水轮机双偏心蝶阀建模方法的探讨

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1、水轮机双偏心蝶阀建模方法的探讨-机电论文水轮机双偏心蝶阀建模方法的探讨何汶霖（东方电气集团东风电机有限公司，四川乐山614000）【摘要】阐述了双偏心蝶阀直接建模的弊端。结合某电站进水蝶阀的基本参数，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。关键词蝶阀；装配；模型Desighof3DＭodelingforＢutterflyＶalveinDinhBinhHydropowerStationＢasedonH

2、ＥWen－lin（DECDongFengElectricMachineryCo.，Ltd.,LeshanSichuan614000,China）【Abstract】Intheprocessofbutterflyvalvedesigh.First,choosethecalculationparametersofvalve.Second,drawthe3Dparts.Andthen,setupa3DmodelingonthemethodofassemblyinAssemblingdesighmoduleof.Theresultprovid

3、esabasisforstrengthanalysis.【Keywords】Butterflyvalve;Assembly;Modeling0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[1]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

4、、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）工程图的绘制，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（如蝶阀活门全开时，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，

5、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阀设计。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

6、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（Df）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，若机组的蜗壳进口断面直径为d，最大工作水头为Hmax，则公称直径的计算表达式[1]为：假设阀轴材料采用锻35号钢，根据文献[2]的标准，材料许用屈服极限为：[?滓]=1200kg/cm2。若活门直径D=250cm，阀轴直径Df=30cm，阀轴长度Lf

7、=17.4cm，则由公式（4）~（8），可得：?滓np=959kg/cm2。故：?滓np＜[?滓]，由此可知，阀轴强度符合要求。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，便可以进行后续建模过程。反之，则需要重新计算尺寸。2蝶阀三维实体模型的建立基本几何参数确定之后，建立三维实体模型的流程为：（1）建立各个零部件的三维实体模型（如上游管路、下游管路、活门等）。（2）进入的装配模块，根据相关部件的几何约束关系，定义相对位置，继而完成整体的造型工作。2.1阀门零部件的三维造

8、型双偏心蝶阀的主要零部件有：上游管路、下游管路、阀体、活门、阀轴、重锤、伸缩节。因此本文在模型构建时，只需要建立这7个零部件的三维模型即可。具体操作在的零件设计模块[3]实现：（1）草绘平面模型；（2）切换至设计模块，进