[发明专利]基于有限元分析的水轮机球阀密封间隙优化新方法

摘要

本发明涉及一种基于有限元分析的水轮机球阀密封间隙优化新方法。使用接触单元模拟水轮机球阀阀体枢轴孔和活门枢轴之间的相互作用，根据球阀密封面的轴向变形量推导密封面的修型函数。根据获得的修型函数，对密封面进行修型，以保证受载荷作用变形后的密封面更加接近回转面，使修型后的密封间隙达到最小。本发明可以有效减小球阀工作密封状态和检修密封状态下的密封间隙，解决机组停机和球阀检修时漏水量大的问题，节约大量水资源，给电厂带来巨大经济效益；同时可以有效减小密封驱动压力，降低密封面的接触压力，减小密封面工作中的挤压损伤，延长使用寿命；对水轮机球阀优化设计具有重要的工程应用价值。

主权项

一种基于有限元分析的水轮机球阀密封间隙优化新方法，其特征是：该方法步骤如下：1)运用商业软件建立包含水轮机球阀阀体(1)、活门(2)、工作密封座(3)和检修密封座(4)的三维模型，采用二十节点六面体单元SOLID95划分网格，定义材料弹性模量为：2.068e5MPa，泊松比0.3；2)在活门枢轴(5)和阀体枢轴孔(6)表面分别建立接触单元，单元类型为CONTA174和TARGE170，并设置间隙值；3)在阀体地脚(7)处施加三个方向自由度约束；4)在阀体(1)的进口法兰(8)处施加轴向自由度约束；5)在阀体(1)和活门(2)的过水表面上施加水压力载荷；6)基于工作密封工况，利用商业有限元软件进行求解，根据球阀工作密封面(9)的轴向变形量推导工作密封座(3)的密封间隙，确定工作密封面(9)的修型函数，修型函数如下：gw(θ)＝fw(θ)‑fw(0)式中gw(θ)为工作密封面(9)的修型函数，fw(θ)为工作密封面(9)的轴向变形量函数，fw(0)为θ＝0对应的工作密封面(9)的轴向变形量，θ为工作密封面(9)任意截面与枢轴之间的夹角，0≤θ≤360。7)基于检修密封工况，利用商业有限元软件进行求解，根据球阀检修密封面(10)的轴向变形量推导检修密封座(4)的密封间隙，确定检修密封面(10)的修型函数，修型函数如下：gc(θ)＝‑fc(θ)+fc(90)式中gc(θ)为检修密封面(10)的修型函数，fc(θ)为检修密封面(10)的轴向变形量函数，fc(90)为θ＝90对应的检修密封面(10)的轴向变形量，θ为检修密封面(10)任意截面与枢轴之间的夹角，0≤θ≤360；8)根据计算所得的修型函数gw(θ)和gc(θ)，对工作密封面(9)和检修密封面(10)进行修型，上述步骤即为基于有限元分析的水轮机球阀密封间隙优化新方法。