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世界最薄、智能化管理……這一大國重器滿滿都是中國智慧
自然邊坡高陡,意味著淺表層山體和坡面隨時有滾石坍塌的風險,壩址區巖石包括灰巖、白云巖、大理巖等多種類型,為確保設計施工安全和壩體結構穩定,大壩建設者在創新中尋找答案,完成部分關鍵節點。
2015年,烏東德水電站是金沙江下游水電規劃四個梯級電站中的第,從向家壩、溪洛渡,到白鶴灘、烏東德,溯江而上,河谷越來越窄,兩岸山體越來越高,地質構造更為復雜。
在烏東德建設部技術部副主任劉科看來,這一方案實現了一舉多得,在縮短直線工期的同時,方便大壩澆筑和施工質量控制,同時還簡化了壩體結構,改善壩體受力條件,以水電工程機器視覺智能建造項目為例。
通過在水電工程建設施工中引進非接觸式紅外熱成像測溫,相關技術人員研發了將混凝土施工中的可見光與紅外鏡頭,構建混凝土表面溫度與出機口溫度、澆筑溫度相關模型,可以對大壩混凝土出機口溫度、澆筑溫度、表面溫度進行,并具備超溫預警預報功能,目前,烏東德水電站5條導流洞均已下閘并完成封堵施工,水庫正在穩步蓄水。
又一高峽平湖呼之欲出,5月26日,烏東德水電站首批機組啟動試運行,按計劃,今年7月將實現首批機組發電投產,“靜力設計、動力調整”。
是指按靜力條件初選體形,再根據動力條件優選體形,提高拱壩抗震安全度,翁永紅介紹,實踐證明,通過動力調整體形,烏東德水電站大壩建設混凝土量僅增加3.1%。
在不同工況條件下,大壩最大應力降低32%,為了實現對大壩狀況的實時感知,大壩建設者將目光轉向了智能技術應用,在溪洛渡水電站建設中,技術人員進行了300米級特高拱壩智能化建設關鍵技術,開發了智能拱壩建設與運行信息化平臺(iDam)。
有效支撐現場生產管理,2016年,力求壩身“完美無縫”,而在烏東德水電站,經過長江設計院和三峽集團等多家單位的技術創新和聯合,改變了這一常態,創造性地采用了將導流隧洞改建成弧門控制的泄水孔技術,科技日報記者 唐婷。
2015年12月16日,國務院常務會議決定對金沙江烏東德水電站項目予以核準,不僅是目前世界最薄的300米級特高拱壩,烏東德水電站大壩也是世界首座全壩應用低熱水泥混凝土,追求設計創新的同時,建設施工過程中,在應用新材料、新技術上,烏東德水電站也走在了前面。
如果說溪洛渡水電站開啟了大型水電智能化的1.0時代,正在建設中的烏東德水電站則更進一步向水電智能化2.,據介紹,烏東德水電站探索建設的iDam2.0系統,借助大數據、物聯網、云計算等技術,建立共享、協同、交互的智能大壩業務管理平臺。
可實時感知基礎數據,并進行真實分析,最終實現智能溫控、智能灌漿、智能噴霧等,可不要小瞧這罐混凝土,它里面所使用的水泥是低熱水泥。
不同于普通水泥或者中熱水泥,低熱水泥發熱量低,能顯著降低混凝土最高溫度,減少混凝土溫度應力,有助于防止大壩溫度裂縫發生,精準勘察是科學設計的前提,早在勘察之初,長江設計院的技術人員采用遙感測繪、無人機勘察、三維。
詳細了解每一座山體、每一處巖石的情況,力求將地質勘察結果精確到米級,“5月26日,烏東德水電站首批機組啟動試運行,這是繼大壩主體工程全線澆筑到頂后,烏東德水電站建設中的又一個重要進展,這也意味著離計劃中今年7月首批機組發電的目標更近了,”三峽集團烏東德工程建設部(以下簡稱烏東德建設部)。
烏東德水電站大壩是目前世界上最薄的300米級特高拱,也是世界首座全壩應用低熱水泥混凝土的特高拱壩,近90度巖壁直插江底、近1800米兩岸邊坡高度、壩,“不同于三峽、向家壩等,自然邊坡高且陡峭、地質構造復雜、層狀地層巖性變化大,是烏東德水電站設計施工中面臨的突出難點。
”烏東德水電站勘察設計項目總工程師翁永紅介紹,2019年12月,烏東德水電站左、右岸地下電站先后實現首臺85萬千瓦,轉子順利吊裝,標志著左、右岸機組安裝全面步入總裝階段,機組步入總裝階段。
2019年,位于云南祿勸縣和四川會東縣交界的金沙江干流上的烏東,是繼三峽工程、溪洛渡水電站之后建設的又一座千萬千瓦,“低熱水泥也被稱為大壩‘退燒藥’,早在三峽工程建設期間,三峽集團就開始了低熱水泥研究,通過不斷試驗和改進,首次在烏東德水電站大壩上實現全壩應用。
是世界大壩建造史上的一項創舉,”楊宗立表示,不僅有著“纖細”的身型,烏東德水電站大壩還首次采用了不設導流底孔的創新設計,壩體內設置導流底孔來疏導江水,是大壩建設中的傳統方式。
像二灘、溪洛渡、小灣等水電站的大壩壩身均設有導流底,烏東德水電站大事記,大壩擁有“更強大腦”,彈指一揮間,包括楊宗立在內的工程建設者們不畏艱險、勇于創新,見證了烏東德水電站建設中的一個個高光時刻,2015年12月24日。
三峽集團在烏東德水電站工程現場召開建設動員會,標志著烏東德主體工程全面開工建設,至此,歷經10多年科研、勘測、設計和籌建,烏東德水電站項目全面進入主體工程建設期,2016年7月。
隨著上游圍堰填筑至設計高程873米,烏東德水電站大壩圍堰工程施工全面完成,順利實現圍堰擋水目標,滿足防洪度汛要求,為大壩后續基坑開挖與混凝土施工創造了良好的條件,和以三峽大壩為代表的重力壩相比,拱壩特別是高拱壩的結構、受力情況更為復雜。
整個施工過程中,壩體的受力狀況、自身應力都在不斷調整,因此,特高拱壩也被認為是水工界最復雜的建筑物,主體工程全面開工,2020年5月4日,烏東德水電站7號壩段最后一倉混凝土澆筑完成,大壩主體工程全線澆筑到頂。
全線澆筑到頂后,大壩進入到表孔金屬結構安裝、表孔大梁施工等尾工階段,2016年12月,大壩基坑開挖至設計高程718米,建基面質量完全滿足設計要求,壩基開挖工作如期順利完成,是大壩建設中的關鍵節點,拱壩混凝土在澆筑硬化過程中產生大量的熱量。
由于混凝土體積較大,使得內外熱脹冷縮的程度不同,容易形成溫度裂縫,如何確保混凝土澆筑后的溫度控制在設計要求內,以防止裂縫產生。
一直是特高拱壩建設面臨的世界級難題,想要破題,材料是關鍵之一,2017年3月16日,隨著第一罐青灰色混凝土從纜機吊罐傾瀉而出,落在了8號壩段第一個倉面。
烏東德水電站大壩工程由基礎開挖全面轉入主體混凝土澆,烏東德水電站裝機總容量1020萬千瓦,工程動態總投資約1000億元,電站建成后,多年平均發電量389.1億千瓦時,平均每年可減少標煤消耗量超過1220萬噸,減少二氧化碳排放量超過3050萬噸,烏東德水電站大壩為混凝土雙曲拱壩。
共分15個壩段進行澆筑,混凝土澆筑總量約270萬立方米,“由于地處金沙江干熱河谷,氣候炎熱少雨,晝夜溫差大,施工區大風頻發。
大體積混凝土溫控防裂更是難上加難,”烏東德建設部大壩項目部主任牟榮峰介紹,在盤點烏東德水電站建設過程中的科技創新大事時,中國三峽集團董事長、黨組書記雷鳴山表示:“烏東德水,開展了一系列技術和管理創新,攻克了一項項世界級難題。
在地下工程、壩工技術、裝備制造等方面提升了中國乃至,展示了全球大型水電工程智能建造的‘中國智慧’,”,據介紹,項目設計團隊首次采用“靜力設計、動力調整”的設計新,為烏東德水電站大壩量身打造了“纖細”且“結實”的體,作為一座特高拱壩,烏東德水電站大壩壩頂海拔高程988米。
最大壩高270米,壩頂上游面弧長326.95米,厚高比僅為0.19,是目前世界上最薄的300米級雙曲拱壩,“技術人員通過iDam2.0系統,可隨時了解它的‘頭疼腦熱’,及時進行動態調整。
讓大壩一直處于健康狀態,”烏東德建設部工程師喬雨說,最薄拱壩“身強體健”。
世界最大斷面泄水隧洞開挖完成
雙江口水電站位于四川阿壩州馬爾康市和金川縣境內,項目泄洪系統洞式溢洪道呈城門洞型,最大開挖斷面19.3米寬×27.75米高,面積達516平方米,按照設計規劃。
泄洪系統主隧洞——洞式溢洪道是確保水電站在遇到超標,是保證整個水電站安全的最后一道防線,由于當地地質條件復雜,具有“高海拔、高大壩、高地應力、高流速、高邊坡、高,施工單位采用了中導洞先行、分層分部位開挖的工法。
確保施工安全,中國鐵建大橋局雙江口水電站泄洪系統項目部總工程師介,洞式溢洪道單孔泄洪量最大為每秒4138立方米,流速最高可達到42米每秒,相當于時速140公里的高速公路行車速度,極限泄洪狀態時。
洞室整體承受地過水自重將達88.6萬噸,可以承受百年一遇的洪水,據了解,雙江口水電站是國家西部大開發重點工程,也是“南水北調”西線工程主要取水點之一。
大渡河雙江口水電站建成后,可使大渡河干流每年增加枯期電量66億千瓦時,節約標煤約296萬噸,減少二氧化碳排放718萬噸,并顯著提升下游城鎮防洪能力。
項目預計2024年11月初下閘蓄水,2026年全部機組投運,(總臺記者 溫曉),編輯 孫琳智,中國水電七局雙江口水電站項目部副總經理介紹,雙江口水電站大壩工程高315米,是世界上第一高壩。
相當于110層樓高,總填筑方量4600萬方,換算成立方體可以繞地球1.1圈,據央視新聞消息,8月12日,國家重點工程、大渡河上游控制性水庫——雙江口水電站,這是目前在建的世界最大斷面泄水隧洞。
至此,雙江口水電站泄洪系統四大洞室全部轉序進入高強度抗沖,為水電站按期完工奠定了堅實基礎。
3D打印材料篇(下)
(3)固化速率快,一般成型時以每層厚度0.1~0.2 mm進行逐層固,完成一個零件要固化百至數千層,因此,如果要在較短時問內制造出實體,固化速率是非常重要的。
激光束對一個點進行曝光時問僅為微秒至毫秒的范圍,幾乎相當于所用光引發劑的激發態壽命,低固化速率不僅影響固化效果,同時也直接影響著成型機的工作效率,很難適用于商業生產,(6)固化程度高,可以減少后固化成型模型的收縮,從而減少后固化變形。
可3D打印的鈷鉻鉬合金有多種,它們常表現出高強度、高硬度、耐腐蝕和高溫等性能,鈷經常與鉻、鎢等元素組合來制作重型切割工具或沖模,也與磁性不銹鋼一起用于噴氣機或燃氣輪機零部件,了解更多材料、工藝、表面處理資訊請微信搜索“CMF,2.金屬,3)光敏樹脂材料的組成。
3) 鈦,1)不銹鋼,高分子凝膠具有良好的智能性,海藻酸鈉、纖維素、動植物膠、蛋白胨、聚丙烯酸等高分,在一定的溫度及引發劑、交聯劑的作用下進行聚合后,形成特殊的網狀高分子凝膠制品,如受離子強度、溫度、電場和化學物質變化時。
凝膠的體積也會相應地變化,用于形狀記憶材料,凝膠溶脹或收縮發生體積轉變,用于傳感材料,凝膠網孔的可控性,可用于智能藥物釋放材料,Global Tungsten & Powders。
只銷售已成功打印的粉末,GTP公司研發經理Rick Morgan解釋了其公,它有能力開采鎢礦砂,并進行化學提存,可制備鎢粉和碳化鎢粉,可通過鈷噴霧干燥它,可對其球化處理以適應3D打印工藝。
",光敏樹脂是由聚合物單體與預聚體組成,由于具有良好的液體流動性和瞬間光固化特性,使得液態光敏樹脂成為3D打印耗材用于高精度制品打印,光敏樹脂因具有較快的固化速度,表干性能優異,成型后產品外觀平滑,可呈現透明至半透明磨砂狀。
尤其是光敏樹脂具有低氣味、低刺激性成分,非常適合個人桌面3D打印系統,7) 鈷,采用3D打印技術制造的鈦合金零部件,強度非常高,尺寸精確,能制作的最小尺寸可達1mm,而且其零部件機械性能優于鍛造工藝。
鈦金屬粉末耗材在3D打印汽車、航空航天和國防工業上,科學家利用鎵(Ga)與銦(In)的液態金屬合金通過,這一奇跡的誕生得益于鎵-銦合金在空氣中與氧氣發生反,這一技術在3D打印中被用于連接電子部件,2)高溫合金。
(4)溶脹小,在模型成型過程中,液態樹脂一直覆蓋在已固化的部分工件上面,能夠滲入到固化件內而使已經固化的樹脂發生溶脹,造成零件尺寸發生增大,只有樹脂溶脹小。
才能保證模型的精度,4.陶瓷材料,(3)光引發劑和光敏劑,一、3D打印材料之光敏樹脂、金屬材料及其他材料,3D打印用光敏樹脂和其他行業使用的光敏樹脂基本一樣。
10) 貴金屬,9) 銅,(7)濕態強度高,較高的濕態強度可以保證后固化過程不產生變形、膨脹、,(2)活性稀釋劑,(5)高的光敏感性。
由于SLA所用的是單色光,這就要求感光樹脂與激光的波長必須匹配,即激光的波長盡可能在感光樹脂的最大吸收波長附近,同時感光樹脂的吸收波長范圍應窄,這樣可以保證只在激光照射的點上發生固化,從而提高零件的制作精度。
Inconel 718、Inconel 625、H,這些材料耐高溫、耐氧化、耐腐蝕,在高達1200℃環境下仍表現出高強度,捏脊合金零件的焊接性能優秀,可通過后期熱處理進一步提高強度,這些材料被應用于航空和賽車行業,尤其是有顯著高溫和氧化風險的環境下,比如燃燒室和風扇。
在高溫環境下,盡管Inconel 625比718的耐腐蝕性和穩定,但后者的強度和傳導性是前者的兩倍,三種材料中哈氏合金的焊接性能可能是最好的,3D打印的產品在時尚界的影響力越來越大,世界各地的珠寶設計師受益最大的似乎就是將3D打印快,且可方便替代其他制造方式的創意產業。
在飾品3D打印材料領域,常用的有金、純銀等,活性稀釋劑主要是指含有環氧基團的低分子量環氧化合物,它們可以參加環氧樹脂的固化反應,成為環氧樹脂固化物的交聯網絡結構的一部分,4) 鎂鋁合金。
銅在3D打印行業的應用并不常見,但仍有一些公司在為粉末床熔融工藝開發銅合金粉末,此外,DED工藝可能已將銅用于焊接行業,和銀相比。
銅的美學價值和硬度更高,這種材料可應用于珠寶和工藝品,銅也應用于航空領域,1.光敏樹脂,不銹鋼是最廉價的金屬打印材料。
經3D打印出的高強度不銹鋼制品表面略顯粗糙,且存在麻點,不銹鋼具有各種不同的光面和磨砂面,常被用作珠寶、功能構件和小型雕刻品等的3D打印,2)光敏樹脂特性,陶瓷材料具有高強度、耐高溫和耐腐蝕等優點,具有應用于航空航天和汽車等領域的潛能,同時。
陶瓷材料可以選擇的顏色大量,可打印出形態逼真、色彩豐富的產品,是工藝品、建筑和衛浴產品的理想選擇,(1)光敏預聚體,5) 鎵,8) 鎳,高溫合金因其強度高、化學性質穩定、不易成型加工和傳。
目前已成為航空工業應用的主要3D打印材料,隨著3D 打印技術的長期研究和進一步發展,3D打印制造的飛機零件因其加工的工時和成本優勢已得,(1)黏度低,光固化是根據CAD模型。
樹脂一層層疊加成零件,當完成一層后,由于樹脂表面張力大于固態樹脂表面張力,液態樹脂很難自動覆蓋已固化的固態樹脂的表面.必須借,而且只有待液面流平后才能加工下一層,這就需要樹脂有較低的黏度,以保證其較好的流平性,便于操作。
現在樹脂黏度一般要求在600 cp·s(30℃)以,硅酸鋁陶瓷粉末可用于3D打印陶瓷產品,一般呈粉末狀,通常用于選擇性激光燒結(SLS)打印機,3D打印用的陶瓷粉末是陶瓷粉末和某一種粘結劑粉末所,陶瓷粉末和粘結劑粉末的配比。
會直接影響到陶瓷零部件的性能,粘結劑份量越多,燒結比較容易,但在后續工藝過程中部件收縮比較大,會影響部件的尺寸精度。
粘結劑份量少,則不易燒結成形,光引發劑和光敏劑都是在聚合過程中起促進引發聚合的作,但兩者又有明顯區別,光引發劑在反應過程中起引發劑的作用,本身參與反應,反應過程中有消耗,而光敏劑則是起能量轉移作用。
相當于催化劑的作用,反應過程中無消耗,3.高分子凝膠,1)光敏樹脂簡介,光敏預聚體是指可以進行光固化的低分子量的預聚體。
其分子量通常在1 000~5 000之間,它是材料最終性能的決定因素,鎂鋁合金因其質輕、強度高的優越性能,在制造業的輕量化需求中得到了大量應用,在3D打印技術中。
它也毫不例外地成為各大制造商所中意的備選材料,6) 鎵-銦合金,用于SLA的光固化樹脂和下面介紹的普通的光固化預聚,但由于SLA所用的光源是單色光,不同于普通的紫外光,同時對固化速率又有更高的要求。
因此用于SLA的光固化樹脂一般應具有以下特性,11)難熔金屬,鎵(Ga)主要用作液態金屬合金的3D打印材料,它具有金屬導電性,其黏度類似于水,不同于汞(Hg),鎵既不含毒性,也不會蒸發。
鎵可用于柔性和伸縮性的電子產品,液態金屬在可變形天線的軟伸縮部件、軟存儲設備、超伸,難熔金屬種類比較少,包括鈮、鉬、鉭、鎢、錸,它們以極高的耐熱性能而出名,它們的熔點都超過2000℃,化學反應不活潑,密度大。
硬度高,鉭有高耐腐蝕性、傳導能力非常好,這在電子行業非常有意義,根據洛斯阿拉莫斯國家實驗室研究,這種材料60%用于真空爐零件和電解電容器。
理論上,鉭可以提高核微粒的放射性,純凈鎢的熔點比任何元素都高,高達3422℃,這種金屬密度很高,難以加工,但其穩定性適用于耐磨產品,如刀、鉆頭、磨、鋸子等。
鎢的耐氧化、耐酸堿性能也很好,可用于輻射屏蔽,(2)固化收縮小,液態樹脂分子間的距離是范德華力作用距離,距離約為0.3~0.5 nm,固化后,分子發生了交聯。
形成網狀結構分子間的距離轉化為共價鍵距離,距離約為0.154 nm,顯然固化前后分子間的距離減小,分子間發生一次加聚反應距離就要減小0.125~0.,雖然在化學變化過程中。
C=C轉變為C—C,鍵長略有增加,但對分子間作用距離變化的貢獻是很小的,因此固化后必然出現體積收縮,同時。
固化前后由無序變為較有序,也會出現體積收縮,收縮對成型模型十分不利,會產生內應力,容易引起模型零件變形。
產生翹曲、開裂等,嚴重影響零件的精度,因此開發低收縮的樹脂是目前SLA樹脂面臨的主要問題,ExOne公司為其粘結劑噴射工藝提供可粘結鎢粉,該公司推出該材料來代替鉛制造醫療器械和航空零件,因為鉛的毒性更高,GTP的碳化鎢鈷材料已被ExOne公司成功應用,該公司已開發出脫脂/燒結方案來保證致密度。
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