GIS波纹管膨胀节结构改进

《GIS波纹管膨胀节结构改进》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、第38卷第8期华电技术Vol.38No.82016年8月HuadianTechnologyAug.2016GIS波纹管膨胀节结构改进张晶1，张忠文2，褚洪贺1，李娜1，孙超1(1.山东大学材料科学与工程学院，济南20061;.国网山东省电力公司电力科学研究院，济南20003)摘要:对波纹管膨胀节结构进行改进，通过有限元分析对比了改进前后设备的应力和变形情况。分析结果表明：结构改进后波纹管应力较改进前明显下降,轴向变形显著减小;膨胀节法兰中心区域与边缘变形量差异明显减小，螺栓所受附加弯矩减小;结构改进后设备能够更有效地抵抗外力作用，承受更大的变

2、形量。因此，波纹管膨胀节结构改进是有效地缓解外力作用、减小变形量的重要途径，能够确保GIS安全、稳定地运行。关键词:气体绝缘开关设备（GIS);波纹管;膨胀节;有限元分析;结构改进中图分类号:TM564文献标志码：A文章编号=1674-1951(2016)08-0008-04发生。〇引言1波纹管膨胀节结构改进波纹管膨胀节是补偿气体绝缘开关设备（GIS)热胀冷缩变形和位移的重要零件，通过轴向伸缩来1.1模型构建调节设备的变形量，从而降低法兰所受应力[1]。近改进前波纹管法兰为方形法兰（如图1所年来有文献[2-4]报道了波纹管膨胀节在GIS中的应

3、示），在四角处通过4组调节螺栓进行连接。本文用，许多学者对波纹管的力学性能也进行了大量研采用圆形法兰（如图1所示）代替原方形法兰，并究[5_8]，但关于波纹管膨胀节结构改进、在GIS中应采用6组轴对称分布的调节螺栓进行连接，期望通用效果以及安装位置选择的研究较少。过轴对称结构缓解内侧与外侧变形差异较大的现根据文献[9]GIS局部结构有限元分析结果可象。改进前后局部模型分别如图2a和图2b所示，知，在内外压力与重力作用下，位于法兰螺栓连接结改进前波纹管法兰为正方形，在四角处通过双头螺构处的法兰沿径向内侧变形量大于外侧，如法兰边栓与螺母连接调节法

4、兰间距;改进后波纹管膨胀节缘出现较大应力将导致法兰接触面分离，法兰连接法兰采用圆形，使用6组双头螺栓与螺母按等间距处密封性能下降，最终出现SF6气体泄漏量偏大的轴对称分布连接膨胀节法兰，调节膨胀节法兰间距。问题。此外，220kVGIS较大的应力多出现于波纹根据结构和载荷的对称性，取结构的1/2作为分析管膨胀节处[9]。现有结构所用波纹管膨胀节法兰模型。整体结构如图3所示，采用改进后的波纹管为正方形，在法兰四角处安装有4组双头螺柱-螺母连接结构，用于调节波纹管膨胀节的伸缩量。但双头螺柱-螺母连接结构对膨胀节法兰四角处的变形具有一定的约束作用，因

5、此法兰中部与四角变形量差异较大，使双头螺栓承受附加弯矩，从而产生较大应力[0]。此外，在220kVGIS端部和弯头连接处的Z向变形和位移较大，较大的变形将导致其附近a方形法兰结构的法兰出现较大应力。本文对波纹管膨胀节结构进行改进，采用圆形法兰替换原有结构中的方形法兰，且采用6组轴对称分布的双头螺栓-螺母连接结构对法兰进行连接，将改进后的结构应用于整体结构中，通过有限元分析对比改进前后设备的应力和变形情况，期望能够通过结构改进减小事故发生的概率，预防问题b圆形法兰结构图1波纹管膨胀节结构示意收稿日期:2016-05-09;修回日期:2016-0

6、7-13第8期张晶，等：GIS波纹管膨胀节结构改进•9•膨胀节结构对原有整体结构中的全部膨胀节进行替架等零件下端施加固定约束;各零件之间的连接和换，膨胀节位置等均不发生改变。接触通过定义接触对的方式实现;壳体和波纹管的内、外表面分别施加0.6MPa和0.1MPa的均布压力;对结构施加重力载荷。局部结构分析中，除上述边界条件外，还需要在模型对称边界上施加对称约束;在主母线壳体端部截面的节点上施加其余结构对其产生的作用力，作用力可通过式（1)计算得到。式中：1为内压，MPa;2为外压，MPa;^为主母线筒壳体内径，mm;毛为主母线筒外径，mm;n

7、为端部截面处节点数量。2结果与讨论2.1局部结构分析结果结构改进前，波纹管最大应力约89.0MPa(如图4a所示），波纹管沿轴向总伸长量约1.2mm(如图5a所示）结构改进后，波纹管最大应力约84.1MPa(如图4b所示），波纹管沿轴向总伸长量小于0.5mm(如图5b所示）。图6反映了结构改进前后图2波纹管膨胀节改进前后局部结构对比主母线法兰应力的变化情况，改进前主母线法兰的最大应力出现在法兰内侧边缘处，约为192.6MPa;改进后的最大应力出现在螺纹孔处，约为98.0MPa。图7所示为结构改进前后膨胀节法兰的应力变化情况。改进前波纹管法兰最

8、大应力约为298.0图3波纹管膨胀节改进后整体结构模型MPa;改进后的最大应力约为102.6MPa，最大应力1.2有限元分析均出现在调节螺栓的螺纹孔处。有限元分析中