие в работах М.В.Белого, Е.Вильсона, О. Зенкевича, В.В.Лалина, Ю.П. Ляпичева, В.А.Постнова, A.A. Родионова, Л.А.Розина, и других.

Одной из задач по обеспечению надежной работы конструкции является ее устойчивость и прочность. Теория устойчивости ведет свое начало от работ Л. Эйлера, который впервые определил критическую силу центрально сжатого упругого стержня. Математическая формулировка теории устойчивости дана

A.Я. Ляпуновым, далее нашла свое отражение в трудах И.Г.Бубнова, Б.Г. Галеркина, Н.Е. Жуковского, С.Д.Лейтеса, 51.Л. Нудельмана, Я.Г. Пановко,

B.Г.Чудновского, Ф.С. Ясинского, и других ученых.

Следует заметить, что значение минимального коэффициента общей устойчивости формы стальной конструкции (отношение критической к фактической нагрузке) не установлено действующими нормативными документами. В этой связи автором выполнен статистический анализ устойчивости для 35 работающих металлоконструкций водопроводящих трактов и определен оптимальный диапазон значений коэффициентов устойчивости.

На сегодняшний день расчеты гидроагрегатных блоков и их водопроводящих трактов ведутся по методу предельных состояний, предусматривающему одновременное выполнение критериев прочности, как во внутренней стальной оболочке, так и в арматуре железобетонной части, обеспечивая обоснование проектных решений и надежность сооружения.

Условие выполнения критериев прочности и устойчивости есть условие обеспечения прочностной надежности.

Вопросы прочности гидротехнических сооружений отражены в работах

A.И.Альхименко, A.M. Белостоцкого, A.C. Болыпева, В.М.Бондаренко, А.И. Вайнберга, А.С.Залесова, Ю.К.Зарецкого, Г.М.Коганова, Ю.А. Ландау, С.Е.Лисичкина, В.Н.Ломбардо, Ю.М.Мгалобелова, В.Д.Новоженина,

B.Г.Орехова, А.Г.Полонского, В.А.Петрова, Л.Н.Рассказова, А.И.Румянцева, А.Л. Храпкова, В.Я. Шайтанова. и других авторов.

Расчеты сейсмических и гидродинамических нагрузок, а также определение рисков при эксплуатации сооружений и оборудования исследованы в работах Н.В.Арефьева, E.H. Беллендира, А.Н. Бирбрайера, В.И.Бронштейна, Л.Н.Дудченко, Д.А.Ивашинцова А.И.Савича, В.Б.Штильмана, С.Г.Шульмана, и других.

Систематические исследования бетона и его физической нелинейности были начаты в работах А.Ф.Лолейта и В.И.Мурашева. Первые исследования в этом направлении отражены в работах Т.А.Балана, А.С.Городецкого А.А.Гвоздева, Н.И. Карпенко, С.Ф.Клованича. Способ распределения арматуры для плоского железобетонного элемента предложен А.А.Гвоздевым и Н.И.Карпенко, в дальнейшем использован в работах Г.Р.Видного, А.С.Городецкого, В.С.Здоренко и др. В настоящее время этот способ получил значительное распространение и используется в большинстве численных исследований, преимущественно для строительных конструкций.

Следует заметить, что новые методики моделирования комплексного материала адаптированы только для строительных конструкций, часть из них разработаны за рубежом и положены в основу действующих международных норм по проектированию (DIN, AMERIKAN-STANDART). Применение указанных норм для гидротехнических сооружений в Российской Федерации не регламентировано или крайне ограничено, так как в российских Нормах заложены гипотезы и подходы, отличающиеся от тех, что реализованы в международных стандартах. Прежде всего, это касается критериев прочности и устойчивости, которые принимаются при анализе работоспособности сооружения.

В России в настоящее время для расчета высоконапорных гидроагрегатных блоков используется ряд документов. В 1984 г. принято к применению «Пособие по проектированию сталежелезобетонных конструкций гидротехнических сооружений» П-780-83/Гидропроект, в котором приводятся методика расчета высоконапорных водоводов и спиральных камер, примеры расчета, принципиальные схемы армирования. В 1988 г. введены в действие СНиП 2.06.08-87 и «Пособие по проектированию бетонных и железобетонных конструкций гидротехнических сооружений (без предварительного напряжения)» П-46-89/ВНИИГ разработан стандарт РАО «ЕЭС России» (СТО РАО «ЕЭС России» 1733282.27.14.02-2008. Гидротехнические сооружения ГЭС и ГАЭС. Условия создания. Нормы и требования. Над созданием этих документов работали ученые-гидротехники: В.И.Бронштейн, Л.А.Гордон, А.С.Залесов, Ю.К.Зарецкий, В.Н. Ломбардо, В.Д Новоженин, В.Г.Орехов, Л.Н.Рассказов, А.И.Савич, A.A. Храпков, С.Г. Шульман и другие.

Вместе с тем, моделирование пространственных водопроводящих трактов и спиральных камер зданий ГЭС, в условиях изменения в процессе эксплуатации физических свойств неоднородного материала в полной мере не изучены и не регламентированы в российских Нормах. Вследствие этого, перечисленные актуальные проблемы нашли отражение в данной работе.

Основная цель расчетного обоснования как теоретического доказательства факта сохранения сооружением целостности и работоспособности под действием всей системы нагрузок, действующих в процессе ее нормальной эксплуатации, а также при возможных природных и техногенных аварийных ситуациях, реализована в данной работе с использованием современного универсального программного комплекса: SolidWORKS Simulation, в состав которого входит программа конечно-элементного анализа COSMOS/M. Разработчики комплекса фирма «Structural Research Analysis Company», США, Калифорния.

В первой главе представлен алгоритм расчетного обоснования прочностной надежности объекта и перечень решаемых при этом задач. Эти задачи разделены на две группы - относящиеся к сфере действия норм и выходящие за формальные рамки их действия.

Основы методов расчета и принципов надежности конструкций отражены в работах В.Н. Беляева, В.В. Болотина, И.И. Гольденбланта, В.Н. Келдыша, В.М. Коченова, М. Майера, А.Р. Ржаницнна, Н.С. Стрелецкого, С.П. Тимошенко,В.Г.Чернашкина, В.Г. Чудновского и других авторов.

Особенностью высоконапорных водопроводящих трактов является то, что гидростатическое давление воспринимает стальная оболочечная конструкция и передает его на арматуру и бетон.

Вместе с тем, стальные конструкции гидротехнических сооружений постоянно работают в условиях водной среды и подвержены коррозии. Основы представлений о процессах коррозии, были заложены в 30-х годах XX века в работах К. Вагнера и Г. Кеше. Защита конструкций затворов от коррозии сегодня выполняется на основании Руководящего Документа треста «Спецгидроэнергомонтаж», изданного при участии инженеров Э.М.Андреева, З.Ф. Бабкина, Е.А. Билева, И.А. Бойко, С.Е. Редреева и дополненного В.Р.Мигуренко, В.Н.Сидневым, В.Л.Станкевичем и другими. На сегодняшний день расчеты стальных конструкций регламентированы строительными Нормами только в упругой постановке. Однако коррозионно-изношенные конструкции требуют более детального обоснования прочности и надежности за пределами применимости закона Гука. Математическая база теории пластичности изложена в работах H.H. Безухова, Д.Друкера, А.А.Ильюшина, И.И. Гольденблата, В.А. Копнова, В.В. Соколовского, Р.Хилла, и других авторов.

Согласно ГОСТ 27.002-89 "Надежность в технике. Термины и определения" надежность конструкции есть свойство сохранять во времени способность к выполнению требуемых функций в заданных режимах.

Следует заметить, что для сооружений, находящихся в многолетней эксплуатации, сегодня нет методики по определению прочностной надежности.

В связи с этим в работе предложена инженерная методика расчета работающих металлоконструкций и реализована на примере анализа пространственных конечно-элементных моделей коррозионно-изношенных конструкций, с учетом локальных зон коррозии.

Современное развитие компьютерных технологий позволяет использовать метод конечных элементов в решениях уравнений теории упругости и пластичности для расчета конструкций в трехмерной постановке, что определяет качественно новый уровень проектирования сооружений. Первые научные работы, в которых изложена концепция МКЭ, принадлежат американским ученым Р. Клафу, Г. Мартину, М. Тернеру, и JI. Топпу. Теоретический фундамент МКЭ заложили ученые-механики: Л.Д. Ландау, А.И.Лурье, К.Вазидзу, Ю.Н. Работнов и другие. Дальнейшее развитие прикладных аспектов МКЭ отражено в работах О.Зенкевича, В.А. Постнова, A.A. Самарского, Л.А.Розина, И. Чанга и других авторов.

Современные расчетчики-гидротехники на основе метода конечных элементов продолжают осуществлять новые постановки задач прочности и искать пути их решений.

Примеры расчетов конструкций по МКЭ описаны в работах A.M. Белостоцкого, А.Н. Бирбраера, С.Е. Лисичкина, В.А. Петрова, А.А.Храпкова, С.Г. Шульмана.

Так, в трудах A.M. Белостоцкого выполнены постановки задач пространственных систем, разработаны алгоритмы для прикладной программы СТАДИО.

В работах С.Е. Лисичкина численное моделирование зданий ГЭС представлено в плоских осесимметричных схемах.

По действующим нормам проектирования математическое моделирование гидроагрегатных блоков регламентируется для плоской постановки задачи. Этот способ моделирования был распространен в 70-х годах прошлого столетия, когда в практику расчетов вошел метод конечных элементов, реализованный в программных продуктах для ЭВМ. До сих пор этот способ моделирования является определяющим, хотя отстает от возможностей современных универсальных программных комплексов, позволяющих обосновывать параметры гидроагрегатных блоков в объемной постановке задачи.

Существующие Нормы расчета гидротехнических сооружений опираются на правила строительной механики и предполагают исключительно раздельный расчет составляющих элементов сооружения. Так, например, спиральная камера традиционно считалась отдельно от бетонного блока, в который она устанавливалась. Кроме того, взаимное влияние механического и гидротурбинного оборудования на бетон агрегатного блока вообще не учитывалось.

В выводах по главе, исходя из вышеизложенного, определена необходимость решения следующих задач:

1. Пространственное моделирование высоконапорных гидроагрегатных блоков с учетом задания в модели элементов стальной оболочки, слоев арматуры, оборудования.

2. Сравнительная оценка величин расчетных напряжений и деформации с данными натурных наблюдений объекта.

3. Моделирование аварийных и нештатных ситуаций с оценкой их влияния на прочность объекта.

4. Исследование новых факторов, влияющих на прочностную надежность при статическом и динамическом анализе объекта.

Вторая глава содержит постановку задачи пространственного статического и динамического анализа гидроагрегатных блоков с учетом оборудования и многофакторности.

Математическое численное пространственное моделирование позволяет исследовать объект с различных позиций, отображая при этом все несущие элементы гидроагрегатного блока.

Важнейшие из этих позиций:

• целостность объекта как физической системы, т.е. наличие у системы всех физических свойств, присущих каждому из составляющих элементов гидроагрегатного блока;

• задание в модели статических и кинематических граничных условий, которые обеспечивают соответствие модели реальному объекту;

• постоянный контроль за реальным объектом, при учете влияния новых факторов эксплуатации и природных воздействии;

• калибровка или коррекция модели на появляющиеся новые факторы.

Из этого следует, что моделирование представляет собой циклический процесс, т. е. за первым четырехэтапным циклом может последовать второй, третий и т. д. При этом, знания об исследуемом объекте постоянно расширяются и уточняются, а первоначально построенная модель калибруется и совершенствуется.

При обосновании прочности сооружений в процессе эксплуатации в главе предлагаются способы учета новых факторов, таких как:

- трещинообразование в бетоне;

- непроектное воздействие температур;

- пульсационная и вибрационная нагрузки;

-изменение физических характеристик материала;

- коррозионный износ конструкций;

-непроектные режимы эксплуатации;

-корректировка сейсмической нагрузки.

Основные шаги использованной верификации физической модели по МКЭ показаны на рисунке 1.

Следует заметить, что физическая система в процессе эксплуатации претерпевает следующие основные модификации: 1)природные и аварийные воздействия; 2)замену оборудования^) ремонт и модернизацию;4) пересмотр правил и условий эксплуатации.

л

Физическая система учет новых факторов

Анализ состояния физической системы

сопоставление с натурными данными

Математическая модель дискретная модель дискретное решение

Погрешность верификации погрешность решения

Рис. 1 - Схема численного моделирования объекта

В этой же главе представлена математическая основа расчета конструкций при решении краевых задач для системы разрешающих уравнений статического и динамического равновесия.

Проведено описание разработанной методики численного пространственного многослойного моделирования высоконапорных водопроводящих трактов с учетом трещинообразования бетона.

При проведении исследований прочности моделирование высоконапорных водопроводящих трактов выполнялось из условия совместной работы стальной оболочки, бетона и арматуры.

Следует заметить, что российские нормативные документы не регламентируют детальное моделирование водопроводящих трактов высоконапорных ГЭС, работающих в условиях нелинейного поведения материала. Согласно российским Нормам (СНиП 2.06.08-87) расчет сталежелезобетонного элемента сводится к определению суммарного нормального усилия в данном элементе из условия разделения усилия между

стальной оболочкой и арматурой: А^ =Мст+М„ ^ /V, _ суммарное

усилие, усилие в стальной оболочке, усилие в арматуре соответственно.

Суммарное усилие в элементе определяется по котельной формуле:

= <7 • Г <7, г

, где - давление воды, радиус трубы соответственно.

Котельную формулу для нормальных напряжений растяжения, испытывающих давление изнутри при наступлении предельного состояния в оболочке можно представить в виде: СТ ~ С] ■ г/8 где С

нормальные напряжения растяжения, оболочки и арматуры.

7 - суммарные суммарная толщина стальной

Площадь расчетной кольцевой арматуры сталежелезобетонных водоводов вычисляется по формуле:

Ус' У*' ^ > где . К* " расчетные

сопротивления стали оболочки и арматуры соответственно, ' ' коэффициенты сочетаний нагрузок, условий работы, надежности по назначению для класса сооружения, условий работы арматуры соответственно, А, , А,,, -расчетное сечение арматуры и стальной оболочки соответственно, Nг -суммарное усилие в элементе.

Расчет арматуры выполняется из условия достижения в стальной оболочке предельного состояния по пределу текучести. Такой расчет целесообразно выполнять на начальной стадии проектирования, и только для водоводов.

В нормах компании Рус-Гидро предпринята попытка учета бетонной оболочки при моделировании турбинных водоводов. При этом, чтобы получить напряжения в стальной оболочке, рекомендуется снизить начальный модуль упругости бетона (Е„) в продольном направлении по сравнению с модулем упругости бетона радиальном направлении (Е ,) в 7-8 раз. Таким образом, бетон водовода наделяется ортотропными свойствами. В этом случае условно моделируется наличие продольных (вдоль оси водовода) трещин. Напряжения в бетоне при таком моделировании снижаются, и по уровню пониженных напряжений выполняется расчет усилий в арматуре:

\<г + а

1уа~ 2 где «г„„., и О" всрх напряжения низа и верха сечения

>

бетонной оболочки, И - толщина бетонной оболочки.

Предлагаемая нормами Рус-Гидро схема моделирования является приближенной, так как снижение модуля упругости на фиксированную величину достаточно условно. Кроме того, такая схема применима лишь для турбинных водоводов, а пространственные блоки спиральных камер не входят в условия данной схематизации и остаются не охваченными.

По нормам Рус-Гидро, в модель включается бетонная оболочка и площадь расчетной кольцевой арматуры сталежелезобетонных водоводов вычисляется по формуле:

л ^ ^ • Г,г ■ Уп „

о При задании ортотропных свойств бетона, напряжения в

1С /X .V

стальной оболочке вычисляются самостоятельно, площадь арматуры напрямую зависит от того, во сколько раз уменьшен модуль упругости бетона. Подобное моделирование выполняется на следующей стадии проектирования, и применимо только для водоводов.

В рамках проводимых исследований впервые выполнено численное пространственное моделирование всех элементов водопроводящих трактов. Проблему учета физических особенностей материалов решает, предложенная в работе, новая методика моделирования, основанная на многослойной модели

водопроводящего тракта. При этом, численное моделирование основывается на совместном учете всех составляющих элементов конструкции, с привлечением аппарата общей трехмерной теории напряжений и деформаций, что позволяет получить пространственную картину НДС в любом элементе по длине водопроводящего тракта. Учет физической нелинейности материалов производится с помощью математического описания диаграмм деформирования бетона и стали, с применением шагово - итерационного метода Ньютона-Рафсона, реализующего на каждом шаге итерации способ упругих решений. Алгоритм пространственного моделирования водопроводящих тактов гидроагрегатных блоков можно представить в следующем виде:

1) Бетонное тело разбивается на объемные конечные элементы. Элементы бетона задаются со свойствами нелинейности;

2) Армокаркас моделируется плоскими многослойными элементами с приведенными слоями эквивалентными кольцевой и торовой арматуры заданной жесткости;

3) Стальная оболочка - плоскими однослойными элементами;

4) Оборудование - распределенными точечными элементами заданной массы;

5) Моделируется зазор, (при наличии мягкой прокладки) между стальной оболочкой и бетоном, исследуется НДС оболочки и бетона, результат сопоставляется с натурными данными;

6) Исследуется НДС оболочки и арматуры в условиях образования трещин в бетоне, результат сопоставляется с натурными данными;

7) Выполняется обоснование проектных решений и надежность работы сооружения.

Алгоритм пространственного моделирования справедлив как для турбинных водоводов, так и для блоков спиральных камер.

Модель турбинного водовода изображена на рисунке 2.

При послойном моделировании учтены все составляющие водовода:

1. Стальная оболочка, толщиной 8ст , радиусом трубы г;

2. Защитный слой бетона, с ортотропными свойствами, заданный из условия трещинообразования;

3. Приведенный слой внутренней кольцевой арматуры;

4. Приведенный слой внутренней торовой арматуры;

5. Внутренний слой бетона, с ортотропными свойствами, заданный из условия трещинообразования;

6. Приведенный слой наружной кольцевой арматуры;

7. Приведенный слой наружной торовой арматуры;

8. Защитный слой бетона, с ортотропными свойствами, заданный из условия трещинообразования.

Рис.2 - Модель турбинного водовода

Модель сегмента спиральной камеры представлена на рисунке 3. При послойном моделировании учтены все составляющие блока спиральной камеры:

1. Стальная и оболочка, толщиной ост , радиусом трубы г;

2. Защитный слой бетона, с ортотропными свойствами, заданный из условия трещинообразования;

3. Приведенный слой внутренней кольцевой арматуры;

4. Приведенный слой внутренней торовой арматуры;

5. Защитный слой бетона, с ортотропными свойствами, заданный из условия трещинообразования;

6. Объемный бетон блока спиральной камеры без трещин.

Рис. 3 - Модель сегмента спиральной камеры

Выводы по главе:

1. Предложен новый способ численного моделирования водопроводящих трактов высоконапорных гидроагрегатных блоков.

2. Исследования выполнены на примерах высоконапорных водоводов Ирганайской, Саяно-Шушенской и Зарамагской ГЭС.

3. Получено уменьшение площади расчетной арматуры, при равномерном распределении напряжений между стальной оболочкой и арматурой.

4. Площадь кольцевой расчетной арматуры по методике многослойного моделирования в среднем в 1,6 раза меньше, чем площадь арматуры по инженерному расчету и по Нормам расчета компании Рус-Гидро.

5. Определено одновременное достижение предельного состояния металла оболочки и кольцевой арматуры.

6. Обеспечено выполнение критериев прочностной надежности сооружений.

Третья глава посвящена оптимизации параметров прочностных характеристик металлоконструкций, находящихся длительное время в эксплуатации.

Разработана методика исследования фактора коррозии на прочность и устойчивость гидротехнических металлических конструкций.

В мировой практике при оценке коррозионного износа определяют процентный износ от проектной толщины металла. Эта методика реализует традиционно сложившийся подход, базирующийся на предположении, что средняя скорость коррозии, определенная на момент прогнозирования, сохранится и в будущем. При этом, в областях значительного коррозионного износа наблюдаются концентрации напряжений, значения которых, как правило, приближаются к пределу текучести. В отечественной практике оценка прочности коррозионно-изношенного механического оборудования и конструкций традиционно проводится в линейно упругой постановке с усреднением реальных толщин деталей. При этом, в областях локальной коррозии не учитываются концентрации напряжений, значения которых, как правило, приближены к пределу текучести металла. В этой связи, для инженерных расчетов по оценке прочности и долговечности, работающих коррозионно-изношенных конструкций, в данной работе после линейно - статического реализован нелинейный физический анализ, с отражением локальных пластических деформаций в зонах наибольшей коррозии металла. Физическая нелинейность задана диаграммой деформирования стали. Получено перераспределение напряжений в локальных зонах металлоконструкции, определен новый

экстремум функции и коэффициент корреляции напряжений к = —- на

О",,,

наступление предельного состояния конструкции (рисунок 4). Алгоритм учета фактора коррозии металла представлен на рисунке 5.

В работе использованы данные натурных наблюдений за эксплуатируемым сооружением, в частности для металлических конструкций выполнено определение толщин коррозионно-изношенных деталей. Примеры: - опора ЛЭП №5 СШГЭС к = (у(1/(у =0.95, эстакада водосброса СШГЭС к = (уи/ (у т =0.91, затвор основной сегментный Усть-Илимской ГЭС к =сг,:/сг„,=0-86- Результаты НДС подтверждают выполнение условия прочности и жесткости

металлоконструкции при коррозионном износе, соответствующем началу наступления пластических деформаций металла.

Исследование работоспособности коррозионно-изношенных конструкций проведено с учетом поэтапного уменьшения фактических толщин металла. При достижении максимальных напряжений предела текучести, выполнен нелинейный анализ для выявления зоны

пластических деформаций.

В главе выполнен численный анализ

коэффициентов запаса

устойчивости эксплуатируемых конструкций при использовании численной пространственной математической модели.

Устойчивость системы определена из условия устойчивости ее составляющих элементов при допущении, что потеря устойчивости одного является начальным этапом потери устойчивости всей системы.

Рис.5 - Алгоритм учета фактора коррозии металла

Рис.4 — График перераспределения напряжений

......................................................................................л

Расчет прочности и ушічяште кенар) кита в лянеівоя

Алгоритм решения задачи устойчивости использован в предположении малых перемещений упругой системы, когда все приложенные к системе

внешние нагрузки, растут пропорционально переменному параметру Д,.

Минимальное значение параметра Д,, при котором матрица жесткости системы , [1С] перестает быть положительно определенной является критическим, а соответствующее значение Лй можно назвать коэффициентом запаса устойчивости £ . При расчете конструкций на сочетание постоянной и временной нагрузок использовано уравнение:

(К-ЛпСп-АвСв)и = О, где К - матрица жесткости системы, С„ -матрица геометрической жесткости от постоянной нагрузки (собственный вес),

О« - матрица геометрической жесткости от временной нагрузки, V -глобальный вектор узловых перемещений. Критический параметр к постоянной нагрузке всегда остается постоянным и равен 1 Л„ = 1, таким образом, в процессе

расчета вычисляется только критический параметр к временной нагрузке А. или коэффициент запаса устойчивости системы, который должен быть больше 1

(> 1 )• При Л -1 система находится в состоянии предельного равновесия.

Для статистических исследований к анализу параметра устойчивости выполнены расчеты 35 металлоконструкций. Результаты расчетов параметров устойчивости представлены на рисунке 6 и согласуются с теоретическими данными, изложенными в работе Н.М. Беляева при проверке сжатых стальных стержней на устойчивость.

Я,в

№ 1-35 металлоконструкция

Рис. 6-Коэффициенты запаса устойчивости для 35 металлоконструкций

Выводы по главе:

1. Считать, что коэффициенты запаса устойчивости формы для металлических гидротехнических конструкций изменяются в пределах

1,6 <Хв. <3,0.

2. Внести в действующие нормативные документы для металлических гидротехнических конструкций минимальное нормативное значение коэффициента запаса устойчивости формы /„ в пределах от 1,6 до 3,0, полагая что при А«. < 1,6 конструкция имеет недостаточную жесткость, а при л„. >3,0 завышенную жесткость и металлоемкость.

3. Выполнять усиление металлоконструкции (в местах концентрации напряжений), не прибегая к ее полной замене на сооружении.

4. Уточнять размеры зон концентраторов напряжений при длительной эксплуатации конструкции.

В четвертой главе выполнены расчетные исследования прочностной надежности гидроагрегатных блоков в условиях реальной эксплуатации. Разработан алгоритм математического моделирования гидроагрегатных блоков.

Объемное моделирование сталежелезобетонных водоводов и спиральных камер выполнено с учетом их работы как многослойного комплексного материала. При моделировании учтено наличие в турбинном водоводе двух слоев арматуры: внутреннего, прилегающего к металлической оболочке, и наружного - расположенного у внешней границы водовода. В агрегатном блоке выполнено моделирование слоя арматуры обрамляющего спиральную камеру. Условия трещинообразования железобетонной оболочки и бетона вокруг спиральной камеры реализованы при понижении модуля упругости в ходе решения нелинейной задачи методом Ньютона-Рафсона.

Математическое численное моделирование водопроводящих трактов выполнено в следующей последовательности:

1. Для аппроксимации работающих совместно металлической оболочки спиральной камеры и внутреннего кольца арматуры, в задачу введены четырехслойные плоские элементы. В состав многослойных элементов включены слои, моделирующие стальную оболочку, защитный слой трещиноватого бетона между стальной оболочкой и арматурой, внутреннее кольцо арматуры, слой трещиноватого бетона. Толщина каждого слоя принята в соответствии с проектом.

2. Бетонная оболочка водовода задана с использованием объемных конечных элементов с нормативными физическими характеристиками и нелинейными свойствами.

3. Наружная кольцевая арматура водоводов смоделирована при использовании трехслойных пластинчатых элементов. В элементы включены внешнее кольцо арматуры и два слоя трещиноватого бетона моделирующих зоны трещинообразования.

4. Выполнен нелинейный статический расчет сооружения. Определены зоны трещинообразования. Получено перераспределение напряжений между слоями элементов и снижение модуля упругости в бетоне, даны напряжения в элементах стальной оболочки и арматуры.

5. По уровню напряжений в слое «армирование», обоснована достаточность существующего армирования при сравнении расчетных напряжений в арматуре с критериальными значениями для проектной марки стали.

Для вычисления общих расчетных перемещений и напряжений и

расчетных напряжений в стальной оболочке сгш-„„, арматуре <тарм и бетоне <Г,-,еп1 заданы следующие расчетные параметры модели - модули упругости, коэффициенты Пуассона, плотности, коэффициенты температурного расширения, коэффициенты теплопроводности, толщины и размеры элементов:

и а

расч. раси

<?о6,т (Ес,п ' К„, , Рап .а, » Кп., д„Г,,,,, (перем)) <ТарАЕст*Кт ' Рст^пК» . ^,,рш1ир„(пврЄМ.)) &ое,п (Е<-, є,,, (перем), рбая, а,

' ^бет' ^размэ.ч. )

Анализ напряженно-деформированного состояния гидроагрегатного блока выполнен при учете факторов нормальной эксплуатации:

ирасч, (Грасч Я гидр ' ^оборуй ' ОпульС Ттсм„(0, ^эл.м ' ^г.у.)

1. Собственного веса сооружения и оборудования С, Моборуд;

2. Изменения гидравлических режимов в водопроводящем тракте Рг.у..

»

3. Пульсационных нагрузок при работе турбины()„„ы ;

4. Пространственного изменения соотношения сил на опорные элементы статора турбины;

5. Нагрузок от электромагнитных небалансов „ ;

6. Изменения температуры водопроводящего тракта );

7. Влияния нагрузки от плотины <7.-„г)/;.

В сопоставлении с данными натурных измерений: 1) Напряжений в арматуре; 2) Напряжений в металлической оболочке; 3) Деформаций сооружения; 4) Трещин в бетоне; 5) Биения вала турбины. Использованы следующие разрешающие уравнения равновесия:

- уравнение статического равновесия системы:

ми= И;

[к] ][£ ] [¿Г ] " матрицы жесткости системы, стальной оболочки,

арматуры, бетона, основания, {и}, {Б} - векторы узловых перемещений, сил.

- уравнение динамического равновесия системы:

[м]т +[с]й(Г) +[к]/</) = ; = , где

ti(t), u(t), u(t), №,(/) - ускорение, скорость, перемещения, ускорение основания зависящие от времени, F it) - вектор узловых сил, зависящих от

времени, -матрицамасс,[с] -матрицадиссипации.

Для проверки прочностной надежности использован метод предельных состояний. Условие предельных состояний:

У г

yu.F < R —— , где У\с- коэффициент сочетаний нагрузок,; F -расчетное

Г„

значение обобщенного силового воздействия; R - расчетное значение обобщенной несущей способности; уг - коэффициент условий работы; у„ -коэффициент надежности по назначению.

Условие прочности при расчете по предельным состояниям первой группы: аоВ.ст. —240 МПа (276 МПа) - сталь оболочки для основных (особых) сочетаний

нагрузок; &ирм ^292 МПа (320 МПа) (арматура) - для основных (особых) сочетаний нагрузок.

Расчетные исследования выполнены на примере гидроагрегатного блока Саяно-Шушенской ГЭС. Построение расчетной математической модели основано на имеющемся проектном материале, действующих нагрузках на сооружении, данных контрольно-измерительной аппаратуры, при учете температурных воздействий.

1. Выполнено полное геометрическое и физическое соответствие модели реальному сооружению.

2. Конечно-элементная модель гидроагрегатного блока включает стальную оболочку водопроводящего тракта, арматурные слои, гидротурбинное оборудование, см. рисунок 7.

3. Статические граничные условия заданы по нижней грани грунтового массива см.рисунок 8.

4. Бетон агрегатного блока отделен от плотины температурным швом 50мм.

5. Взаимодействие между плотиной и зданием ГЭС осуществлено через стальную оболочку водовода и общее грунтовое основание.

6. Расчет модели выполнен с учетом всех факторов НУЭ. Рис.7 - Объемная конечно-элементная модель

гидроагрегатного блока

; ш'шящт

■ШіІірвііЯіі

4ШЩ

"С ><1 і

Рис.8 - Нагрузки от генераторного оборудования

7. Нагрузки на модель заданы с учетом всех сил, сосредоточенных и распределенных на отметках. Схема передачи нагрузок от собственного веса гидроагрегата на бетонный массив агрегатного блока включает в себя: 1-перекрытие генератора; 2 - верхнюю крестовину; 3 - статор генератора; 4 -статорные тумбы; 5 - ротор генератора; 6 - подпятник; 7 - вал турбины; 8-направляющий подшипник турбины; 9 - рабочее колесо турбины; 10 -направляющий аппарат, крышка турбины, опора подпятника. Нагрузки от генераторного оборудования заданы в узлах модели элементами точечных масс, см. рисунок 8. Выводы по главе:

1. Сооружение отвечает критериям прочности и безопасности при НУЭ, основном сочетании нагрузок.

2. Впервые осуществлено комплексное конечно-элементное моделирование агрегатного блока, анкерной опоры, нижней части водовода, части плотины, совместно с 15-метровым слоем скального основания.

3. Расчет показал выполнимость критериев прочности и достаточность армирования блока для основных сочетаний нагрузок.

4. В результате расчета установлено напряженно-деформированное состояние всех элементов сооружения. Определен запас прочности стальной оболочки и арматуры.

5. Выполнена оценка вклада каждой нагрузки в НДС.

6. Впервые на пространственной модели определены величины биения бала турбины, смещения горизонтальной оси водовода, выполнены сопоставления с нормативными данными.

7. В результате комплексного анализа получено сопоставление (верификация) результатов расчета с данными натурных измерений напряжений в металлической оболочке и арматуре см. рисунок 9.

8. Максимальное биение вала в горизонтальной плоскости и вертикальное смещение не выходит за допускаемые значения, соответственно равные 0,25 и 0,24мм на 1 п.м. и соответствует натурным и нормативным данным.

(1

Рис.9

(б) спиральной камеры,

(МКЭ - синий, натурные данные - красный цвет, НУЭ, МПа)

Пятая глава включает в себя анализ прочностной надежности гидроагрегатных блоков в экстремальных условиях эксплуатации. Анализ представлен на примере гидроагрегатного блока Саяно-Шушенской ГЭС. Результаты представлены с учетом перераспределения напряжений в условиях объемного трещинообразования, см. рисунок 10.

Реализован учет следующих факторов экстремальной эксплуатации:

1. Сил при аварийном торможении агрегата и замыкании полюсов генератора;

2. Замене гидротурбинного оборудования;

3. Повышения давления при закрытии лопаток направляющего аппарата;

4. Сейсмического воздействия;

5. Дисбалансов

оборудования. Рис.10- Главные напряжения в бетоне здания ГЭС (ГУ)

21

Расчет от воздействия токов короткого замыкания статора выполнен для трех сочетаний, в которых Рп задана соответственно величинам моментов при коротком замыкании статора, вынужденных колебаний при меняющейся во времени гармонической нагрузки с частотой по формуле:Р=Рп Ь1п(и<1).В каждом сочетании учтена радиальная нагрузка от

механических и электромагнитных небалансов при номинальном режиме ротора. Расчет от воздействия токов короткого замыкания ротора выполнен с учетом максимальной нагрузки от магнитного притяжения при замыкании половины полюсов ротора и сдвигающей силы на двух тумбах статора.

Рис. 11 -Прирост напряжений в подстаторных тумбах при аварийном замыкании полюсов

Значения максимальных амплитудных перемещений опорных элементов статора от динамической нагрузки при токах короткого замыкания составляют 500мкм, при этом растягивающие напряжения достигают 230КПа, что соответствует 8% от общего уровня напряжений, (рисунок 11).

Динамические нагрузки от воздействия токов короткого замыкания практически не оказывают влияния на прочность подводной части агрегатного блока. Они почти полностью воспринимаются несущими конструкциями генераторного этажа, таким образом, данный вид аварийной нагрузки не может привести к катастрофическим последствиям в здании ГЭС.

Прирост напряжений, связанный с гидроударом составляет от 15 до 25% и компенсируется установленной арматурой.

Получены напряжения в арматуре и стальной оболочке спиральной камеры (см. рисунки 12, 13). Результаты НДС стальной оболочки нижнего участка водовода и анкерной опоры сведены в таблицу 1.

НДС стальной оболочки нижнего участка водовода и анкерной опоры

Таблица 1

НДС стальной оболочки водовода Н.У.Э Г.У. Сейсм.

Нижний участок 09Г2, МПа 117 157 122

Анкерная опора 138-И3, МПа 250 289 262

Попер. Перем.,мм 24 31 25

Прод.Перем.НПУ/УМО, мм 4/2,3 4,8 4,2

Относит. Прод.Перем., (УМО-НПУ), мм 1,7 2,5 1,9

действующим на фундамент с учетом 0, КПЗ

230 210 190 170 150 130 110 30 70 50 30 10 -10 ■30 -50 ■70 -90 ■110 ■130 ■150

/1

/А Л _Г^ирсст напряжений при \силія< 3200 и 2330кН

І / // л\і 1 Ґі 1 ^ і —_ Г^'Ирзст НЗфЯЖЄНІ«Пр*1 ушлія): 3200 и Є45кН

/ \ г і і Пжтсст „ нзірятении при філіях 2330 и 845кН

г з К і %Аі 8 9 ІО 11 іг м \\ 1

>\ / і '"У ; у № тумбы

Расчет напряжений при повышении давления в спиральной камере при резком закрытии лопаток направляющего аппарата выполнен по формуле Жуковского. Наибольшее влияние на формирование пульсаций давления в напорных водоводах ГЭС при гидравлическом ударе оказывают: время закрытия лопаток направляющего аппарата (НА), скорость потока воды, геометрические параметры (длина, диаметр, толщина оболочки) водовода, модуль упругости

стали.

тэвй _ 1.4»7Е+®05

Щ 1

щ 1.

езпа.ащоэ 67712. Ш 52Я 4 .»«О® 36317.вЙ0®

Рис.12- Напряжения в кольцевой (а) и торовой арматуре (б) СК, МПа (запас прочности при гидроударе кк=4, кт=2 соответственно)

По результатам расчета

гидравлических режимов напорного турбинного водовода Саяно-Шушенской ГЭС установлено максимальное повышение давления при закрытии лопаток направляющего аппарата в режиме максимальной мощности генератора при напоре Н=219,0м, составляющее 0,78МПа (78 м. вод.ст.).

Рис. 13 - Напряжения в стальной оболочке СК, МПа (запас прочности при гидроударе к0(5 ст=3)

Кроме того, на численной пространственной модели выполнено:

1) Оценка сейсмостойкости сооружения. Наибольший вклад сейсмической нагрузки в растягивающие напряжения определен в подстаторных тумбах и составляет 5% от уровня напряжений при статическом нагружении.

2) Собственные частоты и формы колебаний агрегатного блока совместно с основанием и оборудованием определены в диапазоне от 4,3 до 29,6 Гц.

3) Расчет поэтажных акселерограмм по динамической теории методом Ньюмарка.

4) Оценка прочности элементов агрегатного блока при замене гидротурбинного оборудования. Определен прирост напряжений, связанный с заменой оборудования.

5) Фактор дисбалансов оборудования при прохождении генератора через неблагоприятную зону работы учтен при зазоре между фланцами опорных элементов.

6) Моделирование аварийной ситуации при вибрациях опорных узлов заданием функции перемещений по времени. Фактор повышенной вибрации вносит наибольший вклад в напряженное состояние опорных элементов, увеличение напряжений составляет до 30% и носит переменный характер. При этом, значения биения вала турбины в 1,6 раза превышают критериальные значения.

Выводы по главе:

1. Расчет агрегатного блока выполнен на особые сочетания нагрузок с учетом трещин в бетонном блоке спиральной камеры, с учетом совместной работы с плотиной и гидротурбинным оборудованием.

2. Расчет показал выполнимость критериев прочности и достаточность армирования блока для особых сочетаний нагрузок.

3. Анализ вклада напряжений при аварийных нагрузках выявил, что аварийная ситуация и нарушение безопасности может возникнуть только при повышенных вибрациях опорных элементов, вызванных дисбалансом оборудования.

4. Особое внимание следует уделять требованиям к условиям контакта оборудования и опорных элементов статора турбины.

В заключении приведены основные результаты работы:

1. Анализ методов расчетного обоснования гидроагрегатных блоков высоконапорных ГЭС и их водопроводящих трактов.

2. Классификация водопроводящих трактов высоконапорных гидроэлектростанций, с выделением наиболее ответственных составляющих -турбинных водоводов и спиральных камер.

3. Анализ техногенных аварий, произошедших на высоконапорных ГЭС.

4. Постановка задачи и алгоритм расчетного обоснования прочностной надежности гидроагрегатных блоков.

5. Пространственное моделирование турбинных водоводов и блоков спиральных камер зданий ГЭС.

6. Алгоритм статического и динамического анализа гидроагрегатных блоков с учетом совместной работы всех составляющих элементов, оборудования и многофакторности.

7. Постановка задачи пространственного моделирования объекта исследования - гидроагрегатного блока.

В рамках пространственного численного моделирования гидроагрегатных блоков высоконапорных ГЭС реализовано следующее:

1. Определена сущность метода моделирования объекта, базирующаяся на принципе его аналогии (верификации).

2. Обоснована необходимость адаптации математической численной модели к фактическим условиям работы сооружения, с учетом периода эксплуатации, с заданием изменившихся физических характеристик материала, непроектных нагрузок и новых факторов в виде сочетаний объемных, поверхностных, линейных, динамических нагрузок, сил, температур, и граничных условий.

3. Выполнено разделение задачи численного моделирования системы на несколько этапов с математическим описанием поставленных задач.

4. Разработана методика численного пространственного многослойного моделирования высоконапорных водопроводящих трактов.

5. Предложен перечень типов элементов и граничных условий для моделирования многослойных пространственных систем.

6. Выполнено сравнение новой методики с методами расчета водопроводящих трактов по действующим нормам проектирования.

7. На основании результатов расчетов высоконапорных водоводов Ирганайской ГЭС, Саяно-Шушенской ГЭС, Зарамагской ГЭС-1 сделано обоснование оптимальной схемы армирования.

8. Разработана методика исследования фактора коррозии на прочность и устойчивость стальных конструкций водопроводящих трактов.

9. Для статистических исследований по анализу параметра устойчивости выполнены расчеты металлоконструкций водопроводящих трактов. Установлен диапазон значений коэффициента устойчивости формы для пространственных металлоконструкций.

10. Выполнены расчетные исследования прочностной надежности гидроагрегатных блоков в фактических условиях эксплуатации.

11. Разработан алгоритм численного математического моделирования гидроагрегатных блоков.

12. Анализ состояния физического объекта представлен при верификации его математической модели на примере гидроагрегатного блока Саяно-Шушенской ГЭС, при учете факторов нормальной эксплуатации, в сопоставлении с данными натурных измерений.

13. В математической модели учтены особенности деформирования материала при условии образования и наличия трещин.

14. Выполнено объемное многослойное моделирование водоводов и спиральных камер с учетом их работы как комплексного материала. Учтено наличие в модели всех слоев арматуры.

15. Определены граничные условия при нормальном режиме эксплуатации гидроагрегатного блока.

16. Выполнен нелинейный статический расчет гидроагрегатного блока. Определены напряжения в элементах металлической оболочки и арматуры. Для анализа прочностной надежности использован метод предельных состояний.

17. Реализован сопоставительный анализ результатов расчетов с данными натурных исследований и модельных испытаний для турбинных водоводов, анкерной опоры водовода, спиральной камеры.

18. Определены запасы прочности несущих элементов гидроагрегатного блока.

19. Выполнен анализ прочностной надежности сооружения в экстремальных условиях эксплуатации (на примере гидроагрегатного блока Саяно-Шушенской ГЭС).

20. Реализован учет новых факторов экстремальной эксплуатации:

• Сил при аварийном торможении агрегата и замыкании полюсов генератора;

• Замены гидротурбинного оборудования;

• Повышения давления в спиральной камере при закрытии лопаток направляющего аппарата;

• Сейсмического воздействия;

• Вибрации.

21. Выполнено пространственное математическое моделирование, включающее учет аварийных факторов.

22. Определено ранжирование каждой нагрузки в напряженное состояние элементов сооружения.

23. Сделаны выводы о прочностной надежности гидроагрегатного блока в экстремальных условиях эксплуатации.

24. Произведен анализ возможной аварийной ситуации и рекомендации по ее недопущению.

В обобщении полученных результатов работы определены следующие основные положения:

1. Построены пространственные математические модели, идентичные фактическим сооружениям;

2. Разработана методика многослойного моделирования несущих элементов водопроводящего тракта;

3. Определен оптимальный диапазон коэффициентов запаса устойчивости металлических гидротехнических конструкций;

4. Выполнен учет фактора коррозии для расчета прочности коррозионно-изношенных стальных конструкций;

5. Предложен алгоритм статического и динамического анализа прочности гидроагрегатных блоков, с учетом совместной работы элементов оборудования, с возможностью имитации нештатных ситуаций;

6. На примере здания СШГЭС выполнено ранжирование нагрузок и количественная оценка НДС при нагрузках различных сочетаний, см. рисунки 14-16;

7. Предложено дополнить нормативные документы в части обоснования прочности гидроагрегатных блоков и их водопроводящих трактов;

8. Результаты работы одобрены НТС ОАО "Ленгидропроект", РусГидро, Мосгидропроект, СПгПУ;

9. Все представленные алгоритмы и методики пространственного численного моделирования использованы для обоснования проектных решений, при количественной оценке прочностной надежности и безопасности проектируемых, строящихся и действующих гидроэлектростанций (Ирганайская ГЭС, Зарамагская ГЭС Гоцатлинская ГЭС, Саяно-Шушенская ГЭС, Мамаканская ГЭС, Усть-Среднеканская ГЭС, Ленинградская ГАЭС, Канкунская ГЭС).

| н»!ру>х*« ; I »»тины в ярсдоах Ыашеразтркгг« мижау ятпии!« ! аадиммжУЭС ;

ШШШ

I М};~ткШтт ! шгружш

I ъур&ттыш 1 (»»МШМДЫИя!

»ее!

«<(ом«»(» I м><<и«», I

гидра м«и ки чмк| яг& вахня

1 нщмсташчемш ла&яшмтшаы |

.штриху иды в

В основном сечггзяяш

Прирост шмршем! при особых ятзеясттх

\ Нагртзк» от ; «мгюгшмк ? шюмшикльшюм

Карвэжо* »чш»« МЛ9ИШ ЯШ№$т

Т«яр» кжче с к у з ф» яр«»««»«* <!зктз$ кря

5<ЗК|»Ы«Ш ЛМНяИЖ

ажнарзтг»! -ста ре« ® рчдесжнг

15,4% -мшйе а$йрула*хнш

Рис.14 - Вклад нагрузок в напряженное состояние металлической оболочки спиральной камеры

В основное с&четашш

Прирост 8апрпжшшШ. шри особых вездеЙСТВЙ.ЯХ

I

¡««^ »Л»« С ю» И|>Ц|

| К |

1; ЗШ § О ТЪЩ

ГШЩЩШфЯ 1

«аг^-ззе» I I 15 I

мжжш. ш&р&жшштжё ю тщузтхняя:

Г етзт Й Ч 8СК <3

ааелеяйеьоды 3

ШМШ

'Жжжжп* | ухтпщягу-ры |

С'« й с>т. чскжй*

Гад |*я &;т кш* гд&р к

& |Ч! н <* & час т хз

тщ>ы-тм -тцътш ж» яра зша ъш а » щра та; стз? яр-уд шя пж 1

Рис Л 5 - Вклад нагрузок в напряженное состояние арматуры спиральной

камеры

8 основном сачгпакш* Прирост шяпряжешмШ три

особых штшстмжх

магтешш

......„.¿т_____..1

Пуль-гйаи^ | •кягрг^к при

!

С.'о й ( « ьш

|

г ядро яеханичео!

и 1

Г &з С Гй «ё Ж&4

............ .:]

г--—-———ч

Дгжъчвч в язлжсхв ж «т жжъл а ш-а ъ а ж жш

Шъ 1

щътъч&ш чхаю кръ закрыт»« яъшгш ш я &вла«©аа«а й шшр а та.;

■ гтар-ае- ъЫрулъ&шш 153Щ ^

Рис. 16 — Вклад нагрузок в напряженное состояние опор статора турбины

С е&ОШЧ ЖГГ8 ш

ш

жлшшты шяжст и

Основные публикации по теме диссертации:

1. Козинец Г.Л., Белов В.В. Расчеты основных составляющих механического оборудования на примере механического оборудования берегового водосброса Саяно-Шушенской ГЭС.- XXXII Неделя науки СПбГПУ: Материалы Всероссийской межвузовской научно-технической конференции студентов и аспирантов. 4.1 . С-Пб.: Изд-во Политехи, унта. 2004.-С. 142-143.

2. Козинец Г.Л., Белов В.В. Анализ напряженно-деформируемого состояния и оптимизация конструкций ригелей плоских гидротехнических затворов. - СПбГАСУ, Научно-техническое общество строителей Санкт-Петербурга и Ленинградской области. С-Пб. 2005. -С. 89-95.

3. Козинец Г.Л., Белов В.В. Рационализация конструктивных решений ригелей плоских гидротехнических затворов. - ХХХШ Неделя науки СПбГПУ: Материалы Всероссийской межвузовской научно-технической конференции студентов и аспирантов. 4.1 . С-Пб.: Изд-во Политехи, ун-та. 2005. - С. 140.

4. Козинец Г.Л. Проблема учета присоединенных масс воды в расчетах затворов на сейсмостойкость. - XXIX Неделя науки СПбГПУ: Материалы Всероссийской межвузовской научно-технической конференции студентов и аспирантов. 4.1 . С-Пб.: Изд-во Политехи, ун-та. 2006. - С. 145.

5. Козинец Г.Л. Оценка прочности н долговечности коррозионно-изношенных металлоконструкций гидротехнических затворов.- Гидротехническое строительство. 2007. №1,- С. 31-39.

6. Козинец Г.Л. Оптимизация конструкции ригелей переменного профиля гидротехнических затворов,- Гидротехническое строительство. 2007. №3, - С. 42-46.

7. Козинец Г.Л., Критерии надежности гидротехнических затворов

Материалы Международной научно-технической конференции RELMAS 2008 4.1 . СПб.: Изд-во Политехи, ун-та. 2008. - С 7.

8. Козинец Г.Л., Численное моделирование коррозионно-изношенных металлоконструкций гидротехнических затворов

Материалы Международной научно-технической конференции RELMAS 2008 4.1 . СПб.: Изд-во Политехи, ун-та. 2008. - С 8.

9. Козинец Г.Л., Аспекты надежной работы гидротехнических затворов

Материалы Общероссийской научно-технической конференции 2008 4.1 . С-Пб.: Изд-во

ВНИиГ. 2008. - С 6.

10. Козинец Г.Л., Оценка прочностной надежности коррозионно-изношенных металлоконструкций гидротехнических затворов. Материалы Общероссийской научно-технической конференции 2008 Ч. 1 . С-Пб.: Изд-во ВНИиГ. 2008. - С 8.

11. Козинец Г.Л., Лисичкин С.Е., Богаченко C.B., Ивонтьев A.B. Численное моделирование еталежелезобетоиных гидротехнических сооружений «Строительная механика инженерных конструкций и сооружений», № 4, 2011 г., - С. 50-56.

12. Козинец Г.Л., Рубин О.Д., Лисичкин С.Е., Ивонтьев A.B. Расчетный анализ состояния турбинных блоков со спиральными камерами Саяно-Шушенской ГЭС и Загорской ГАЭС - Материалы международной научно-практической конференции «Проблемы развития мелиорации и водного хозяйства и пути пх решения» Ч III. «Безопасность гидротехнических сооружений» М.: ФГБОУ ВПО МГУП, 2011 г.с. 160-168.

13. Козинец Г.Л., Потехпн Л.П. Расчетное обоснование прочности и работоспособности сталежелезобетонпой спиральной камеры здания Саяно-Шушенской ГЭС,- Гидротехническое строительство. 2011. Л»7, - С. 36-42.

14. Козинец Г.Л., Определение динамических характеристик сооружений, контактирующих с водой на примере арочной плотины Саяно-Шушенской ГЭС, Ипжеперно-строительпый журнал. 2011. №5 (23). - С.43-48. http:/Avmv.engstrov.snb.ru/index 2011 05/kozinets.htnil.

15. Козинец Г.Л., Алгоритм расчета сталежелезобетонных водоводов, Инжеиерно-стронтельный журнал. 2011. JV»6 (24). С.41-49. http://wmv.engstrov.spb.ru/index 2011 06/kozinets.htinl.

16. Лисичкин С. Е., Козинец ГЛ., Мвонтьев А. В., Пономарев Д. И., Богаченко С. В., Лисичкин А. С Расчетные исследования напорных водоводов и спиральных камер высокоиапорных ГЭС, Известия ВНИИГ. т. 264 С-Пб., 2011. - С.110-118.

17. Козинец Г.Л., Обоснование надежности гидроагрегатпых блоков высокоиапорных ГЭС // Инженерно-строительный журнал. 2012. №5 (31). - С. 30- 37 http://www.engstrov.SDb.ru/index 2012 05/kozinets.html.

18. Козинец Г.Л., Вульфович H.A., Денисов Г.В., Потехин Л.П., Расчетное обоснование массивной гравитационной плотины Канкунской ГЭС с расширенными полостями.- Гидротехническое строительство. 2012. №8, - С. 22-26.

19. Козинец Г.Л., Потехин Л.П. Численная оценка прочностной надежности высоконапорных водоводов при гидравлическом ударе, Инженерно-строительный журнал. 2012. № 6 (32). - С. 29- 35. http:/Avw\v.engstrov.spb.ru/index 2012 06/ko/inets.html.

Подписано в печать 16.01.2012. Формат 60x84/16. Печать цифровая. Усл. печ. л. 2,0. Тираж 100. Заказ 9971Ь.

Отпечатано с готового оригинал-макета, предоставленного автором, в типографии Издательства Политехнического университета. 195251, Санкт-Петербург, Политехническая ул., 29. Тел.:(812)550-40-14 Тел./факс: (812)297-57-76

Введение.

1 Методы расчетного обоснования гидроагрегатных блоков высоконапорных ГЭС и их водопроводящих трактов.

1.1 Классификация водопроводящих трактов высоконапорных

1.2 Постановка задач прочностной надежности гидроагрегатных блоков высоконапорных ГЭС.

1.3 Анализ существующих методов математического моделирования гидроагрегатных блоков.

2 Статический и динамический анализ гидроагрегатных блоков с учетом оборудования и многофакторности.

2.1 Постановка задачи пространственного моделирования объекта -гидроагрегатного блока.

2.2 Методика численного пространственного многослойного моделирования высоконапорных водопроводящих трактов при учете нелинейных факторов.

2.3 Выбор и обоснование оптимальной схемы армирования высоконапорных водопроводящих трактов с определением напряжений и параметров арматуры и стальной оболочки.

2.4 Выводы.

3 Оптимизация параметров прочностных характеристик металлоконструкций, находящихся длительное время в эксплуатации.

3.1 Методика исследования фактора коррозии на прочность и устойчивость гидротехнических металлических конструкций.

3.2 Пример расчета коррозионно-изношенной конструкции.

3.3 Анализ коэффициента запаса устойчивости эксплуатируемой конструкции.

3.4 Выводы.

4 Расчетные исследования прочностной надежности гидроагрегатных блоков в фактических условиях эксплуатации.

4.1 Алгоритм математического моделирования гидроагрегатных блоков.

4.2 Определение факторов нормальной эксплуатации сооружения.

4.2.1 Фактор изменения гидравлических режимов в водопроводящем тракте.

4.2.2 Фактор пульсационных нагрузок при работе турбины.

4.2.3 Фактор пространственного изменения соотношения сил на опорные элементы статора турбины.

4.2.4 Фактор влияния нагрузок от электромагнитных небалансов.

4.2.5 Фактор изменения температуры водопроводящего тракта.

4.2.6 Фактор влияния нагрузки от плотины.

4.3 Анализ работоспособности сооружения на примере верификации математической конечно-элементной модели здания Саяно

Шушенской ГЭС.

4.3.1 Параметры водопроводящих трактов Саяно-Шушенской

4.3.2 Результаты исследования состояния турбинных водоводов.

4.4 Сталежелезобетонная спиральная камера.

4.4.1 Результаты модельных и расчетных исследований спиральной камеры на стадии выпуска рабочей документации.

4.5 Математическое моделирование сооружения и верификация модели.

4.5.1 Построение расчетной математической модели.

4.5.1 Результаты расчета анкерной опоры водовода.

4.5.2 Результаты расчета блока спиральной камеры.

4.5.3 Анализ биения вала турбины, перемещений оси турбинного водовода и опорных статорных тумб при нормальных условиях.

4.6 Выводы.

5 Анализ прочностной надежности гидроагрегатных блоков в экстремальных условиях эксплуатации.

5.1 Классификация экстремальных факторов.

5.1.1 Фактор гидроудара.

5.1.2 Фактор сейсмического воздействия.

5.1.3 Фактор сил при аварийном торможении агрегата и замыкании полюсов генератора.

5.1.4 Фактор замены оборудования.

5.1.5 Фактор дисбалансов оборудования.

5.2 Исследование прочностной надежности конструкций водопроводящего тракта в экстремальных условиях эксплуатации.

5.3 Обоснование безопасности агрегатного блока при аварийных режимах работы генератора.

5.4 Анализ работы агрегатного блока при дисбалансах оборудования.

5.5 Ранжирование нагрузок в напряжения несущих элементов водопроводящего тракта.

Актуальность работы. Поиск алгоритмов построения системы мер, обеспечивающих прочность, надежность и безопасность гидроагрегатных блоков и их водопроводящих трактов представляет собой крайне важную задачу. Решение подобных задач в настоящее время невозможно без численного математического моделирования.

Аварийные ситуации на гидроузлах всегда сопряжены с огромными материальными, экологическими и социальными ущербами. Не случайно, оценка работы гидроагрегатных блоков и их водопроводящих трактов в реальных условиях эксплуатации носит актуальный характер. Исследование прочности конструкций при совершенствовании методов их расчета соответствует требованиям Федерального Закона № 117-ФЗ «О безопасности гидротехнических сооружений». Данная проблема является одной из первоочередных задач ОАО «РусГидро» до 2015г, при реализации утвержденной в апреле 20 Юг Программы безопасной эксплуатации гидроэнергетических объектов компании. Формирование Программы продиктовано необходимостью усиления комплексных мер по недопущению аварийных ситуаций на гидротехнических сооружениях, в особенности высоконапорных гидроэлектростанций (ГЭС), турбинных водоводов ГЭС и ГАЭС. Программа также включает в себя внесение изменений в нормативные документы.

В настоящее время проектирование гидроагрегатных блоков и их водопроводящих трактов регламентируется нормативно-методическими документами, разработанными, в основном, в 70 - 80-х годах ХХ-го века. При этом, действующая нормативная база, обеспечивая в целом достаточно высокий технический уровень проектных решений, не в полной мере соответствуют потребностям современной практики проектирования и эксплуатации таких уникальных конструкций. Анализ аварийных ситуаций на высоконапорных гидроузлах показывает, что в настоящее время сложилась ситуация, когда методологические резервы и возможности традиционных расчетных подходов во многом исчерпаны. Вместе с тем, компьютерные технологии позволяют сегодня оперативно решать многовариантные задачи численного анализа пространственных конструкций гидроагрегатных блоков с учетом факторов, ранее не рассматривавшихся, либо учитываемых упрощенно и/или несовместно.

Существующие расчетные методики, как правило, основаны на раздельном анализе работы элементов объекта, при этом, не предусмотрена адаптация расчетной математической модели к реальным условиям эксплуатации действующих сооружений. Подобный фрагментарный подход не отражает действительной работы объекта, не учитывает в необходимой мере потенциальных отклонений от проектных решений, в итоге затрудняя поиск реальных значений пространственного напряженно-деформированного состояния, не дает возможности моделирования аварийной ситуации на гидроагрегатном блоке, оценить остаточный ресурс прочности конструкций.

В связи с этим на практике остается открытой проблема адекватного сопоставления сложных пространственных математических моделей гидроагрегатных блоков к их фактическим условиям работы и изменяющемуся в процессе эксплуатации состоянию физических характеристик и нагрузок на сооружении. Как следствие, имеет место снижение надежности гидроузла в целом.

Учитывая значительные фактические сроки службы, актуальным является определение остаточного ресурса прочности конструкций, механического и гидротурбинного оборудования, в целях решения практических задач модернизации эксплуатируемых объектов. Вместе с тем, в настоящее время нет единого нормативного и методологического подхода к решению этой проблемы. Например, в действующих нормативных документах отсутствует положение по оценке работоспособности гидроагрегатных блоков при экстремальных воздействиях. Наиболее остро эта проблема касается высоконапорных гидроагрегатных блоков, работающих в зоне сейсмической активности.

Перечисленные проблемы являются существенными препятствиями на пути повышения безопасности гидроэлектростанций в целом.

Цель работы: Разработка алгоритмов численного обоснования надежности гидроагрегатных блоков высоконапорных гидроэлектростанций.

Задачи работы:

1. анализ существующих методов математического моделирования гидроагрегатных блоков высоконапорных ГЭС;

2. количественная и качественная оценка параметров и напряженно-деформированного состояния (НДС) водопроводящих трактов;

3. уточнение критериев прочности металлоконструкций водопроводящих трактов, находящихся длительное время в эксплуатации;

4. обоснование статической и динамической прочности гидроагрегатных блоков, с учетом работы оборудования;

5. проверка соответствия (верификации) пространственной математической модели гидроагрегатного блока к реальному объекту.

Методы исследования: Исследования гидроагрегатных блоков выполнены методом конечных элементов (МКЭ) с помощью универсального программного комплекса SolidWORKS Simulation, {COSMOS/M).

Научную новизну работы составляют:

1. разработка алгоритмов обоснования прочностной надежности гидроагрегатных блоков высоконапорных ГЭС на основе пространственного численного моделирования.

2. методика численного пространственного многослойного моделирования несущих элементов высоконапорных водопроводящих трактов;

3. численное обоснование конструктивных и прочностных параметров гидроагрегатных блоков при нормальных и нештатных условиях эксплуатации;

4. ранжирование основных и особых сочетаний нагрузок в напряженно-деформированное состояние элементов водопроводящего тракта;

5. разработка методов диагностики прочностной надежности гидроагрегатных блоков высоконапорных ГЭС.

Достоверность проведенных исследований обеспечивается:

1. результатами сопоставления расчетных значений с данными натурных исследований;

2. качественным и количественным согласием в области возможного сравнения с результатами решения задач по существующим методам расчета;

3. соответствием полученных результатов общей концепции работы сооружения.

Практическое значение работы заключается в разработке методик пространственного численного моделирования гидроагрегатных блоков высоконапорных ГЭС с целью повышения их надежности.

Положения, выносимые на защиту:

1. алгоритм обоснования прочностной надежности гидроагрегатных блоков высоконапорных ГЭС на основе пространственного численного моделирования.

2. методика численного пространственного многослойного моделирования несущих элементов высоконапорных водопроводящих трактов;

3. обоснование конструктивных и прочностных параметров элементов водопроводящих трактов гидроагрегатных блоков;

4. ранжирование основных и особых сочетаний нагрузок в напряженно-деформированное состояние гидроагрегатных блоков при нормальных и нештатных условиях эксплуатации.

Внедрение результатов. Результаты расчетных исследований использованы при проектировании новых и реконструкции эксплуатирующихся гидротехнических сооружений: Саяно-Шушенской ГЭС; Ирганайского гидроузла; Усть-Илимской ГЭС; Зарамагской ГЭС, Гоцатлинской ГЭС, Мамаканской ГЭС, Нижне-Бурейской ГЭС, Усть-Среднеканской ГЭС, Вилюйской ГЭС, Зейской ГЭС, Канкунской ГЭС, Ленинградской ГАЭС и других станций. (ОАО «Ленгидропроект» г. Санкт-Петербург). Кроме того на основании представленных алгоритмов решения задач прочностной надежности реализовано следующее:

1. Проект восстановления СШГЭС, выполнение расчетных обоснований по договору № 2717 между ОАО «РусГидро» и ОАО «Ленгидропроект». Выполнение расчетов по тематике НИР с СШГЭС им. П.С. Непорожнего.

2. НИР по проекту и выбору вариантов плотины Канкунской ГЭС. Премия РусГидро за лучшую научно-исследовательскую работу в области гидроэнергетики за 2011г.

3. НИР по проекту Ленинградской ГАЭС. «Методика пространственного моделирования здания ГАЭС и турбинных водоводов».

4. НИР по проекту Зарамагской ГЭС-1 «Обоснование надежности высоконапорных турбинных водоводов».

5. Патент на полезную модель № 118323 «Бетонная гравитационная плотина для суровых климатических условий», 2011г.

6. Патент на полезную модель № 121272 «Бетонная гравитационная плотина для суровых климатических условий», 2012г.

7. Результаты исследований одобрены НТС ОАО «Ленгидропроект», РусГидро, Мосгидропроект, кафедры ВИЭГ и ГТС ИСФ СПбГПУ.

8. Результаты работы используются в ОАО «Ленгидропроект» при проектировании новых и модернизации действующих гидроагрегатных блоков и турбинных водоводов.

Личное участие автора состоит в постановке задач, разработке и внедрении расчетных методик и практических рекомендаций по расчету гидроагрегатных блоков, выполнении расчетных исследований и руководстве работами по оценке надежности объектов.

Апробация полученных результатов.

Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на Всероссийских межвузовских научно-технических конференциях «Неделя Науки СПбГПУ», Санкт-Петербург, (2004,2005,2006 гг.), на Научно-технической конференции, посвященной 100-летию со дня рождения Н.Я. Панарина (СПбГАСУ, Санкт-Петербург, 2005г.), на Международной конференции REMAS 2008 (СПбГПУ, Санкт-Петербург 2008), на 6 и 7 Научно-технических конференциях «Гидроэнергетика. Новые разработки и технологии» 2011, 2012г.г., на международной конференции по Гидротехнике в МГУП (Москва, 2011гг), на заседаниях кафедр ГТС, ВИЭГ СПбГПУ, 2006-2011 гг. Материалы диссертации опубликованы в 19 печатных работах, в том числе 10 из списка изданий, рекомендованных ВАК.

Структура и объем диссертации

Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения и списка литературы в 142 наименования. Объем диссертации 265 страниц основного текста, в том числе, 114 рисунков, 38 таблиц.

8. Результаты работы одобрены НТС ОАО "Ленгидропроект", РусГидро, Мосгидропроект, СПгПУ;

9. Все представленные алгоритмы и методики расчета использованы для обоснования проектных решений, прочности и безопасности проектируемых, строящихся и действующих гидротехнических сооружений. (Ирганайская ГЭС, Зарамагская ГЭС Гоцатлинская ГЭС, Саяно-Шушенская ГЭС, Мамаканская ГЭС, Усть-Среднеканская ГЭС, Ленинградская ГАЭС, Канкунская ГЭС и др.)

Заключение

В заключении следует отметить достигнутую основную цель представленной работы: Оценку надежности гидроагрегатных блоков высоконапорных ГЭС с учетом экстремальных воздействий. Прочностная надежность исследуемых сооружений определена из условий их эксплуатации с учетом сейсмических и различных динамических влияний.

В работе, состоящей из 5 глав, выполнено следующее:

1. Анализ методов расчетного обоснования гидроагрегатных блоков высоконапорных ГЭС и их водопроводящих трактов.

2. Классификация водопроводящих трактов высоконапорных гидроэлектростанций, с выделением наиболее ответственных составляющих -турбинных водоводов и спиральных камер.

3. Анализ техногенных аварий, произошедших на высоконапорных ГЭС.

4. Постановка задачи и алгоритм расчетного обоснования прочностной надежности гидроагрегатных блоков.

5. Пространственное моделирование турбинных водоводов и блоков спиральных камер зданий ГЭС.

6. Алгоритм статического и динамического анализа гидроагрегатных блоков с учетом совместной работы всех составляющих элементов, оборудования и многофакторности.

7. Постановка задачи пространственного моделирования объекта исследования - гидроагрегатного блока.

В рамках пространственных численных моделей гидроагрегатных блоков высоконапорных ГЭС реализовано следующее:

1. Определена сущность метода моделирования объекта, базирующаяся на принципе его аналогии (верификации).

2. Обоснована необходимость адаптации математической расчетной модели к фактическим условиям работы сооружения, с учетом периода эксплуатации, с заданием изменившихся физических характеристик материала, непроектных нагрузок и новых факторов в виде сочетаний объемных, поверхностных, линейных, динамических нагрузок, сил, температур, и граничных условий.

3. Выполнено разделение задачи математического моделирования системы на несколько этапов. Представлен постоянный кругооборот физической системы и математической модели при ведении мониторинга состояния сооружения. Определены основные шаги использованной верификации физической системы и математической расчетной модели сооружения. Представлено математическое описание реализации поставленных задач.

4. Разработана методика численного пространственного многослойного моделирования высоконапорных водопроводящих трактов с учетом нелинейных факторов. Предложен перечень типов элементов и граничных условий для моделирования многослойных пространственных систем.

5. Выполнено сравнение новой методики с методами расчета водопроводящих трактов по действующим нормам проектирования.

6. На основании результатов расчетов высоконапорных водоводов Ирганайской ГЭС, Саяно-Шушенской ГЭС, Зарамагской ГЭС-1 по трем различным методикам сделано обоснование оптимальной схемы армирования с определением напряжений и параметров арматуры и стальной оболочки.

7. Проведен анализ эффективности расчетных сечений арматуры, полученных по методике многослойного моделирования.

8. Разработана методика исследования фактора коррозии на прочность и устойчивость стальных конструкций.

9. Алгоритм решения нелинейной задачи реализован на примерах работающих, коррозионно-изношенных металлоконструкций водопроводящих трактов.

10. Для статистических исследований по анализу параметра устойчивости выполнены расчеты 35 металлоконструкций водопроводящих трактов. Использованы данные натурных исследований за сооружением, в частности для металлических конструкций затворов определены толщины коррозионноизношенных деталей. Установлен диапазон значений коэффициента устойчивости формы для пространственных металлоконструкций.

11. Выполнены расчетные исследования прочностной надежности гидроагрегатных блоков в фактических условиях эксплуатации.

12. Разработан алгоритм математического моделирования гидроагрегатных блоков.

13. Анализ состояния физического объекта представлен при верификации его математической модели на примере гидроагрегатного блока Саяно-Шушенской ГЭС, при учете факторов нормальной эксплуатации, в сопоставлении с данными натурных измерений.

14. В математической модели учтены особенности деформирования материала при условии образования и наличия трещин.

15. Выполнено объемное многослойное моделирование водоводов и спиральных камер с учетом их работы как комплексного материала. Учтено наличие в модели всех слоев арматуры. Реализованы условия трещинообразования железобетонной оболочки при пошаговом понижении модуля упругости в ходе решения нелинейной задачи методом Ньютона-Рафсона.

16. Заданы все граничные условия при нормальном режиме эксплуатации гидроагрегатного блока.

17. Выполнен нелинейный статический расчет гидроагрегатного блока. Получено перераспределение напряжений между слоями элементов и снижение модуля упругости в объемном бетоне, при этом определены напряжения в элементах металлической оболочки и арматуры. Для анализа прочностной надежности использован метод предельных состояний.

18. Реализован сопоставительный анализ результатов расчетов с данными натурных исследований и модельных испытаний для турбинных водоводов, анкерной опоры водовода, спиральной камеры.

19. Сделаны выводы о запасах прочности несущих элементов гидроагрегатного блока.

20. Выполнен анализ прочностной надежности гидроагрегатных блоков в экстремальных условиях эксплуатации.

21. Анализ представлен на примере гидроагрегатного блока Саяно-Шушенской ГЭС.

22. Реализован учет ряда новых факторов экстремальной эксплуатации, а именно:

• Сил при аварийном торможении агрегата и замыкании полюсов генератора;

• Замены гидротурбинного оборудования;

• Повышения давления в спиральной камере при закрытии лопаток направляющего аппарата;

• Сейсмического воздействие;

• Дисбалансов оборудования.

23. Выполнено пространственное математическое моделирование, включающее учет аварийных факторов.

24. Определено ранжирование каждой нагрузки в напряженное состояние элементов сооружения.

25. Сделаны выводы о прочностной надежности гидроагрегатного блока в экстремальных условиях эксплуатации,

26. Произведен анализ возможной аварийной ситуации и рекомендации по ее недопущению.

В обобщении полученных результатов проделанной работы определены следующие основные положения:

1. Построены пространственные мобильные математические модели, идентичные фактическим сооружениям;

2. Разработана методика многослойного моделирования всех несущих элементов водопроводящего тракта;

3. Определен оптимальный диапазон коэффициентов запаса устойчивости металлических гидротехнических конструкций;

4. Выполнен учет фактора коррозии для расчета прочности коррозионно-изношенных стальных конструкций;

5. Предложен алгоритм статического и динамического анализа прочности гидроагрегатных блоков, с учетом совместной работы элементов оборудования, с возможностью имитации нештатных ситуаций;

6. На примере здания СШГЭС выполнено ранжирование нагрузок и количественная оценка НДС при нагрузках различных сочетаний;

7. Предложено дополнить нормативные документы в части обоснования прочности гидроагрегатных блоков и их водопроводящих трактов;

1. Абрамов H.H., Беркун В.Б., Кучеренко В.В., Перекальский В.М. Эффективные итерационные алгоритмы решения тепловых задач: Учебное пособие М.: МИСИ, 1987. 67 с.

2. Алгоритм и программа для определения перемещений и напряжений в агрегатных блоках зданий ГЭС. 1979, т.2, Архив ОАО «Ленгидропроект», Инв. №9497 пк т2.

3. Аугустин Я., Шледзевский Е. Аварии стальных конструкций// Сб. статей ЦНИИСК.-М.: Стройиздат,1973.54-85с.

4. Арефьев Н.В., Мансуров Ш.Н. Оценка гидродинамических нагрузок на железобетонную облицовку сложных водопроводящих сооружений ГЭС. Известия ВНИИГ им. Б.Е.Веденеева, т. 241. СПб., 2005. - с. 185-191.

5. Балан Т. А. Вариант критерия прочности структурно-неоднородных материалов при сложнонапряжённом состоянии // Проблемы прочности. — Киев. -1982.-№2. С. 21-26.

6. Балдин В.А., Голденблат И.И., Коченов В.М. и др. Расчет строительных конструкций по предельным состояниям. Под ред. В.М. Келдыша. Госстройиздат, 1951. 320с.

7. Басов К.А. ANSYS в примерах и задачах. М.: КомпьютерПресс, 2002. 224 с.

8. Безухов Н.И. Основы теории упругости, пластичности и ползучести. Изд-во "Высшая школа", 1961. 265с.

9. Белостоцкий А.М., Белый М.В. Численное решение трехмерных задач об одностороннем контакте с трением для упругих систем.-Сб. научных трудов МГСУ, М., 1998, с.15-34.

10. Беляев Н.М. Сопротивление материалов. М.: "Наука", 1976, 650с.

11. Берг О. Я. Физические основы теории прочности бетона и железобетона. М.: Стройиздат. 1960. - 112 с.

12. Берг О. Я., Щербаков Е. Н. К учёту нелинейной связи напряжений и деформаций ползучести бетона в инженерных расчётах // Изв. вузов. 1973, №12 -С. 14-21.

13. Бердичевский B.JI. Вариационные принципы механики сплошной среды. М.: Наука, 1982, 448 с.

14. Бирбраер А.Н., Шульман С.Г. Оценка сейсмостойкости сооружений и оборудования АЭС в рамках нормативной методики // Энергетическое строительство. 1987.№ 1 .с. 19-22.

15. Бирбраер А.Н. Расчет конструкций на сейсмостойкость. Санкт-Петербург: Наука, 1998, 249 с.

16. Болотин В.В. Неконсервативные задачи теории упругости. Физматгиз, 1959. 348 с.

17. Боровков А.Н. Программный комплекс конечно-элементного анализа FEA // Аннотированный каталог учебных программных средств. Вып.З. СПб: СПбГТУ, 1995. с. 100-102.

18. Бубнов И.Г. Строительная механика корабля, т.1. Петербург, 1912.448с.

19. Бурышкин M.JL, Гордеев В.Н. Эффективные методы и программы расчета на ЭВМ симметричных конструкций. Киев: Будивельник, 1984.120 с.

20. Бутенин Н.В., Лунц Я.Л., Меркин Д.Р. Аналитическая механика. М.: Наука, 1984. 452с.

21. Вазидзу К. Вариационные методы в теории упругости и пластичности. М.: Мир, 1987. 542 с.

22. Васильев Ю.С., Кубышкин Л.И. Компьютерные технологии проектирования гидроэнергетических объектов//Энергетика, гидротехника. Сб. научных трудов. Труды СПбГТУ №475. Изд-во СПбГТУ, 1998, с.30-42.

23. Галеркин Б.Г. К расчету безраскосых ферм и жестких рам. Собр.соч., т.1, АН СССР, 1952. 592с.

24. Галкин Д.С., Галкина Н.С., Гусак Ю.В. Многоцелевая автоматизированная расчетная система МАРС. Сб.: Комплексы программ математической физики. Новосибирск, 1984.109с.

25. Галлагер Р. Метод конечных элементов. Основы. М.: Мир, 1984. 428 с.

26. Гвоздев А. А. Расчёт несущей способности конструкций по методу предельного равновесия. -М.: Госстройиздат, 1949.-280 с.

27. Гвоздев A.A., Карпенко Н.И. Работа железобетона с трещинами при плоском напряженном состоянии // Строительная механика и расчет сооружений. 1965.-№2.-С. 20-23.

28. Гидроэнергетические установки: Учеб. для вузов / Д.С. Щавелев, Ю.С. Васильев, М.П. Федоров и др.; Под ред. Д.С. Щавелева. 2-е изд., перераб. и доп. Л.: Энергоиздат, 1981. 392 с.

29. Гольденблат И.И. Копнов В.А. Критерии прочности и пластичности конструкционных материалов. "Машиностроение", 1968.120с.

30. Городецкий A.C., Здоренко B.C. Расчет железобетонных балок-стенок с учетом образования трещин методом конечных элементов // Сопротивление материалов и теория сооружений. -Киев: Будивельник, 1975. Вып. 57. - С. 59 -66.

31. Городецкий A.C., Здоренко B.C. Типовая проектирующая подсистема ЛИРА для автоматизированного проектирования несущих строительных конструкций. Сб.: Системы автоматизированного проектирования объектов строительства. Вып.1, 1982.

32. Деркач Н.И, Залькиндсон Е.И. и др. Развитие механического оборудования речных гидротехнических сооружений.-М.: "Энергия", 1980.168с.

33. Дудченко JI. H. Анализ факторов, вызывающих техногенные сотрясения гидротехнических сооружений и основного оборудования. // Известия ВНИИГ им. Б. Е. Веденеева. 1999. - Т. 234. - С. 109-116.

34. Дудченко JI. Н., Масликов В. И.Экспертная оценка техногенных сотрясений на ГЭС. // Известия ВНИИГ им. Б. Е. Веденеева. 1999. - Т. 234. - С. 116-119.

35. Елизаров C.B., Бенин A.B., Петров В.А., Тананайко О.Д.; Статические и динамические расчеты транспортных и энергетических сооружений на базе программного комплекса COSMOS/M/Санкт Петербург, 2004.260с.

36. Залькиндсон Е.И., Нефедов Е.Е., М.: Сегментные стальные затворы гидротехнических сооружений, - М.: Госэнергоиздат, 1958.

37. Затвор сегментный 15,00-10,30-8,92» Усть-Илимской ГЭС, заказ 48ЛЭ1, СПКТБ «Ленгидросталь», Ленинград 1974г.

38. Зенкевич О., Морган К. Конечные элементы и аппроксимация. М.: Мир, 1986.318 с.

39. Зенкевич О. Метод конечных элементов в технике. М.: Мир, 1975. 536с.

40. Ирганайский гидроузел на р. Аварское Койсу. Водосброс. Затвор основной. Затвор сегментный 18,0-15,0-14,5., С-Петербург СПКТБ "Ленгидросталь", 2004.

41. Ирганайская ГЭС на р. Аварское Койсу. Эксплуатационный водосброс. Механическое оборудование, 51 ИЗТ., СПКТБ "Ленгидросталь", 1990.

42. Использование водной энергии под ред. Васильева Ю.С. М.: Энергоатомиздат, СПб, 1995,.607 с

43. Исследование влияния динамических воздействий на прочность агрегатного блока, 1885-36-22т, ОАО «Ленгидропроект», 2010г.

44. Карпенко Н.И. Общие модели механики железобетона. М.: Стройиздат, 1996.-416 с.

45. Козинец Г.Л. Оценка прочности и долговечности коррозионно-изношенных металлоконструкций гидротехнических затворов.- Гидротехническое строительство. 2007. №1, С. 31-39.

46. Козинец Г.Л. Оптимизация конструкций ригелей переменного профиля гидротехнических затворов.- Гидротехническое строительство. 2007. №3, С. 42-46.

47. Козинец Г.Л., Лисичкин С.Е., Богаченко C.B., Ивонтьев A.B. Численное моделирование сталежелезобетонных гидротехнических сооружений «Строительная механика инженерных конструкций и сооружений», № 4, 2011 г., -С. 50-56.

48. Козинец Г.Л., Потехин Л.П. Расчетное обоснование прочности и работоспособности сталежелезобетонной спиральной камеры здания Саяно-Шушенской ГЭС.- Гидротехническое строительство. 2011. №7, С. 36-42.

49. Козинец Г.Л., Определение динамических характеристик сооружений, контактирующих с водой на примере арочной плотины Саяно-Шушенской ГЭС, Инженерно-строительный журнал. 2011. №5 (23). С.43-48. http://www.engstroy.spb.ru/index 2011 05/kozinets.html.

50. Козинец Г.Л. Белов В.В. Анализ напряженно-деформируемого состояния и оптимизация конструкций ригелей плоских гидротехнических затворов. СПбГАСУ, Научно-техническое общество строителей Санкт-Петербурга и Ленинградской области. С-Пб. 2005. - С. 89-95.

51. Козинец Г.Л., Алгоритм расчета сталежелезобетонных водоводов, Инженерно-строительный журнал. 2011. №6 (24). С.41-49. http://www.engstrov.spb.ru/index 2011 06/kozinets.html.

52. Лисичкин С. Е., Козинец Г.Л., Ивонтьев А. В., Пономарев Д. И., Богаченко С. В., Лисичкин А. С Расчетные исследования напорных водоводов и спиральных камер высоконапорных ГЭС, Известия ВНИИГ. т. 264 С-Пб., 2011. -С.110-118.

53. Козинец Г.Л., Обоснование надежности гидроагрегатных блоков высоконапорных ГЭС // Инженерно-строительный журнал. 2012. №5 (31). С. 3037 http://www.engstroy.spb.ru/index 2012 05/kozinets.html.

54. Козинец Г.Л., Потехин Л.П. Численная оценка прочностной надежности высоконапорных водоводов при гидравлическом ударе, Инженерно-строительный журнал. 2012. № 6 (32). С. 29- 35. http://www.engstroy.spb.ru/index 2012 06/kozinets.html.

55. Клованич С.Ф., Мироненко И.Н. Расчет железобетонных конструкций на основе теории пластичности бетона // 36ipHHK наукових статей «Дороги i мости» Кшв: ДерждорЩЦ - 2006. - вип.6. - С.43-54.

56. Кульмач П.П. Гидродинамика гидротехнических сооружений (Основные плоские задачи). -М.: Изд-во АН СССР. -1963. 190 с.

57. Кулька Г. Металлические затворы плотин. Перевод с немецкого инж. А.Н. Комаровского, Ю.М. Шехтмана, И.В. Федорова, Гостстройиздат, -М.:1934.318с.

58. Лейтес С.Д., Раздольский А.Г. исследование устойчивости внецентренно сжатых упруго-пластических стержней. "Строительная механика и расчет сооружений", 1967 №1.

59. Лисичкин С.Е., Рубин О.Д.,Ивонтьев A.B. Исследование напряженного состояния и прочности турбинного блока со спиральной камерой различной конструкции // Сб. трудов ВНИИГ, 2003.т.241.с206-214.

60. Лолейт А.Ф. Новый проект норм // Доклад на I Всесоюзной конференции по бетону и железобетону 20 25 апреля 1930 г. в Москве / Тр.конф. -М.: 1931.

61. Лурье А.И. Теория упругости. М.: Наука, 1980. 936 с.

62. Лурье А.И. Нелинейная теория упругости. М.: Наука,1980.512 с.

63. Мавлютов P.P. Концентрация напряжений в элементах авиационных конструкций. М.: Наука, 1981.— 141с.

64. Мурашев В.И. Трещиностойкость, жесткость и прочность железобетона. -.М.: Машстройиздат, 1958. 268 с.

65. Натурные испытания турбин Саяно-Шушенской ГЭС со штатными рабочими колесами, ЛМЗ, Ленинград 1988 г.

66. Научно-технический отчет (по договору № 1-413/СШ-470-А) «Обследование строительных конструкций Саяно-Шушенской ГЭС. Этап 5. Обследование турбинного водовода ГА-6 (внутренняя часть)». ОАО «ВНИИГ им. Б.Е.Веденеева». С.-Петербург, 2009 г 70.

67. Нудельман Я. Л. Методы определения Собственных частот и критических сил для стержневых систем. Гостехтеориздат, 1949. 272 с.

68. ОАО «Силовые машины». Установка гидротурбинная PO 230-В-677 для филиала ОАО «РусГидро» «Саяно-Шушенская ГЭС им. П.С.Непорожнего». №22999404ПЗ. С.-Петербург.20Ю г.

69. Оценка прочности и эксплуатационной надежности сталежелезобетонных турбинных водоводов, Восстановление СШГЭС. Архив ОАО «Ленгидропроект» №1885-36-6т, С.-Петербург. 2009 г.

70. Пановко Я.Г., Губанова И.И. Устойчивость и колебания упругих систем. Современные концепции парадоксы и ошибки. 2-е изд. "Наука", 1967. — 365с.

71. Перельмутер A.B., Сливкер В.И. Расчетные модели сооружений и возможность их анализа.- Киев, Изд-во "Сталь", 2002.-600с.

72. Полонский Г. А. Механическое оборудование и металлические конструкции гидротехнических сооружений и их монтаж. М.: "Энергия", 1967,350с.

73. Полонский Г.А. Глубинные затворы гидротехнических сооружений.-М.: Энергия, 1978, 168 с.

74. Постнов В.А., Хархурим И.Я. Метод конечных элементов в расчетах судовых конструкций. — JL: Судостроение, 1974.- 342 с.

75. Постнов В.А. Проблемы автоматизации метода суперэлементов. Программный комплекс КАСКАД-2. Сб.: Применение численных методов в строительной механике. JI.: Судостроение, 1976.

76. Работнов Ю.Н. Механика деформируемого твердого тела. М.: Наука, 1988,712 с.

77. Работнов Ю.Н. Ползучесть элементов конструкций. М.: Наука, 1966.- 752 с.

78. Рассказов JI.H. и др. Гидротехнические сооружения (в двух частях). -М .: Изд-во Ассоциации строительных вузов, 2008г, ч.1-584с . ч.2- 528 с.

79. Рассказов JI.H. и др. Гидротехнические сооружения речные (в двух частях). - М.: Изд-во Ассоциации строительных вузов, 2011г,-ч.1-584с . ч.2- 528с.

80. Расчет общей прочности и устойчивости агрегатного блока на статические и динамические воздействия по схеме пространственной задачи. 1885-36-15т, ОАО «Ленгидропроект», 2010г.

81. Расчет прочности плиты перекрытия машинного зала на отм.327м и кожуха (бочки генератора) на статические и динамические воздействия с учетом их совместной работы, 1885-36-2т, ОАО «Ленгидропроект»,2009г.

82. Розин Л.А. Задачи теории упругости и численные методы их решения. СПб, Изд-во СПбГТУ, 1998.

83. Розин Л.А. Основы метода конечных элементов в теории упругости. Учебное пособие.-Л., ЛПИ, 1972, 80 с.

84. Розин Л.А. Стержневые системы как системы конечных элементов. Л.: Изд-во ЛГУ, 1976. 232 с.

85. Руководство по определению нагрузок и воздействий на гидротехнические сооружения (волновые, ледовые и от судов) / Под ред. Д.Д. Лаппо и Б.А. Урецкого.-Л.:ВНИИГ имени Б.Е. Веденеева, 1977.65с.

86. Саяно-Шушенская ГЭС на р. Енисей. Береговой водосброс. Входной портал. Затвор основной сегментный 18,0-9,19-15,49., С- Петербург СПКТБ "Ленгидросталь", 2004.

87. Саяно-Шушенская ГЭС на р. Енисей. Береговой водосброс. Входной портал. Затвор аварийно-ремонтный 18,0-9,1-15, 9., С- Петербург СПКТБ "Ленгидросталь", 2004.

88. Самарский A.A. Введение в численные методы.- М.: Наука, 1987. -459с.

89. Свойский Ф.М. Граничные условия для конечных элементов с вращательными степенями свободы. СПб.: ВВМ,2004.83с.

90. Сейсмическое районирование территории СССР. М.: Наука, 1980.

91. Селезнев C.B. Новые конструкции высоконапорных гидротехнических затворов. Москва, "Энергоатомиздат", 1988,175с.

92. Селезнев C.B., Лохматиков Г.П., Поверхностные затворы больших пролетов судопропускных сооружений, шлюзов и доков. С-Петербург, "Энергоатомиздат", 1992, 695с.

93. Скворцова А.Е., Судакова В.Н. Цейтлин Б.В. Расчет сейсмических колебаний конструкций, взаимодействующих с жидкостью.

94. Научно технические проблемы прогнозирования надёжности идолговечности конструкций и методы их решения. Труды 4-й Международной конференции. С.-Петербург: "Нестор", 2001, с. 274 277.1 i и ( Ii1 • л *262

95. СНиП 2.03.01-84 Бетонные и железобетонные конструкции гидротехнических сооружений.

96. СНиП 2.06.01-86. "Гидротехнические сооружения. Основные положения проектирования." М.: Госстрой, 1987.

97. СНиП 2.01.07-85. "Нагрузки и воздействия." М.: Госстрой, 1985

98. СНиП 2.02.02-85 Основания гидротехнических сооружений.

99. СНиП II-23-81 *. "Стальные конструкции", М.:Стройиздат, 1991.

100. СНиП II-7-81*. "Строительство в сейсмических районах", М.: Госстрой России, 2000.

101. Сорокин В.Г., Марочник сталей и сплавов. М.: "Машиностроение", 1989, 640с.

102. Справочник по эксплуатации и ремонту гидротурбинного оборудования. Москва, Энергоиздат, 1985, 367с.

103. Справочник проектировщика промышленных, жилых и общественных зданий и сооружений. Расчетно-теоретический. 1 том. Под ред. A.A. Уманского. Изд. 2-е, перераб. и доп. М., Стройиздат,1972. 600с.

104. Справочник проектировщика промышленных, жилых и общественных зданий и сооружений. Расчетно-теоретический. 2 том. Под ред. A.A. Уманского. Изд. 2-е, перераб. и доп. М., Стройиздат, 1973. 416с.

105. СТО 17330282.27.140.002-2008. Гидротехнические сооружения ГЭС и ГАЭС. Условия создания. Нормы и требования. /РАО «ЕЭС России».

106. СТП 00117794-2-11.95. Механическое оборудование и специальные стальные конструкции гидротехнических сооружений /АО "Трест гидромонтаж"; Взамен СТП 031000-506-83; Введ. 01.01.96. 99с.

107. СТП 031000-507-86. Механическое оборудование гидротехнических сооружений. Обшивка затворов. Указания по расчету / Трест "Гидромонтаж"; Взамен СТП 31000-507-79; Введ.01.05.87. -22с.

108. Стрелецкий Н.С. материалы к курсу стальных конструкций. Вып 2, ч.1. Работа сжатых стоек. Госстройиздат,1959. 510с.

109. Тимошенко С.П., Гудьер Дж. Теория упругости.- М., "Наука", 1975, 576 с.

110. Тимошенко С.П., Янг Д.Х., Уивер У. Колебания в инженерном деле. М.: Машиностроение, 1985. 472 с.

111. Уманский A.A., Вольмир A.C., Коданев А.И. Курс сопротивления материалов, ч. I и II. Академия им. Н.Е. Жуковского, 1953-1954. 602с.

112. Федоров М.П., Львов A.B., Шульман С.Г. Надежность и экологическая безопасность гидроэнергетических установок. СПб.: Изд-во СПбГТУ, 1999. 440 с.

113. Филин А.П. Соколова A.C. Строительная механика корабля, ч.1 "Речной транспорт", 1957, 565с.

114. Фрейшист А.Р., Мартенсон И.В., Розина И.Д., Повышение надежности механического оборудования и стальных конструкций гидротехнических сооружений М.: Энергоатомиздат, 1987. 102с.

115. Хилл Р. Математическая теория пластичности. ГИТТЛ, 1956.206с.

116. Шейнин. И.С. Колебания конструкций гидросооружений в жидкости. (Справочное пособие по динамике гидросооружений), ч. 1. // Л., "Энергия", 1967, 310 с.

117. Шимкович Д.А. Расчет конструкций в MSC/NASTRAN for Windows. ДМК, 2001.448 с.

118. Шульман С.Г. Расчеты сейсмостойкости гидросооружений с учетом влияния водной среды. JL, "Энергия", 1976, С. 336.

119. Шульман С.Г., Василевский А.Г., Штильман В.Б., Методы оценки надежности затворов гидротехнических сооружений (системный анализ). СПб.: Изд-во ОАО "ВНИИГ им. Б.Е.Веденеева", 2010, С.502.

120. Чугаев P.P. Гидравлика. Л.: Энергоиздат, 1982.-672с.

121. Экспериментальное обоснование конструкции сталежелезобетонной спиральной камеры и турбинного блока, 1977, т.1. Архив ОАО «Ленгидропроект», Инв. № 1047-34-211т.

122. Экспериментальное обоснование конструкции сталежелезобетонной спиральной камеры и турбинного блока, 1977, т.2. Архив ОАО «Ленгидропроект», Инв. № 1047-34-212т.

123. Arefiev N., Y.Wasiliev,V.Badenko,G.Osipov «GIS for Monitoring of Hydraulic Structures Impakt on Water Resourse», Symposium IAHR, S.Petersburg, 2002.

124. Barth C., Lutzkanov D. Moderne finite Elemente fur Scheiben und Schalen mit Drehfreiheitsgraden // Bauinformatik. 1995. H. 6. S. 2-5.

125. Westergaardt H.M. Pressures on Dams during Earthquakes // Proc. ASCE. 1931 .Vol.57, No9.P. 1303-1318.

126. Sze K.Y., Chow C.L., Chen W.A. Rational formulation of isoparametric hybrid stress elements for three-dimensional stress analysis//finite elements in analysis and design. 1990. Vol.7.P.61-72.

127. Dahlblom O., Peterson A., Peterson H. CALFEM a program for computer-aided learning of the finite element metod. Eng.Comput., vol.3, N02,1986.

128. DIN 19704-1, DIN 19704-2, DIN19704-03. Stahlwasserbauten- Teil: Berechnungsgrundlagen: 1998-05.

129. Courant R. // Bull. Amer. Math. Soc. 1943. Vol. 49. P. 1-43.

130. Turner M., Clough R., Martin H., Topp L. // J. Aeronaut Sci. 1956. Vol. 23, № 9. P. 805-823.

131. Felippa C., Introduction to Finite Element Methods, University of Colorado Press, 2002.

132. Middleton, J., Jones, M.L., Eds., Computer Methods in Biomechanics and Biomedical Engineering. Gordon & Breach Science Publishers, 1998.

133. Newmark N.M. A Method of Computation for Structural Dynamics// Journ. Engng. Mech. Div., ASCE. 1959. Vol. 85, No EM3. P. 67-94.

134. Niku-Lari A. Structural analysis system, (Sofware-Hardware, Capability -Compability Aplications). Pergamon Press, vol. 1-3, 1986.

135. Pilkey W., Saczalski K., Schaeffer H. Structural Mechanics Computer Programs, Surveys, Assessments, and avialability. Univertsity Press of Virginia, 1974.

136. Zienkiewicz O.C., Taylor Robert L., Taylor R.L., Finite Element Method: Volume 1, The Basis. Butterworth-Heinemann, 2000. 712 p.

137. Zienkiewicz O.C., Taylor Robert L., Taylor R.L., Finite Element Method: Volume 2, Solid Mechanics. Butterworth-Heinemann, 2000. 480 p.