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水轮机双偏心蝶阀建模方法的探讨

2017/5/12    来源:互联网    作者:何汶霖      
关键字:蝶阀  装配  模型  
阐述了双偏心螓闽直接建模的弊端。结合某电站进水堞阀酌基本参数。完成了强度、直径等计算,并且在三维造型软件的装配设计模块中,分别构建蝶阀各个部件,再利用部件间的相对约束关系进行整体装配造型。为后续产品的结构强度分析、力学特性计算提供理论基础。

    0 引言

    对于混流式水轮机而言。其水流进口端通常设置有蝶阀。它的主要功能是:当机组正常停机时,阻断水流。并减小流体在机组中的沿程水头损失。由此可见,蝶阀的性能优劣,直接关系到整机的效率和运行的稳定性。故合理的设计,对于混流式水轮机的高效、稳定运行,具有举足轻重的意义。

    传统的蝶阀设计方法,主要是直接进行CAD二维工程图造型。具体操作方式是:所有的蝶阀零部件,均以三视投影图的形式,在平面图上进行尺寸、精度的表述。该方法的优点在于设计图纸能够直接用于施工。但是,这种设计方式却也存在一些不足之处:(1)阀门的设计.强度性能和内部流场特点往往是非常关键的指标。而二维平面模型.数值计算只能用于简单、规则的零部件结构。对于双偏心蝶阀而言,结构及其复杂,二维模型几乎无法实现数值计算。(2)32程图的绘制.表现出的只是阀门关闭时刻得瞬时状态。而运行状态下,零部件之间是否会有干涉现象,如蝶阀话门全开时,重锤的位置是否会与取水管座等部件碰撞,便无法确定。(3)阀门设计,牵涉到招标运输等问题.因此机械部件的重量,必须计算精确。由于蝶阀的形状结构复杂,平面图上要计算出零部件的体积,相对困难。故采用先进的设计方法解决以上问题,显得十分必要。

    利用三维造型软件,可以构建完整的蝶阀三维实体模型,即能够精确地实现产品的动力特性分析。同时,阀门在任意运行状态下的干涉性检查,零部件质量的计算。都可以在模型上实现。本文便是基于的三维建模.完成了某电站的双偏心进水蝶阕设计。

    1 模型几何尺寸的计算

    双偏心蝶阀的设计.是以某电站的基本参数(如机组类型、工作水头、蜗壳流线图尺寸等)为依据来确定的。根据电站参数,拟确定阀门的结构为卧式、双平板、带重锤的形式。阀门的几何尺寸计算,通常分为两步:(1)分别计算各零件的几何尺寸;(2)几何尺寸是否满足要求,需再进行强度核算。

    1.1 蝶阀特征参数的计算

    在混流式水轮发电机中,蝶阀的特征参数有:公称直径(D)、活门厚度(b)、接力器直径(dz)以及阀轴直径(dr)等。

    1.1.1 公称直径D的确定

    公称直径的计算,与机组的金属蜗壳进口直径和最大工作水头有关。本文中,若机组的蜗壳迸El断面直径为d,最大工作水头为Hmax。,则公称直径的计算表达式为:

    1

    1.1.2 活门厚度b的确定

    由方程(1)可知,阀门的公称直径确定,活门厚度计算表达式为:

    2

    1.1.3 接力器直径d1的确定

    本文中,拟对阀门选择摇摆式接力器,故直径计算方程为:

    3

    其中,P为接力器操作力,Pmin为最低工作油压

    同理,分别能够计算出活门直径(Dh)、阀轴直径(Df)、阀轴长度(L)、推拉杆直径(D1)等几何尺寸。

    l.2 零部件强度校核

    蝶阀零部件的几何尺寸确定之后。下一步工作。便是对所有零部件都进行压强、载荷、静水力矩的计算,以验算计算出的几何尺寸是否满足刚强度的标准。本文以阀轴设计为例,进行说明。

    已知闽轴的剪应力方程:

    5

    同理,阀门的其余零部件(如阀体、活门、接力器等)均需强度核算,以便校核设计参数的准确性。若验算结果都满足要求,便可以迸行后续建模过程。反之,则需要重新计算尺寸。

责任编辑:张纯子
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