姜瑋琳，王 聰

(哈爾濱電機(jī)廠有限責(zé)任公司，黑龍江哈爾濱 150040)

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厄瓜多爾CCS球閥整體水壓試驗(yàn)工具設(shè)計(jì)

姜瑋琳，王 聰

(哈爾濱電機(jī)廠有限責(zé)任公司，黑龍江哈爾濱 150040)

介紹了抽水蓄能機(jī)組用球閥整體水壓試驗(yàn)工具的整體要求和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)。大型球閥做高水壓試驗(yàn)的工具結(jié)構(gòu)為球形悶頭，設(shè)計(jì)的水壓試驗(yàn)壓力為11.25 MPa的悶頭，通過有限元計(jì)算保證了水壓試驗(yàn)的強(qiáng)度和剛性，滿足了電機(jī)公司抽水蓄能機(jī)組大型球閥做水壓試驗(yàn)的要求，為工具設(shè)計(jì)人員提供一定的參考和借鑒。

球閥；悶頭；水壓試驗(yàn)壓力

0 引言

球閥水壓試驗(yàn)工具要求強(qiáng)度高、剛性好，并可反復(fù)使用。一般情況下電機(jī)公司生產(chǎn)、制造的球閥試驗(yàn)壓力通常在3.48～9.8 MPa范圍內(nèi)，屬于中壓范圍，設(shè)計(jì)、制造按常規(guī)結(jié)構(gòu)，工具結(jié)構(gòu)有整體鑄鋼結(jié)構(gòu)，有鋼板成型、焊接結(jié)構(gòu)，并進(jìn)行強(qiáng)度計(jì)算。但厄瓜多爾CCS球閥水壓試驗(yàn)壓力為11.25 MPa，采用鑄造方式，不僅鑄造難度大，且易產(chǎn)生鑄造缺陷，因此，整體鑄鋼結(jié)構(gòu)不適合，采取鋼板成型、焊接結(jié)構(gòu)為最佳設(shè)計(jì)方案。水壓試驗(yàn)工具對(duì)鋼板成型與焊接要求較高，鋼板成型不允許有缺陷，焊縫、焊角需經(jīng)探傷合格，制造難度較大。電機(jī)公司生產(chǎn)、制造的焊接結(jié)構(gòu)試驗(yàn)悶頭常規(guī)結(jié)構(gòu)為球冠、過渡錐板、圓筒焊接，對(duì)于球閥尺寸不大或試驗(yàn)壓力不高者均能滿足使用要求。對(duì)于高水壓試驗(yàn)悶頭，此種結(jié)構(gòu)在圓筒與法蘭連接處應(yīng)力較大，已經(jīng)超過了材料的屈服應(yīng)力，無法滿足球閥打壓試驗(yàn)要求。經(jīng)有限元強(qiáng)度計(jì)算，優(yōu)選出方案為，在圓筒與法蘭連接處增加一段加厚的過渡圓筒。該過渡圓筒的形狀有利于減少法蘭與圓筒焊接處的應(yīng)力集中，使工具悶頭的整體受力均勻，強(qiáng)度和剛性得到極大提升，滿足了球閥打水壓試驗(yàn)要求。

根據(jù)厄瓜多爾CCS球閥水壓試驗(yàn)要求，我們?cè)O(shè)計(jì)的水壓試驗(yàn)工具主要由2個(gè)悶頭組成，1個(gè)悶頭不帶法蘭，1個(gè)悶頭帶法蘭。按整體結(jié)構(gòu)受力最好的情況，不帶法蘭悶頭結(jié)構(gòu)為球冠、過渡錐板、圓筒焊接，由于應(yīng)力集中在圓筒與過渡錐板接合部，因此，圓筒與過渡錐板接合部焊接20個(gè)25 mm厚筋板，此悶頭焊于球閥上游連接管上。帶法蘭悶頭與不帶法蘭悶頭相似，但帶法蘭悶頭受力情況更加復(fù)雜，圓筒與法蘭連接處應(yīng)力最大，因此，此處要增加200 mm高、壁厚100 mm的過渡圓筒，且圓筒與過渡錐板接合部焊接的20個(gè)筋板加厚到40 mm， 長度超過圓筒，延伸到過渡圓筒高度一半，確保悶頭整體受力最好，滿足產(chǎn)品球閥打壓試驗(yàn)要求。

1 方案設(shè)計(jì)

1.1 不帶法蘭悶頭的設(shè)計(jì)

經(jīng)初步計(jì)算，設(shè)計(jì)不帶法蘭悶頭的球冠半徑為SR1 100 mm，板厚50 mm，材料16MnR，過渡錐板同為50 mm厚16MnR鋼板，圓筒處受力較大，選取60 mm厚16MnR鋼板。此種狀態(tài)下，應(yīng)力集中在圓筒與過渡錐板接合部，因此，圓筒與過渡錐板接合部焊接20個(gè)25 mm厚筋板，如圖1所示。

1.2 帶法蘭悶頭的設(shè)計(jì)

帶法蘭悶頭與不帶法蘭悶頭相似，但帶法蘭悶頭受力情況更加復(fù)雜，圓筒與法蘭連接處受力更大，常規(guī)結(jié)構(gòu)的悶頭無法滿足打壓試驗(yàn)要求，若增加法蘭厚度、增加圓筒厚度，且增加筋板數(shù)量，則其他部件受力變差，不但工具質(zhì)量增加很多，而且選材困難，制造也更加困難。因此，經(jīng)過有限元強(qiáng)度計(jì)算后，最佳方案為：在圓筒與法蘭之間增加200 mm高、壁厚100 mm的過渡圓筒，過渡圓筒的形狀要有利于悶頭的整體受力，且圓筒與過渡錐板接合部焊接的20個(gè)筋板加厚到40 mm， 長度超過圓筒，延伸到過渡圓筒高度一半，此時(shí)悶頭整體受力最好，既減少了材料使用、同時(shí)降低了工具制造難度，節(jié)約工具制造成本，滿足產(chǎn)品球閥打壓試驗(yàn)要求，如圖2、圖3所示。

圖1 無法蘭悶頭

圖2 帶法蘭悶頭

圖3 過渡圓筒

2 水壓試驗(yàn)工具的強(qiáng)度計(jì)算

悶頭設(shè)計(jì)完成后采用大型有限元法分析程序ANSYS對(duì)球閥打壓工具剛強(qiáng)度進(jìn)行了分析計(jì)算，目的是為了檢驗(yàn)球閥打壓工具的剛強(qiáng)度性能是否滿足設(shè)計(jì)要求，材料特性見表1。

表1 材料特性表

根據(jù)表1的材料特性，考慮到結(jié)構(gòu)與載荷的周期對(duì)稱性，選取結(jié)構(gòu)的1/20 部分作為計(jì)算模型，采用塊體單元?jiǎng)澐志W(wǎng)格。在悶頭模型對(duì)稱面上施加對(duì)稱約束；在與球閥部分連接處施加對(duì)稱約束；在悶頭過水處施加水壓力11.25 MPa 。仿真結(jié)果如圖4、圖5所示，相關(guān)變形情況見表2。

表2 悶頭應(yīng)力、變形情況表

圖4 無法蘭悶頭

圖5 帶法蘭悶頭

結(jié)果表明：悶頭應(yīng)力和變形結(jié)果滿足許用要求。

3 結(jié)語

該水壓試驗(yàn)工具己投入了使用，厄瓜多爾項(xiàng)目機(jī)組共8臺(tái)份，悶頭可反復(fù)使用，完全滿足CCS球閥水壓試驗(yàn)要求，操作方便安全可靠。據(jù)電機(jī)公司水電分廠反映，該工具十分好用，無論從裝配到拆卸均十分方便，工具變形小，可反復(fù)使用，節(jié)省了大量制造成本，比電機(jī)公司傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)好，為我公司高水壓試驗(yàn)工具的設(shè)計(jì)、制造及使用積累了寶貴經(jīng)驗(yàn)。

·信息點(diǎn)滴·

美國海上風(fēng)電潛力可達(dá)8 600萬kW

《電力》雜志網(wǎng)站消息美國能源部和內(nèi)政部近日聯(lián)合公布了一份旨在繼續(xù)加快美國海上風(fēng)電發(fā)展的計(jì)劃。

此份名為《國家海上風(fēng)電戰(zhàn)略：促進(jìn)美國海上風(fēng)電產(chǎn)業(yè)的發(fā)展》的報(bào)告中指出，到2050年，美國可開發(fā)8 600萬kW海上風(fēng)電。該戰(zhàn)略詳細(xì)介紹了美國海上風(fēng)電的現(xiàn)狀，提出了降低部署成本的行動(dòng)計(jì)劃和革新計(jì)劃以及時(shí)間表，并規(guī)劃了路線圖，為確保產(chǎn)業(yè)增長和成功提供支持。該戰(zhàn)略指出了美國海上風(fēng)電行業(yè)面臨的主要挑戰(zhàn)，以及美國能源部和內(nèi)政部在未來五年中可能采取的30個(gè)具體行動(dòng)以應(yīng)對(duì)這些挑戰(zhàn)。這些行動(dòng)包含下列三個(gè)戰(zhàn)略領(lǐng)域：1)內(nèi)政部建議共同開發(fā)標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)采集指導(dǎo)方針，以培養(yǎng)可預(yù)測(cè)性并為項(xiàng)目的安全開發(fā)提供信息。同時(shí)，能源部將努力提高海上風(fēng)電場(chǎng)的發(fā)電能力，增強(qiáng)可靠性。2)內(nèi)政部承諾將采取大量行動(dòng)以確保監(jiān)管流程的可預(yù)測(cè)性、透明性、高效性且能充分吸收其他國家監(jiān)管方面的經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)。此外，由于第一代海上風(fēng)電項(xiàng)目即將上線運(yùn)行，因此內(nèi)政部和能源部將收集包括風(fēng)電場(chǎng)對(duì)海洋生物的影響和對(duì)渦輪機(jī)雷達(dá)干擾的影響等相關(guān)數(shù)據(jù)。3)美國需要進(jìn)行更多的研究，以量化大量海上風(fēng)電并網(wǎng)對(duì)電網(wǎng)的廣泛影響。

20170202

中國與智利兩國元首見證國家電投合作協(xié)議簽署

在中國國家主席習(xí)近平和智利總統(tǒng)巴切萊特的見證下，國家電投總經(jīng)理孟振平、太平洋水電智利公司執(zhí)行主席安東尼奧、中國建設(shè)銀行董事長王洪章在智利首都圣地亞哥共同簽署《金融服務(wù)戰(zhàn)略合作協(xié)議》，旨在建立長期合作關(guān)系，共同推進(jìn)智利和拉美地區(qū)清潔能源開發(fā)。

太平洋水電智利公司是智利最大中資企業(yè)，是國家電投在智利和拉美地區(qū)實(shí)現(xiàn)國際化發(fā)展和區(qū)域性增長的重要平臺(tái)，目前在智利擁有兩個(gè)流域的5個(gè)水電站，裝機(jī)容量近50萬kW瓦，并正在積極拓展水電、風(fēng)電、光伏發(fā)電等能源項(xiàng)目。此次合作協(xié)議的簽署，將有助于國家電投在智利及拉美市場(chǎng)的業(yè)務(wù)拓展，并帶動(dòng)中國資本、技術(shù)、設(shè)備和勞動(dòng)力輸出，是兩國企業(yè)和金融機(jī)構(gòu)在能源領(lǐng)域推動(dòng)中智雙邊關(guān)系持續(xù)發(fā)展、深化雙邊務(wù)實(shí)合作的具體行動(dòng)。

國家電投國際部、海外公司有關(guān)負(fù)責(zé)同志一同參加活動(dòng)。

20170203