抽水蓄能电站输水隧洞经济洞径优化
发布时间：2022-02-09 10:18
抽水蓄能电站输水隧洞设计的初期阶段,隧洞半径是关键参数之一,其取值大小直接影响电站经济效益。传统引水发电隧洞经济洞径选取常采用经验公式法、工程类比法和费用现值最小法,《水工隧洞设计规范》（DL/T5195-2004）中提出根据经验公式初步拟定洞径数值,其中经济流速根据经验一般取值范围为4～5m/s,再进行动能经济比较选取最优值。但应当注意,抽水蓄能电站比引水式输水隧洞洞身长,上下游高差大,运行工况复杂,且单位时间隧洞流量更大,故单位过水面积条件下流速增加,水头损失变大导致经济效益减小,直接采用原水电站设计规范洞径范围理论依据不足,针对抽水蓄能电站洞径范围需进一步研究。针对现有计算方法中存在的问题,本文结合经济流速法和最小年费用值法,建立洞径费用—效益损失现值模型。研究适用于抽水蓄能电站洞径范围时,先在经济流速法计算洞径结果基础上扩大其范围,比较隧洞施工成本及水头损失引起的经济效益变化,对费用—效益损失现值公式求最优解,总结归纳多个工程案例经济洞径范围,研究结果如下:（1）洞径方案设计具有经验性,本文以经验公式为基础,结合力学、结构、材料等因素进行数理模型研究,建立洞径成本-效益损失现值...
【文章来源】：西安理工大学陕西省
【文章页数】：71 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
技术路线图
西安理工大学硕士学位论文12图3-1洞径影响因素分析图Figure3-1AnalysisofFactorsaffectingTheCaveDiameter单个指标随隧洞洞径变化对总费用影响作用如下：（1）隧洞建设成本本与隧洞洞径变化呈正相关。首先隧洞洞径扩大时，开挖体积和运输工程量变大，且开挖难度加大，导致开挖工程量和单位开挖成本均增大。其次隧洞洞径扩大时，开挖断面面积增加，悬空部位结构稳定性变差，且抗渗性减弱，支护和衬砌强度应随之加强，除衬砌厚度增加外，衬砌材料强度也要进一步加强，必要时需加设钢衬，衬砌成本上升。因此单独考虑衬砌成本与总费用指标时，隧洞洞径越小，总费用越低。（2）水头损失引起的发电经济效益变化与隧洞洞经变化呈负相关。隧洞洞径扩大时，过流量相同条件下，根据流量－流速变化关系可知流速随之降低，而水头损失与流速呈负相关，故洞径增大时水头损失降低，发电经济效益增加。因此单独考虑开挖成本与总费用指标时，隧洞洞径越大，总费用越低。3.2.2建设成本费用模型（1）开挖运输成本费用模型隧洞开挖是输水隧洞第一道施工工序，也是影响施工成本的关键因素。影响开挖成本的因素诸多，包括超挖量，开挖方式的选择，开挖机械，施工人员安排，市场材料单价等等。开挖成本费用现值模型以单项工程为单位，建立项集合xk:xk=(x1、x2、x3、…、xm)（3-8）式中：xk—分项工程开挖费用现值集合；x1、x2、x3、…、xm—开挖费用现值矢量。
西安理工大学硕士学位论文14图3-2衬砌应力分布图Fig.3-2StressDistributionDiagramofLiningunderUniformInternalWaterPressure假设衬砌为无限弹性介质，则其和围岩径向位移一致，应用弹性理论计算弹性抗力p0、内外环向应力σi、σe:(3-13)(3-14)(3-15)式中：t—衬砌外半径与内半径比值；A—无因次弹性特征因素；i、L—衬砌内外环向应力，MPa；p0—围岩的弹性抗力，N/m2。因为t>1，所以i>e。将h=1+hri代入式（3-13），且i=L，可得衬砌厚度公式为：(3-16)式中：hc—衬砌厚度，m；—混凝土结构中的允许抗拉强度，MPa，蕀；RL—混凝土设计抗拉强度，MPa；K—抗拉安全系数。故衬砌成本-费用模型为：f2=C2×V2（3-17）式中：021APPtA22tAiPtA21AePtA12LcLDPhAP
【参考文献】：
期刊论文
[1]引水式水电站压力管道设计探讨[J]. 万文强,杨佳奇,叶永. 水利科技与经济. 2018(12)
[2]镇安抽水蓄能电站水泵水轮机主要参数选择及关键技术研究[J]. 赵妍. 西北水电. 2017(04)
[3]荒沟抽水蓄能电站高压岔管工程地质勘察方法探讨[J]. 刘录君,田作印,郑以宝,季聪,杨宗玲. 资源环境与工程. 2015(05)
[4]梅州抽水蓄能电站枢纽布置与建筑物设计[J]. 杨跃斌,张孝松. 河南水利与南水北调. 2014(22)
[5]Analysis of mechanical behavior of soft rocks and stability control in deep tunnels[J]. Hui Zhou,Chuanqing Zhang,Zhen Li,Dawei Hu,Jing Hou. Journal of Rock Mechanics and Geotechnical Engineering. 2014(03)
[6]呼和浩特抽水蓄能电站枢纽布置[J]. 李振中,杨威. 中国三峡. 2013(12)
[7]溧阳抽水蓄能电站枢纽布置设计[J]. 宁永升,胡育林,胡旺兴,胡林江. 水力发电. 2013(03)
[8]溧阳抽水蓄能电站工程地质特征及主要工程地质问题[J]. 胡梦蛟. 水力发电. 2013(03)
[9]文登抽水蓄能电站施工总布置设计[J]. 庄洪志,吴朝月. 西北水电. 2013(01)
[10]基于非参数回归模型的引水发电隧洞洞径选取[J]. 范承存,周小军,张小春. 水力发电. 2012(03)
硕士论文
[1]基于混合微粒群算法的工程项目多目标优化[D]. 冯艳超.天津大学 2008
本文编号：3616831
【文章来源】：西安理工大学陕西省
【文章页数】：71 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
技术路线图
西安理工大学硕士学位论文12图3-1洞径影响因素分析图Figure3-1AnalysisofFactorsaffectingTheCaveDiameter单个指标随隧洞洞径变化对总费用影响作用如下：（1）隧洞建设成本本与隧洞洞径变化呈正相关。首先隧洞洞径扩大时，开挖体积和运输工程量变大，且开挖难度加大，导致开挖工程量和单位开挖成本均增大。其次隧洞洞径扩大时，开挖断面面积增加，悬空部位结构稳定性变差，且抗渗性减弱，支护和衬砌强度应随之加强，除衬砌厚度增加外，衬砌材料强度也要进一步加强，必要时需加设钢衬，衬砌成本上升。因此单独考虑衬砌成本与总费用指标时，隧洞洞径越小，总费用越低。（2）水头损失引起的发电经济效益变化与隧洞洞经变化呈负相关。隧洞洞径扩大时，过流量相同条件下，根据流量－流速变化关系可知流速随之降低，而水头损失与流速呈负相关，故洞径增大时水头损失降低，发电经济效益增加。因此单独考虑开挖成本与总费用指标时，隧洞洞径越大，总费用越低。3.2.2建设成本费用模型（1）开挖运输成本费用模型隧洞开挖是输水隧洞第一道施工工序，也是影响施工成本的关键因素。影响开挖成本的因素诸多，包括超挖量，开挖方式的选择，开挖机械，施工人员安排，市场材料单价等等。开挖成本费用现值模型以单项工程为单位，建立项集合xk:xk=(x1、x2、x3、…、xm)（3-8）式中：xk—分项工程开挖费用现值集合；x1、x2、x3、…、xm—开挖费用现值矢量。
西安理工大学硕士学位论文14图3-2衬砌应力分布图Fig.3-2StressDistributionDiagramofLiningunderUniformInternalWaterPressure假设衬砌为无限弹性介质，则其和围岩径向位移一致，应用弹性理论计算弹性抗力p0、内外环向应力σi、σe:(3-13)(3-14)(3-15)式中：t—衬砌外半径与内半径比值；A—无因次弹性特征因素；i、L—衬砌内外环向应力，MPa；p0—围岩的弹性抗力，N/m2。因为t>1，所以i>e。将h=1+hri代入式（3-13），且i=L，可得衬砌厚度公式为：(3-16)式中：hc—衬砌厚度，m；—混凝土结构中的允许抗拉强度，MPa，蕀；RL—混凝土设计抗拉强度，MPa；K—抗拉安全系数。故衬砌成本-费用模型为：f2=C2×V2（3-17）式中：021APPtA22tAiPtA21AePtA12LcLDPhAP
【参考文献】：
期刊论文
[1]引水式水电站压力管道设计探讨[J]. 万文强,杨佳奇,叶永. 水利科技与经济. 2018(12)
[2]镇安抽水蓄能电站水泵水轮机主要参数选择及关键技术研究[J]. 赵妍. 西北水电. 2017(04)
[3]荒沟抽水蓄能电站高压岔管工程地质勘察方法探讨[J]. 刘录君,田作印,郑以宝,季聪,杨宗玲. 资源环境与工程. 2015(05)
[4]梅州抽水蓄能电站枢纽布置与建筑物设计[J]. 杨跃斌,张孝松. 河南水利与南水北调. 2014(22)
[5]Analysis of mechanical behavior of soft rocks and stability control in deep tunnels[J]. Hui Zhou,Chuanqing Zhang,Zhen Li,Dawei Hu,Jing Hou. Journal of Rock Mechanics and Geotechnical Engineering. 2014(03)
[6]呼和浩特抽水蓄能电站枢纽布置[J]. 李振中,杨威. 中国三峡. 2013(12)
[7]溧阳抽水蓄能电站枢纽布置设计[J]. 宁永升,胡育林,胡旺兴,胡林江. 水力发电. 2013(03)
[8]溧阳抽水蓄能电站工程地质特征及主要工程地质问题[J]. 胡梦蛟. 水力发电. 2013(03)
[9]文登抽水蓄能电站施工总布置设计[J]. 庄洪志,吴朝月. 西北水电. 2013(01)
[10]基于非参数回归模型的引水发电隧洞洞径选取[J]. 范承存,周小军,张小春. 水力发电. 2012(03)
硕士论文
[1]基于混合微粒群算法的工程项目多目标优化[D]. 冯艳超.天津大学 2008
本文编号：3616831
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