三峡电站封闭母线铝波纹管的有限元设计和分析.pdfVIP

第3期 机械设计与制造 2011年 3月 Machinery Design Manufacture 文章编号：1001—3997(2011)03-0001-02 裁J三峡电站封闭母线铝波纹管的有限元设计和分析 l k 吴伟光 陈修祥 马履中 算 (江苏大学 机械工程学院，镇江 212013) Thefiniteelementdesignforthealuminium-bellow ofsanxiapower-plant closedgeneratrix WUWei-guang，CHENXiu—xiang，MALv—zhong (SchoolofMechanicalEngineering，JiangsuUniversity，Zhenjiang212013，China) 中图分类号：TH16，TQ053 文献标识码：A 金属波纹管作为一种重要的柔性连接和弹性补偿元件，具有 根据设计要求，建立波纹管的参数化模型，从而建立起波纹管的几 良好的结构和性能，在石油、化工、电力、航空等领域得到广泛应用。 何参数在给定的位移补偿要求下，得到与强度之间的关系。 虽然国内外对波纹管设计进行了大量的研究，但由于其薄壁结构及 根据铝波纹管膨胀节补偿能力要求和母线外壳布置空间几 不规则形状，应力分布复杂，波纹管洼能受几何参数影响较大，给理 何尺寸约束，采用单式轴向型无加强u形波纹管结构，为了增加 论计算和设计带来非常大的困难。因此，目前波纹管的设计还主要 强度和柔韧性，采用多层结构，单层厚为2ram，其内径为 1600mm， 依靠经验和实验进行设计，耗费大量人力和物力。通过建立波纹管 轴向总长为550mm，在建模时首先考虑到其轴向位移补偿 ，在分 的ANSYS参数化设计模型，对三峡地下电站封闭母线的波纹管进 析时采用了轴对称shell51单元的平面有限元模型，在分析时充 行了设计，分析了波纹管几何参数对其应力和性能的影响，最后通 分考虑波纹管的几何变形非线性因素。 过有限元方法进行了计算了波纹管的振动模态的振型和固有频率。 在设计中，波纹管的结构主要参数有壁厚6、外径D、波纹数 1铝波纹管设计要求 n、波高日、波距 、波峰外圆弧半径 。、波谷内圆弧半径 ：等，其 中壁厚6虽然对位移和补充影响较大，这里考虑所联结的母线外 在三峡地下电站设计中，为补偿母线由于温度变化 、震动和 壳厚度，取(6~2)mm。下面分别通过有限元参数化计算，分析在波 基础不同沉降等原因产生轴向和周向位移，避免引起过大的危险 纹管轴向位移补偿一定的情况下，这些参数对其强度的影响。 应力，应该在离相封闭母线的适当位置设置伸缩装置。离相封闭 母线外壳采用铝波纹管膨胀节补偿位移，导体采用编制导线软连 2．1波高H对其强度的影响 接进行补偿位移。同时在设计中，考虑导线尺寸及其电气安全距 离，要求波纹管的内径为 1600ram，另外考虑到母线间的安装要 求，要求波纹管的波峰外径不超过 1900mm，同时采用的铝波纹 管膨胀节补偿能力要求轴向位移为 (±25)mE，并具有足够的强 度，以保证母线及外壳的伸缩性。 2基于有限元的波纹管参数设计 波纹管的设计非常复杂，其薄壁结构且几何外形复杂，如果仅 仅从经验和制造工艺出发就没计—个波纹管结构，其位移补偿和强 图1最大应力 随波高H的变化曲线 度能否满足要求，是无法确定的，而如果每一种设计结构都做一个 Fig．1maximum stresswaveheightsH with sigmachangingcurves 样品来试验，显然是不现实的，更何况本设计的波纹管内径达到 波高(H=(D-d )在内径d一定的情