球阀动水关闭应力分析

来源:真空技术网(www.chvacuum.com)厦门大学 作者:赵冰燃

  通过对球阀动水关闭有限元应力分析得出, 球阀球体关闭约60度时, 球阀承受的应力最大。因此球阀进行有限元分析时, 不仅要考虑球体全关闭工况, 还要考虑球体在60度状态时的应力水平。

1、概述

  水轮机是水电站重要机电设备之一。为了保证水轮机安全和可靠运行, 水轮机的入口处均装设有进水球阀, 进水球阀的上游与压力钢管连接, 下游与水轮机进水蜗壳连接。水轮机及发电机组检修时,通过球阀切断压力钢管的水流, 保证检修的安全。

  水轮机及发电机发现异常时, 通过球阀可有效切断水流, 防止事故发生。本文运用有限元分析方法, 对球阀进行动水关闭过程中的刚度分析, 从中找出球阀应力最大工况, 为其结构设计提供了依据。

2、动水关闭载荷工况确定

  选择3种球阀进行分析研究(表1)。球阀开启时, 水流对球体产生动水压力和动水力矩。根据水动力学原理, 动水压力与动水力矩和水流流速的平方成正比。几何相似和位置相似的物体, 其所有表面作用力与表征尺寸的平方成正比, 作用力矩则与表征尺寸的立方成正比。则水头损失􀀁H、动水压力Ps和动水力矩Ms为

  分析采用ANSYS分析软件完成。选取每个节点具有3个自由度的10节点四面体单元, 即SOL-ID 92单元。由关闭过程中球体不同位置时阀体的应力分布曲线(图2) 可知, 球体动水关闭至60度时, 阀体的应力水平高于球体全关闭时的应力水平。因此, 在对球阀进行有限元分析时, 除要计算阀体检修密封和工作密封两种工况外, 还应分析当球体关闭60度时球阀的应力水平。

图2 球阀动水关闭过程中各个工况应力分布图

4、结语

  球阀是高水头电站抽水蓄能机组和水轮发电机组的关键设备之一, 当球阀在动水关闭过程中球体处于60度的瞬间, 阀体的应力水平最高。因此在对应用于水轮机的球阀进行有限元分析时, 既要计算阀体检修密封和工作密封两种工况, 还应分析球体关闭60度时球阀的应力水平。

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