通過對球閥動水關(guān)閉有限元應(yīng)力分析得出, 球閥球體關(guān)閉約60度時, 球閥承受的應(yīng)力最大。因此球閥進(jìn)行有限元分析時, 不僅要考慮球體全關(guān)閉工況, 還要考慮球體在60度狀態(tài)時的應(yīng)力水平。

1、概述

　　水輪機(jī)是水電站重要機(jī)電設(shè)備之一。為了保證水輪機(jī)安全和可靠運(yùn)行, 水輪機(jī)的入口處均裝設(shè)有進(jìn)水球閥, 進(jìn)水球閥的上游與壓力鋼管連接, 下游與水輪機(jī)進(jìn)水蝸殼連接。水輪機(jī)及發(fā)電機(jī)組檢修時,通過球閥切斷壓力鋼管的水流, 保證檢修的安全。

　　水輪機(jī)及發(fā)電機(jī)發(fā)現(xiàn)異常時, 通過球閥可有效切斷水流, 防止事故發(fā)生。本文運(yùn)用有限元分析方法, 對球閥進(jìn)行動水關(guān)閉過程中的剛度分析, 從中找出球閥應(yīng)力最大工況, 為其結(jié)構(gòu)設(shè)計提供了依據(jù)。

2、動水關(guān)閉載荷工況確定

　　選擇3種球閥進(jìn)行分析研究(表1)。球閥開啟時, 水流對球體產(chǎn)生動水壓力和動水力矩。根據(jù)水動力學(xué)原理, 動水壓力與動水力矩和水流流速的平方成正比。幾何相似和位置相似的物體, 其所有表面作用力與表征尺寸的平方成正比, 作用力矩則與表征尺寸的立方成正比。則水頭損失􀀁H、動水壓力Ps和動水力矩Ms為

　　分析采用ANSYS分析軟件完成。選取每個節(jié)點具有3個自由度的10節(jié)點四面體單元, 即SOL-ID 92單元。由關(guān)閉過程中球體不同位置時閥體的應(yīng)力分布曲線(圖2) 可知, 球體動水關(guān)閉至60度時, 閥體的應(yīng)力水平高于球體全關(guān)閉時的應(yīng)力水平。因此, 在對球閥進(jìn)行有限元分析時, 除要計算閥體檢修密封和工作密封兩種工況外, 還應(yīng)分析當(dāng)球體關(guān)閉60度時球閥的應(yīng)力水平。

圖2 球閥動水關(guān)閉過程中各個工況應(yīng)力分布圖

4、結(jié)語

　　球閥是高水頭電站抽水蓄能機(jī)組和水輪發(fā)電機(jī)組的關(guān)鍵設(shè)備之一, 當(dāng)球閥在動水關(guān)閉過程中球體處于60度的瞬間, 閥體的應(yīng)力水平最高。因此在對應(yīng)用于水輪機(jī)的球閥進(jìn)行有限元分析時, 既要計算閥體檢修密封和工作密封兩種工況, 還應(yīng)分析球體關(guān)閉60度時球閥的應(yīng)力水平。