广东南方水泵丨水泵水轮机底环有限元分析边界条件

大多数水轮机底环设计倾向于采用埋入式结构型式。通常情况下，采用埋入式的常规水轮机底环刚强度不是设计的重点，而广东南方水泵水轮机水头高，工况转换复杂，强度问题往往是底环设计的难点。

以往的设计过程中多采用底环单独计算的有限元分析方法，或不考虑混凝土浇筑过程中与底环结构之间形成的间隙的影响。然而，大约40%~50%的水压力载荷被混凝土所吸收，不考虑混凝土作用显然会大大增加底环的设计成本，采用合理的边界条件已成为底环设计的关键技术。东莞南方水泵针对已经安全运行多年的某电站水泵水轮机底环结构在不同边界条件下进行刚强度对比分析，与底环实际运行工况对比，最终提出与实际情况相符合的底环有限元计算边界条件。

边界条件1:在底环剖切出的两个对称面上加couple 对偶约束，约束尾板螺栓把合分布圆所有节点z向自由度，内环板与混凝土接触面中线所有节点z向自由度。为防止产生刚体位移，选取尾板螺栓把合分布圆任意一节点，约束其]向自由度。南方水泵有限元模型如图2(a)所示。多数常规机组下拆式底环往往采用这种边界条件。边界条件2:在底环剖切出的两个对称面上加couple对偶约束，约束尾板螺栓把合分布圆所有节点z向自由度，内环板与混凝土接触面所有节点z向自由度。选取尾板螺栓把合分布圆任意一节点，约束其]向自由度。有限元模型如图2 (b)所示。

认为底环在受到水压力的情况下，底环内环板始终与混凝土接触，没有间隙，即内环板底面受到z向约束。

边界条件3:在条件1基础上增加导叶孔与混凝土接触底面所有节点z向约束。有限元模型如图2(c)所示。

边界条件4:在条件2基础上增加导叶孔与混凝土接触底面所有节点z向约束。有限元模型如图2(d)所示。

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