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

1、概述

　　水輪機是水電站重要機電設備之一。為了保證水輪機安全和可靠運行, 水輪機的入口處均裝設有進水球閥, 進水球閥的上游與壓力鋼管連接, 下游與水輪機進水蝸殼連接。水輪機及發電機組檢修時,通過球閥切斷壓力鋼管的水流, 保證檢修的安全。

　　水輪機及發電機發現異常時, 通過球閥可有效切斷水流, 防止事故發生。本文運用有限元分析方法, 對球閥進行動水關閉過程中的剛度分析, 從中找出球閥應力最大工況, 為其結構設計提供了依據。

2、動水關閉載荷工況確定

　　選擇3種球閥進行分析研究(表1)。球閥開啟時, 水流對球體產生動水壓力和動水力矩。根據水動力學原理, 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。選取每個節點具有3個自由度的10節點四面體單元, 即SOL-ID 92單元。由關閉過程中球體不同位置時閥體的應力分布曲線(圖2) 可知, 球體動水關閉至60度時, 閥體的應力水平高于球體全關閉時的應力水平。因此, 在對球閥進行有限元分析時, 除要計算閥體檢修密封和工作密封兩種工況外, 還應分析當球體關閉60度時球閥的應力水平。

圖2 球閥動水關閉過程中各個工況應力分布圖

4、結語

　　球閥是高水頭電站抽水蓄能機組和水輪發電機組的關鍵設備之一, 當球閥在動水關閉過程中球體處于60度的瞬間, 閥體的應力水平最高。因此在對應用于水輪機的球閥進行有限元分析時, 既要計算閥體檢修密封和工作密封兩種工況, 還應分析球體關閉60度時球閥的應力水平。