抽水蓄能电站尾水事故闸门静动力特性研究

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1、第34卷第12期华电技术Vo1．34No．122012年12月HuadianTechnologyDeC．2012抽水蓄能电站尾水事故闸门静动力特性研究黄峻，谢智雄(1．广东省水利电力勘测设计研究院，广东广州510635；2．河海大学机电工程学院，江苏常州213022)摘要：应用ANSYS软件对某抽水蓄能电站尾水事故闸门结构的静动力特性进行数值分析研究，计算并分析了节问2种连接形式下的定轮反力、应力、位移、屈曲失稳、自振频率及振型特性，为闸门结构最终设计方案的选定提供了技术依据，可为同类闸门结构的

2、设计计算提供参考。关键词：闸门结构；静动力特性；有限元法；ANSYS软件中图分类号：TV663文献标志码：B文章编号：1674—1951(2012)12—0009—03事故闸门结构的静动力特性进行数值分析研究，计1闸门概况算并分析节问2种连接形式下的定轮反力、应力、位某抽水蓄能电站尾水事故闸门孔口尺寸为3．6移、屈曲失稳、自振频率及振型特性。m×4．5m(宽×高)，闸门底坎高程为30．5m，闸门2计算方案门型采用平面滚动闸门，门叶结构为多主横梁式，材料为Q345B；支承采用8个ZG40Mn双曲滚

3、轮，滚轮为了便于表达，对闸门结构各部分进行编号，如直径为650mm，轮轴材料为40Cr，直径为20mm，图2所示。闸门结构为空间薄壁结构，采用shell63轴承为自润滑平面滑动轴承；顶止水为Q形、侧止号板单元来进行模拟，闸门结构有限元模型如图3水为P60型，止水材料为橡塑复合材料。闸门门叶所示竖梁0跨1竖梁1跨2内边柱外边柱结构设计分上、下2节门叶，节间面板连续，节问门背侧采用连接板连接，节问边柱分断开和连续2伸Il梁格1主粱1联系板1连接形式，闸门结构如图1所示。【梁格轮12主梁2联系板2梁格

4、轮23丰粱3联系板3联系板4主粱4粱格5轮3主粱5联系板5梁格6主粱6轮4联系板6底横板图2闸门结构各部件编号图1闸门结构选取闸门闭门挡水工况，此时闸门受水头119本文应用ANSYS软件对某抽水蓄能电站尾水m的静水压力作用。考虑闸门自重，按节问边柱断开及节间边柱连续2种形式来计算分析闸门结构的收稿日期：2012—07—23静动力特性。·10·华电技术第34卷(3)主梁挠度为4．2mill，小于许用变形(5．6ram)，满足刚度要求。表2闸门各部件结构顺河向位移计算结果3．3应力计算结果及分析闸门

5、节问边柱断开及节问边柱连续2种连接形图3闸门结构有限元模型式下，闸门结构各部件的最大折算应力计算结果见表3，由表3可以看出：3计算结果及分析(1)闸门节间边柱断开及节间边柱连续2种连接形式下，闸门结构各部件应力基本相同。3．1定轮反力计算结果及分析闸门节问边柱断开及节间边柱连续2种连接形(2)2种连接形式下闸门结构最大折算应力均发生在面板部件上，其值约为2l2MPa，略超过材料式下定轮反力计算结果见表1，由表1可以看出：许用应力(205MPa)，可满足强度要求。(1)节间边柱断开形式下定轮最大反

6、力为表3闸门各部件结构最大折算应力计算结果2563．1kN，发生在定轮1处；节问边柱连续形式下定轮最大反力为2777．1kN，发生在定轮1处。2种形式下各定轮反力相差不超过10％。(2)节间边柱断开与节间边柱连续相比，轮1、轮4的反力有所减小，轮2、轮3的反力有所增大，节问边柱断开形式下各定轮反力的均匀性优于节间边柱连续形式。(3)从定轮最大反力及各定轮反力的均匀性来看，节间边柱断开形式优于节间边柱连续形式。表1定轮反力计算结果定轮反力／kN比值定轮．．节间边柱五断弄开—节间边柱连续(断开／’连

7、续)3．4屈曲失稳计算结果及分析闸门节间边柱断开及节间边柱连续2种连接形式下，闸门结构前5阶屈曲失稳计算结果见表4，从表4可以看出：(1)闸门节问边柱断开及节问边柱连续2种连接形式下，闸门结构前5阶失稳形式均表现为闸门3．2位移计算结果及分析结构各板件的局部失稳。闸门节问边柱断开及节问边柱连续2种连接形(2)节间边柱断开情况下，门背板的稳定系数式下，闸门结构整体及各部件的位移计算结果见表为39．466，略大于节间边柱连续情况下的37．427。2，从表2可以看出：(3)2种连接形式下主梁1腹板的稳

8、定系数基(1)闸门节间边柱断开及节间边柱连续2种形本相同，可见，闸门节间边柱断开或连续对主梁腹板式下，闸门结构各部件顺河向位移基本相同。的稳定性没有影响。(2)2种连接形式下，顺河向最大位移均发生(4)2种连接形式下，闸门结构最容易发生失在面板梁格2跨1中部，其值约为5．0inm。稳的部件为门背板的局部失稳，其稳定系数最小为第12期黄峻，等：抽水蓄能电站尾水事故闸门静动力特性研究．11．表4闸门结构屈曲失稳计算结果37．427，闸门结构的稳定性满足设计要求。是节间边柱连续的情况下闸门结构整体刚度