有限元分析在特高压换流阀抗震设计中的应用
有限元分析在地震工程中的应用与抗震设计研究
有限元分析在地震工程中的应用与抗震设计研究地震是一种自然灾害,对工程建筑物的安全性和稳定性带来巨大威胁。
为了能够准确评估结构的抗震能力并有效地进行抗震设计,有限元分析技术成为地震工程领域中一种重要的数值分析方法。
本文将探讨有限元分析在地震工程中的应用以及其在抗震设计研究中的重要性。
1. 有限元分析在地震工程中的应用有限元分析是一种基于物理力学原理的数学模型,通过将大型结构划分为许多小的元素,结合相关的力学方程和材料特性,模拟和计算结构在地震作用下的响应。
它能够模拟结构在地震中的变形、应力和振动等重要参数,从而提供对结构性能的准确评估。
1.1 结构响应分析有限元分析可以对建筑结构在地震作用下的整体响应进行预测。
通过对结构的节点和单元进行建模,计算结构的位移、速度、加速度和应力等参数。
这使得工程师能够全面了解结构的非线性行为,发现潜在的破坏模式,并及时采取相应的优化措施。
1.2 地基动力响应分析除了建筑物本身的响应外,有限元分析还可以模拟地基在地震作用下的动态响应。
地基的动力行为对建筑物的抗震性能起着重要作用,因此对地基的动力特性进行准确预测和分析至关重要。
有限元分析能够模拟地基的振动、土体动力学特性等,为结构的抗震设计提供基础。
2. 有限元分析在地震工程抗震设计中的重要性有限元分析在地震工程抗震设计中具有重要的应用价值。
它能够评估结构的强度、刚度和耗能能力,并帮助工程师准确判断结构的抗震性能。
2.1 结构优化设计有限元分析技术可以帮助工程师对结构进行精确的刚度和强度分析。
通过改变结构的几何形状、材料参数和支座条件等,优化结构的固有频率和动力特性,提高结构的抗震能力。
有限元分析能够模拟不同设计方案的效果,并确定最佳的设计方案。
2.2 应力分布与破坏模式有限元分析能够模拟结构在地震作用下的应力分布和破坏模式,帮助工程师了解结构在地震中可能出现的破坏形式。
通过对结构的应力分布进行分析,可以对结构进行定位加固或修复,提高结构的抗震能力。
高压节流阀壳体的有限元分析
加载条件 主要包括壳体 边界条件 的约束 以及 载荷 施加 面的确定 。 壳 体的采用实体模 型的 12结构 , / 在对称 面上起载荷也是对 称分布 的, 在 约束条 件中需 要在对称面上施加对 称边 界约束 ,壳体 的右法 兰与下 法兰分别通过法兰连接的形式连接在 井控 管汇上 ,在此对其施加 全约 束。壳体 上部安装相应配件 , 勿须固定 , 在此面上不施加约束。 施加载荷时 , 由于节流 阀壳体上部 凸台处安装有密封部件 , 高压 故 钻井液的压力只是均匀分布在壳体 内流道上 ,在钻井液流经过 的曲面 上施加 15 a压力 。在 额定 压力等于 1 5 a时 , 0 MP 0 Mp 壳体的有限元分 析
结 果 如 图 3所示 。
图 1节流阀壳体结构示意图 根据设计 图纸 ,在 P O— R E软件 中建立 高压节流 阀的三维模型 , 基 于有限元分 析相关 理论 , 可以对有限元模 型进行简化 , 由于壳 体结构上 的对称性 , 其所 受载荷 均匀周 向布置 , 以选取壳体模 型的一半实现有 可 限元模 型的建立。本文对 于壳体有 限元模 型作 了如下假设 : 1壳体材 () 料各 向均匀 同性 ;2 壳体 在实现 节流过程 中 , () 内部压力 均匀分 布在模 型的面上 ; 3 简化模型 过程 中, 体右法 兰与壳体下 法兰上 的法 兰孔 () 壳 由于离壳体 主体较 远 , 可以认 为其对壳体主体的结构强度影响不大 。 节流阀壳 体主体 采用 调质处理后 的合金铸钢 ,其力学性 能参数如
O 3
≥3 5
≥ l 8
≥5 O ≥6 5 2 5
图 31 5 a时节 点 Mi s 力 分 布 图 0 Mp s 应 e 通过分 析应力 云图可知 , 壳体应力分布主要包括 以下几个 区域 : 壳 体外部安全 区、 钻井液 正常流道区以及钻井液 内流道 T型交叉 区。 壳体 外部安全 区的应力分布均小 于 5 M a 为壳体应力最 小区域 , 0 p, 此区域 内 的安 全 系数 最 高 的 区域 。钻 井 液 正 常 流 道 区 的 应 力 分 布 集 中在 10 p ~ 6 M a 0 M a 2 0 p 之间 , 应力分布越靠近钻井液流道其应力值 越大 , 流道 管体上 的应力分布 由内而外逐渐减小 ,与弹塑性力 学理 论中厚壁 圆筒 受 内压时其应力分 布趋势相吻合 。 钻井液 内流道 T型交叉区为壳体结构 的应力集 中区 ,应力集 中处 节 点 的最 大 Mi s 力 为 4 4 a发 生 在 钻 井 液 流道 转 弯处 , 流 阀壳 s 应 e 7 Mp , 节 体 材 料 为 经 调 质 处 理 后 的 合 金 铸 钢 其 屈 服 极 限 为 50 a 可 得 其 安 全 2 MP , 系数较小 。对于承受高压壳体来说 , 过分析可 知, 通 T型 交 叉 区 强 度 存 在 发 生 屈 服 的可 能 性 , 由 于 T型 交 叉 区 受 流 体 的 冲刷 将 出 现 明 显 的塑
特高压直流输电换流阀控制系统应用
特高压直流输电换流阀控制系统应用摘要:换流阀作为换流站中的关键设备,能实现交流电与直流电之间相互转换。
换流阀控制系统主要功能是触发、监视和保护换流阀。
以±800kV特高压东方换流A5000换流阀为背景,介绍换流阀控制系统的原理及配置方式,对阀控单元及晶闸管控制单元的重点功能进行详细分析。
针对实际运行中需要重点关注的阀控接口信息,给出归纳与总结,为今后换流阀系统的运行维护及消缺处理提供参考。
关键词:特高压直流输电系统;换流阀;晶闸管;换流阀控制;接口技术特高压直流输电技术是指采用直流电压进行输电的技术。
直流输电作为特高压输电的一种形式,是目前解决高电压、大容量、远距离输电和电网互联问题的重要手段。
随着电力系统的需求扩大和电力电子技术不断发展,特高压直流输电技术日渐成熟,换流站作为特高压直流输电的龙头,其可靠性要求特别高,尤其是换流站的核心元件换流阀,由成千上万个元部件组装,结构复杂,安装难度高。
1.特高压直流输电1.1特高压直流输电性能特点特高压直流输电的原理为:发电系统发出交流电,升压后,送电端的换流器将交流电整流为高压直流电,通过直流输电线路将高压直流电输送到受电端,受电端再通过换流器将直流电逆变成交流电,最终送入送电端的交流电网[1]。
与交流输电相比,直流输电技术具有线路造价低、输送容量大、输电距离远、控制灵活、节省输电走廊占地的特点。
因此我国电力远距离大规模输送必然选择特高压直流输电技术[2]。
1.2主接线方式我国±800kV特高压直流输电换流阀采用双12脉冲阀串联结构,如图1所示。
其电压组合有±400kV+±400kV、±500kV+±300kV和±600kV+±200kV3种方式,一般情况下采用±400kV+±400kV组合。
运行中根据需要,双12脉冲阀主接线中需要配置旁路开关,以便根据运行情况而切换运行方式。
基于有限元分析的高压管道局部加强设计
基于有限元分析的高压管道局部加强设计摘要:管道应用于各个行业,根据应用场所不同,管道所输送的介质压力也有很大的差距,为使管道能承受更大的介质压力,在设计时往往通过增加壁厚来实现,但这在很大程度上增加了成本。
本文在传统管道研究基础上,利用ANSYS 有限元分析软件针对高压工况对管道进行了应力分析,分析了管道厚度对承受介质压力的影响。
结果表明:管道厚度增加固然可以承受更大的压力,但是随着壁厚的增大,管道能承受的压力极限增大幅度越来越小。
针对以上研究研究结果,本文提出了一种新型局部加强型管道,并对其进行了有限元分析,证明了其在较小壁厚下可以承受较大的介质压力,可以很大程度上降低成本。
关键词: 高压工况;管道;有限元分析;ANSYS;局部加强Abstract: the pipe used in every field, according to different fields, the pipeline transport medium pressure also have a large gap, to make the pipe can accept more of the medium pressure, in the design, often by increasing the thickness to achieve, but this greatly increased the cost. In this paper, based on the research of traditional pipe, ANSYS finite element analysis software for high pressure conditions on the stress analysis of pipeline, this paper analyzes the pipeline thickness under the influence of the media to pressure. The results show that the pipeline thickness can take more increase is the pressure, but with the increase of wall thickness, pipe can withstand the pressure increases more and more small amplitude limit. According to the research results, this paper puts forward a new local reinforced pipe, and analyses the finite element analysis, it is proved in the smaller wall thickness can withstand the big medium pressure and can greatly reduce the cost.Keywords: high pressure conditions; Pipe; The finite element analysis; ANSYS; Local strengthen1 引言管道是用于输送气体、液体或带固体颗粒的流体的装置。
基于有限元分析的建筑结构抗震性能研究
基于有限元分析的建筑结构抗震性能研究近年来,地震频繁发生,给建筑结构的抗震性能提出了更高的要求。
为了确保建筑物在地震中的安全性,有限元分析成为了一种常用的研究手段。
本文将基于有限元分析,探讨建筑结构的抗震性能以及相应的研究方法。
一、有限元分析简介有限元分析是通过将实际结构离散成有限个单元,通过数值计算方法,求解每个单元的变形和应力,进而得到整个结构的力学性能。
在建筑结构的抗震性能研究中,有限元分析可以模拟结构在地震作用下的反应,以评估结构的稳定性和安全性。
二、建筑结构的抗震性能指标1. 刚度:结构的刚度是抗震性能的重要指标之一。
刚性越大,结构在地震中的变形越小,抗震性能越好。
有限元分析可以通过计算结构的刚度来评估其抗震性能。
2. 塑性变形:塑性变形是结构在地震荷载作用下出现的一种特殊变形形态。
结构的塑性变形能够吸收地震能量,减小动力响应。
有限元分析可以模拟结构的塑性变形过程,进一步了解结构的抗震性能。
3. 破坏模式:结构在地震中可能出现不同的破坏模式,如弯曲破坏、剪切破坏等。
有限元分析可以模拟不同的破坏模式,并评估结构在破坏前后的抗震性能。
三、有限元分析在建筑结构抗震性能研究中的应用1. 土木工程领域:有限元分析在土木工程领域中的应用广泛。
通过有限元模型,可以模拟不同类型的建筑结构,如钢筋混凝土框架、钢结构、混凝土结构等。
通过分析这些结构在地震中的响应,研究其抗震性能,从而指导工程实践。
2. 结构优化设计:有限元分析可以帮助工程师进行结构优化设计,提高结构的抗震性能。
通过调整结构的几何形状、材料特性或者支撑条件,可以使抗震性能得到改善。
有限元分析可以预测结构在不同条件下的响应,提供科学依据。
3. 风险评估和加固设计:借助于有限元分析,可以对已建成的建筑结构进行风险评估,识别潜在的安全隐患。
在确定结构的抗震性能不足时,可以通过有限元分析提供的定量数据,进行合理的加固设计。
四、有限元分析的局限性及发展方向1. 网格剖分:有限元分析的精度与网格剖分密切相关。
有限元方法在结构力学中的应用分析
有限元方法在结构力学中的应用分析有限元方法是一种数值分析方法,广泛应用于结构力学领域。
它通过将结构划分为有限个小单元,利用数学模型和计算机仿真技术,对结构的力学性能进行分析和优化。
有限元方法的基本原理是将结构分割成许多小的有限元单元,每个有限元单元都有一组节点和连接它们的单元边界。
通过在每个有限元单元内部施加适当的边界条件和加载条件,可以计算出结构在不同工况下的应力、应变、位移等力学参数。
有限元方法的应用分析主要包括以下几个方面:1. 结构分析:有限元方法可以用于分析各种结构的静力学和动力学性能。
通过建立合适的数学模型和边界条件,可以计算出结构在不同荷载下的应力分布、变形情况以及自然频率等重要参数。
这对于结构的设计和优化具有重要意义。
2. 材料力学:有限元方法可以用于分析材料的本构关系和破坏行为。
通过将材料的物理性质和力学行为建模为数学方程,可以计算出材料在不同加载条件下的应力应变曲线、破坏模式等参数。
这对于材料的选用和性能评估具有重要意义。
3. 疲劳分析:有限元方法可以用于分析结构在长期循环荷载下的疲劳寿命。
通过建立适当的疲劳损伤模型和加载条件,可以计算出结构在不同工况下的应力历程、疲劳寿命等参数。
这对于结构的安全评估和寿命预测具有重要意义。
4. 热力分析:有限元方法可以用于分析结构在高温或冷冻条件下的热力行为。
通过建立合适的热传导模型和边界条件,可以计算出结构在不同温度场下的温度分布、热应力等参数。
这对于热力耦合问题的分析和优化具有重要意义。
5. 流固耦合分析:有限元方法可以用于分析结构和流体的相互作用。
通过建立合适的流固耦合模型和边界条件,可以计算出结构在流体作用下的应力、变形以及流体的压力、速度等参数。
这对于液压系统、风力发电机等领域的设计和优化具有重要意义。
综上所述,有限元方法在结构力学中的应用分析具有广泛的应用前景。
随着计算机技术的不断发展和数值方法的不断改进,有限元方法将在结构力学领域发挥越来越重要的作用。
浅析功率晶闸管反向恢复特性及其保护
浅析功率晶闸管反向恢复特性及其保护作者:马艳马成群李阳来源:《速读·上旬》2019年第05期摘; 要:功率晶闸管具有反向恢复的特性,本文在分析其物理过程的基础上,对影响关断时间的因素作了分析,并对利用LTT换流阀对晶闸管反向恢复保护提出了相应的对策。
关键词:功率晶闸管;恢复时间;影响因素;恢复保护;LTT换流阀功率晶闸管具有可控性强、重复频率高、通流大的特点被广泛的用于脉冲功率电源,但是由于晶闸管具有着反向恢复的特性容易导致晶闸管在关断的过程中出现过压损坏。
要减小晶闸管过压损坏就必须对晶闸管的反向恢复特性进行研究。
一、晶闸管反向恢复物理过程分析晶闸管具有这低掺杂大注入的基区,在构造方面分为三端四层。
晶闸管从阻断状态变为导通状态的过程中硅片每个区域都注入了大量的非平衡载流子。
这些载流子在晶闸管从导通状态变为阻断状态时经过复合、迁移、扩散的方式消散起效,这一过程被称为晶闸管的反向恢复过程。
晶闸管由3个PN结构成,当处于阻断态时假如在门极相对于阴极加上正向电压[UG],就会有与阳极电流同方向的门极电流[Ig]通过[J3]结,但是通过[J3]结的电流不再受反偏[J2]结的限制,只需要在改变[J3]结的电压就可以控制[J3]结的电流大小。
当[Ig]增大时[J3]结的电流也会增大,引起了[N2]区向[P2]区注入大量的电子,已纷纷于空穴复合最终形成门极电流,另一部分电子在[P2]区通过扩散到了[J2]结被收集到了[N1]区,导致了[J2]结电子电流的增加。
电子被收集到[N1]区导致电位下降,[J1]反而正便,注入空穴的电流增加,通过整个晶闸管的电流[IA]也增加,致使晶闸管导通。
当切断晶闸管正向电流后,并不能立刻关断,假如在短时间内加上正向电压,晶闸管还是会导通。
晶闸管关断特性是通过载流子的浓度的变化来确定的,剩余载流子要降到储存电荷小于临界储存电荷,从切断正向电流到控制恢极恢复控制能力需要的时间就是关断时间[toff]。
800kv特高压直流输电换流阀关键技术及应用
800kv特高压直流输电换流阀关键技术及应用800kV特高压直流输电换流阀关键技术及应用包括以下几个方面:
1. 特高频PD信号传感技术:这种技术能够创新地实现特高频传感器展频的附加阻抗匹配网络、多层屏蔽谐振、非中心点馈电以及复合结构等关键技术。
这种技术在强电磁环境下可以采集微弱的PD信号,具有超宽频带特性,检测频带范围非常广,中心频率在500MHz至1GHz内可选,并可调节多频谐振点的相对位置以形成抑制窄带干扰频段的阻带。
2. 电磁兼容技术:这种技术主要应用于控制和消除电磁干扰,确保换流阀在复杂的电磁环境中稳定运行。
电磁兼容技术包括控制换流阀的电磁辐射、传导和敏感度,以及抑制电网过电压和雷电冲击等。
3. 阀冷却技术:这种技术主要应用于确保换流阀在高温环境下长期稳定运行。
阀冷却技术包括采用液冷和风冷等多种方式,对换流阀进行散热和降温,同时考虑环保和节能的要求。
4. 监控与保护技术:这种技术主要应用于实时监测换流阀的运行状态,预防潜在的故障。
监控与保护技术包括采用传感器、信号处理和模式识别等技术,对换流阀的电气和机械性能进行实时监测和预警,以及在必要时采取保护措施。
总之,800kV特高压直流输电换流阀关键技术及应用是多学科交叉的领域,涉及电气工程、机械工程、电子工程等多个学科。
这些技术的应用可以提高特高压直流输电的稳定性和可靠性,降低运行成本和维护成本,为电力行业的发展做出贡献。
特高压直流输电换流阀控制系统应用
特高压直流输电换流阀控制系统应用摘要:在中国电力行业,特高压直流输电工程占有重要地位。
工程施工中,要保证换流阀控制系统的稳定性。
换流阀控制系统的研究对特高压直流输电工程建设具有重要意义。
换流阀控制系统的主要功能是触发、监控和保护换流阀。
本文在此基础上阐述了换流阀控制系统的原理和配置,详细分析了阀门控制单元和晶体管控制单元的关键功能。
根据阀门控制接口信息注意实际运行,总结为今后换流阀系统的运行维护和故障排除提供参考。
关键词:特高压直流输电;换流阀;控制系统前言远距离传输的优点比交流电流传输明显:直流输电线路功率损失较低,输电能力较高;直流输电架空线只需要正负两极,因此塔简单,线路成本相对较低。
稳定良好,能够高效输送大容量电力;电力系统可以异步连接,而不会增加交流电路的短路容量。
地球可视为导体,有效提高了传输系统的可靠性;分阶段建设、增加能力和提高投资效率更容易。
作为直流输电工程的关键设备,换流阀可以实现直流通信或直流通信的转换,是直流输电工程的核心。
1换流阀控制原理特高压直流输电工程一般采用双极性12脉冲变频器系统,电压等级为±800 kV 以上,电流范围为4000A至6250A,换流阀正常运行情况如下:(1)阳极电压应大于阴极电压。
(2)为控制电极添加必要的触发脉冲。
阀门只有满足这两个条件才能打开换流阀正常关闭条件:(1)电流降为零;(2)阀门电压在一段时间内为零或负。
当满足其中一个条件时,阀门可以关闭。
在直流运输项目中,必须通过连接多个晶闸管元件形成一个传输阀。
因此,换流阀控制系统的全部设备也分为几个部分。
①极控制系统(PCP):计算触发角度后,产生控制脉冲并发送到阀门控制系统;②阀门控制系统(VBE/VCU):接收极点控制系统的控制脉冲,生成触发脉冲并将其传送给晶体管,收集晶体管反馈脉冲信号,进行分析和处理,并将阀门控制系统信息发送给极点控制系统。
③晶闸管控制单元(TFM/TCU):接收阀门控制系统的触发脉冲,产生门极脉冲,实现晶体管的相对保护功能。
特高压换流变压器阀侧侧壁结构设计与分析
电力系统2020.7 电力系统装备丨113Electric System2020年第7期2020 No.7电力系统装备Electric Power System Equipment通常将电压等级为±800 kV 及以上的直流输电及相关技术称为特高压直流输电。
特高压直流输电技术优势明显:输电容量大、损耗小、送电距离远,输电通道利用率高。
我国西电东送战略就主要使用了±800 kV 特高压直流输电技术。
换流变压器是特高压直流输电工程中的关键设备,是交、直流输电系统中的整流、逆变两端接口的核心设备。
不同于常规交流变压器结构,换流变压器主要分为阀侧和网侧。
阀侧主要指换流变和直流输电系统连接的部分。
本文主要介绍了±800 kV 特高压换流变压器阀侧侧壁结构设计过程,并基于ANSYS Workbench 软件做了有限元分析验证。
1 阀侧结构介绍换流阀是直流换流站的核心设备,是由大功率晶闸管元件和必要的触发控制、水冷、阻尼元件等构成,对运行环境有非常严格的要求。
阀厅就是为满足这些要求而配套建设的密闭建筑,对换流器和整个直流输电系统的正常运行起到关键的作用。
阀厅与换流变压器之间有防火墙,换流变压器的阀侧套管穿过防火墙与阀厅内换流阀连接,如图1、图2所示。
因此,换流变压器的阀侧套管一般设计为侧出的结构。
本项目依据换流站阀厅布置,阀侧套管安装在变压器油箱短边左侧壁上。
图1阀厅与换流变压器布置示意图图2 换流变压器出线装置+/-500 kV换流变压器阀侧内部要实现器身与套管连接必须通过出线装置(图2)来完成。
在换流变压器长期运行过程中,换流变阀侧出线装置及阀侧套管除承受交流电压、雷电冲击电压和操作过电压外,还承受直流电压、直流与交流的混合电压和系统发生潮流反转时产生的极性反转电压的作用。
由于换流变压器阀侧承担电压的特殊性,换流变压器的绝缘结构较传统交流变压器复杂很多,其安装制造都有十分严苛的公差要求。
大型渡槽抗震分析中流体的位移有限元模式
大型渡槽抗震分析中流体的位移有限元模式大型渡槽是大型水利工程中不可或缺的重要组成部分,也是城市水泵房、自来水厂等水利设施的重要设备之一。
在渡槽的设计过程中,抗震性能一直是工程设计者关注的重点之一。
而流体的位移是影响渡槽抗震性能的重要因素之一。
如何通过有限元模式对大型渡槽的流体位移进行分析,以提高其抗震性能,是目前研究的热点问题之一。
一、大型渡槽抗震性能分析大型渡槽在受到地震作用时,其结构会受到一定幅度的变形,其中流体位移是影响其抗震性能的重要因素之一。
通常情况下,工程设计者会考虑流体位移对渡槽结构的影响,对其进行相应的抗震分析。
在分析中,通常会采用数值模拟的方法,通过有限元分析等数学方法对其进行分析。
但是,在大型渡槽抗震性能分析中,流体的位移对其结构的影响较为复杂。
一方面,流体的位移会产生剪切力和压力,从而对渡槽结构产生影响;另一方面,流体的位移还会对渡槽结构的材料和性能产生影响,影响其整体的抗震性能。
二、大型渡槽抗震分析中流体的位移有限元模式在大型渡槽抗震分析中,有限元模式是一种广泛使用的数值模拟方法,其基本原理是将复杂结构划分为小块进行分析。
在大型渡槽抗震分析中,有限元模式可以将渡槽结构划分为多个小块,通过对小块之间的相互作用进行分析,得出整体渡槽结构的抗震性能。
在大型渡槽抗震分析中,流体的位移有限元模式通常采用两种模型:1. Euler模型Euler模型是一种适用于高速流体计算的数值模型。
在Euler模型中,流体被看作是一个连续的介质,其运动状态可以通过状态密度、速度和压力等变量来描述。
由于其计算方法简单,因此在一些高速流体计算中被广泛使用。
在大型渡槽抗震分析中,Euler模型可以用于分析流体在地震作用下的运动状态,得出其对渡槽结构的影响。
2. Navier-Stokes模型Navier-Stokes是一种适用于缓慢流体计算的数值模型,其基本原理是对流体的质量、动量和能量守恒等进行数学形式的表述,用于分析流体在静水作用下的运动状态。
有限元法在特高压变压器绝缘设计中的应用
保 护技 术 的发 展 , 对 于 不 同 电压 等 级 的变 压 器 , 绝
缘 试验 的考 核重 点不尽 相 同 。
器 的 电压 等 级越 来 越 高 , 2 0 0 9 年, 国内 首 条特 高 压 输 电线 路 “ 晋东 南 一 南 阳一 荆门 1 0 0 0 千伏 特 高压 交流
试验示范工程” 投入运行 , 电力 变 压器 的 电 压等 级 达到 了空前 的水平 。
6 6
赵 峰等: 有限元法在特高压变压器绝缘设汁中的应 } } {
绝 缘材 料
2 0 1 3 , 4 6 ( 1 )
有 限元法在特 高压变压器绝缘设计 中的应用
赵
( 1 . 华北 电力大学 ,河北 保定
峰一 - ,卢铁兵 ,王
Байду номын сангаас
冰
保定 0 7 1 0 5 6 )
0 7 1 0 0 3 ;2 . 保定天威集团有 限公司,河北
0 引 言
特殊性 , 绝 缘 设 计 应 以理 论 计 算 及 试 验 技 术 为 依
据 。近 年来 , 随着 对变 压器 研 究 的深 入 以及 过 电压
绝 缘 是 电力 变 压器 的重 要 组 成部 分 , 绝 缘设 计
是 变 压器 设 计 中最 突 出 的问题 。近年 来 , 电力 变压
中 图分 类 号 : T M8 3 5 文献 标 志码 : A 文 章编 号 : 1 0 0 9 — 9 2 3 9 ( 2 0 1 3 ) 0 1 . 0 0 6 6 . 0 5
Ap pl i c a t i o n o f Fi n i t e El e me nt Me t ho d i n I ns u l a t i o n De s i g n o f Ul t r a - h i g h Vo l t a g e Tr a ns f o r me r
利用有限元分析法对阀座进行优化设计
利用有限元分析法对阀座进行优化设计运用有限元分析法对重要受力零件进行应力和变形分析,不仅使设计工作更快捷、更直观,而且也大大保证了设计的完整性、可靠性。
针对油田阀门CAD、CAE技术的现状和发展趋势,应用SolidWorks和COSMOS软件的无缝连接,对平板阀阀座进行受力分析。
根据分析结果,优化设计参数,并提出基于理论分析的改进方案,为阀门的结构优化设计与性能改进提供数据支持。
标签:阀座;阀板;建模;有限元分析0 引言菏泽龙泵车辆有限公司是专门生产石油机械的厂家,生产制造平板阀多年,如图1。
生产的平板阀,结构形式非常简单,是油田上最常见的。
密封原理也是大家所熟悉的,就是靠镶装在阀体里的一对波形弹簧分别在阀板的两侧推动阀座,使其密封端面始终贴合在阀板的密封侧面上,从而实现密封,如图2。
而且阀板还可以在两个阀座之间自由挪动,从而实现开启和关闭的功能如图3。
在对平板阀进行设计时,按照以往的类比方法,只要根据老产品对主要零件进行比例放大就可以了。
这是一种非常快捷的设计方法。
在对PFF78-70进行初步试制时就是简单地运用了这种方法。
本想缩短制造周期,但试制结果却证明这是一个不可靠的策略。
由于阀座尾部受力截面太小,局部应力大,产生了危险截面如图4a,试制平板阀阀座承受不了来自阀板的压力,致使阀座尾部由于局部应力过大而变形扩张成喇叭状,造成阀座与阀体配合孔过盈卡死,使波形回位弹簧失效,进而造成阀板与阀座之间的密封面无法贴合而产生缝隙,最终使得密封失效,型式试验失败。
找到了密封失效的原因,更加认识到对受力零件进行全面受力分析的重要性。
但只凭传统的计算方法对形状不规则零件进行分析计算很难做到面面俱到。
如对阀体进行应力校核计算也只是把阀体结构由一个复杂的四通结构简化为一个直通的厚壁筒体,对结构本身的复杂特点未能充分考虑,造成模型与实际受力偏差较大,给设计计算带来较大的误差。
幸好掌握了以SolidWorks和COSMOS 为平台的有限元分析法,这就使设计和验证工作变得快捷、全面,而且可靠。
最新 大型渡槽抗震分析中流体的位移有限元模式-精品
摘要:利用弹性体与流体位移运动方程的相似性,将弹性体有限元模式直接用于流体有限元计算,使得整个渡槽流—固耦合系统具有统一的有限元计算模式。
数值计算表明,这种流体有限元模式计算简便,易于工程应用,具有较好的计算精度,满足工程计算的要求。
关键词:大型渡槽抗震分析流体位移有限元;我国目前在建的广东省东江—深圳供水改造工程建有3座大型渡槽,其设计流量为90m3/s,是目前国内在建的流量最大的渡槽,已经开工的南水北调工程将有更多的、流量更大的大型渡槽,这些大型渡槽都面临着同一个问题——结构抗震,如何评估地震对渡槽结构的作用与影响,是渡槽结构设计中的重要问题。
; 大型渡槽中水量大,流体重量与结构重量相当或甚至超过结构重量,在地震及脉动风作用下,槽内水体的大质量运动会对渡槽结构的动力特性及地震、脉动风反应产生重要影响,因此流体的作用是不可回避且必须加以考虑的问题。
渡槽体系振动时,流体会伴随着结构的振动而产生晃动,反过来流体的晃动又将对结构的振动产生影响,这是一个较为复杂的流体—结构相互作用问题。
在渡槽抗震计算中,采用的有限元法有两类计算格式:一种以流体压力(或流体速度势)为待求未知量[1],利用流体运动方程与结构弹性体运动方程的相似性[2],可得到与结构有限元格式相一致的流体有限元计算模式,但由于结构通常采用位移模式,使得结构流体交接面上位移与压力协调关系不易处理;另一种有限元模式[3]以流体位移为待求未知量,流体与结构均为位移计算格式,流—固交接边界易于处理,容易应用标准的有限元程序,适用面广,适合于复杂渡槽结构—流体的相互作用问题,但位移模式待求未知量的个数多于压力模式,占用的内存较多,且容易产生伪模态,当然目前的微型机内存可配得足够的大,可满足绝大多数的工程计算问题,至于伪模态可通过数值处理方法加以克服[3]。
渡槽抗震计算一般情况要计算两个水平方向(横向和纵向)及一个竖直方向的地震作用,在横向与竖向,槽身结构与流体在正法向发生相互作用,这种法向相互作用对结构与流体的运动具有很大的影响,而在纵向,槽身与流体仅在切向发生相互作用,如果水体假设为理想流体(无粘性),则槽身与水体之间并不传递剪力,无相互作用,事实上,水体的粘性很小,槽身与流体在交接面(边界层)的切向相互作用可忽略不计。
特高压直流输电项目换流阀多重阀单元型式试验
特高压直流输电项目换流阀多重阀单元型式试验发表时间:2018-10-01T11:02:33.933Z 来源:《电力设备》2018年第16期作者:陈明涛行鹏胡宇靳駪[导读] 摘要:特高压直流输电项目用换流阀是全球上首个特高压直流输电用晶闸管换流阀,其型式试验还没有成熟的具体规范及标准。
(西安西电电力系统有限公司陕西省西安市 710065)摘要:特高压直流输电项目用换流阀是全球上首个特高压直流输电用晶闸管换流阀,其型式试验还没有成熟的具体规范及标准。
±500kV及以下高压直流输电换流阀不相同,此类特高压换流阀是由2个12脉动的换流阀组串联构成,也无法简易的根据前者的试验规章和标准。
基于此情况,着重分析多重阀单元(极小方差无偏)类型Ⅲ(极小方差无偏连接在DC600kV及800kV当中)的试验方式,确认型式试验方法是:选取短接试验法;短接试验后再实施第二次双阀电压试验及3个极小方差无偏串联的试验。
关键词:特高压直流输电;换流阀;型式试验;多重阀单元特高压直流输电项目用换流阀是全球上首个特高压直流输电用晶闸管换流阀,它的型式试验现如今全球特高压直流输电市场尚未成熟具体的规定及标准。
特高压直流输电项目用特高压换流阀是由2个12脉动的换流阀组串联构成,而不像±500kV及以下高压直流输电换流阀那样只有1个12脉动的换流阀组,两者所出现的杂散电容及电压分布将会不一样。
故而,无法单纯的复制后者的试验规定及标准,有必要对其型式试验实施分析。
1特高压直流输电项目换流阀电气结构及型式试验特高压直流输电项目换流阀极小方差无偏为双重阀,由四层阀组件构成一个悬吊结构的阀塔,每极换流阀组有3种不同种类的极小方差无偏连接方式如图1所示:极小方差无偏类型Ⅰ——连接于中性点和直流200kV当中或直流200kV和400kV当中,如图1中低压阀厅所示。
极小方差无偏类型Ⅱ——连接于直流400kV和600kV当中,如图1中高压阀厅所示。
有限元分析在电厂高压流化风机设计中的应用
有限元分析在电厂高压流化风机设计中的应用摘要:利用有限元数值模拟对电厂高压流化风机叶轮进行设计选材关键词:有限元电厂高压流化风机叶轮一、概述大型循环流化床锅炉的发展,带动了国内配套辅机制造业的发展。
在循环流化床锅炉系统中,高压流化风机是保证锅炉安全稳定运行的重要辅机之一,其安全性越来越受到设计、用户和设备制造厂的关注。
我公司为国内多家大型CFB锅炉系统配套了高压流化风机,积累了许多的优化设计经验。
二、风机参数及设计方法选择m/3,压力160000Pa,风机的工作转四川某发电厂2×300MW机组高压流化电机,风量36000h/r,叶轮直径1400mm。
配用电机功率800KW。
为了满足风机性能要求现选用双支撑两级叶速2980m in轮的结构形式。
叶轮叶片采用两段圆弧结构形式,叶片数为12片。
前盘为锥形前盘加锻打进口圈的结构形式。
后盘采用锻打轮毂焊接圆盘的结构形式。
针对风机转速较高,叶轮直径较大,线速度达到218m/s,是目前风机行业设计难度较大,采用最基本的工程计算法无法选到满足风机安全运行的材料。
现采用三维实体有限元计算方法对该叶轮的应力、变形进行分析计算。
三、有限元设计方法利用三维软件对一次风机叶轮建立模型,以便进行相关有限元分析。
风机叶轮三维模型叶轮有限元网格模型1、由风机叶轮三维模型可以看出,风机的叶轮是由前盘,后盘和叶片三部分焊接而成的。
初步设计前盘选用6mm厚材料,中盘选用12mm厚材料,叶片选用8mm厚的板材进行计算。
此时叶轮重量324kg,转动惯量为58 kg.m^2。
在对叶轮进行有限元分析时,考虑风机在超速状态下的运行,用工作转速和超速转速进行分析。
1)计算结果:附图一附图二2)结果分析:从附图一可以看出风机叶轮在工作转速条件下,最大应力集中在后盘和叶片进口交界处,最大应力值达到314 MPa。
最大变形位于叶片出口与前盘外圆交界处,最大变形量达到1.697mm,最大变形区域为前盘外圆,变形量为1.5 mm左右。
实例-安全阀有限元分析
弹簧和控制装置-有限元分析学习目标有限元分析是仿真的重要功能模块,通过有限元分析可以解决很多问题:如在设计一个货架时,可以提前通过分析获得当前所设计货架的最大载重量(不会令货架变形);在设计汽车大梁时,可以通过有限元分析判断当前设计的大梁有没有足够的强度等。
当然上面所举的这两个例子,在现实制造的过程中都可以通过现场的压载试验或碰撞试验得到准确的检测值,但是当遇到类似于要判断一座大楼的抗震级数等问题时,再通过真实的实验检测就不太现实了。
实际上,通过有限元分析不只可以取得一些很难通过试验获得的数据,而且可以提前验证设计的合理性,在很大程度上提高产品性能,节约原料成本,进而缩短产品开发的周期。
本章讲述在SolidWorks Simulation有限元分析软件中进行有限元分析的基本操作,包括基本流程、常用工具和获得分析结果等几个重要部分。
此外,在讲解有限元分析的过程中,将讲解安全阀、离心调速器等装置的结构和基本运行原理。
实例、安全阀有限元分析安全阀是一种常用的排泄容器内压力的阀门,当容器压力超过一定值时,阀门自动开启,排出一部分流体,令容器内压力降低,当压力降低到一定程度时,阀门自动关闭,以保持容器内的压力可以固定在一定的范围内。
安全阀按照单次的排放量,可以分为微启式安全阀和全启式安全阀。
微启式安全阀阀瓣的开启高度为阀座内径的1/15~1/20,全启式安全阀阀瓣的开启高度为阀座内径的1/3~1/4。
本实例所设计安全阀为全启式安全阀,如图1所示,其中需要使用有限元验证的是:在安全阀“整定压力”下弹簧的长度,以此来确定调整螺钉和固定螺钉的初始位置;分析在“排放压力”下本安全阀能否达到所设计的开启高度。
图1 安全阀剖视图和透视图主要流程由于本节的终极目的是得到弹簧的预紧力长度和验证本实例所设计安全阀的设计合理性,本节在进行仿真之初,首先对整个模型进行了简化(理想化),以快速得到需要的分析数据,然后通过常用的有限元分析步骤——添加应用材料、设置夹具和外部载荷、进行分析来得到模型分析结果,如图2所示。
提高特高压换流站可靠性的技术应用
提高特高压换流站可靠性的技术应用发布时间:2022-08-11T02:10:57.769Z 来源:《中国建设信息化》2022年第7期作者:李扬帆韩雅帅[导读] 随着城市化发展进程不断加快,人们对电力需求有所提升,这使得特高压直流输电技术在我国被电力系统中有广泛的应用。
而且,我国各个城市在电力行业建设过程中,对输电能力和输电效率的要求逐渐提升,为李扬帆韩雅帅国网上海市电力公司超高压公司,上海 200063摘要:随着城市化发展进程不断加快,人们对电力需求有所提升,这使得特高压直流输电技术在我国被电力系统中有广泛的应用。
而且,我国各个城市在电力行业建设过程中,对输电能力和输电效率的要求逐渐提升,为了实现电力系统安全可靠的运行,必须加强对特高压直流输电的研究力度,保证电力系统输电安全和提高电力系统容量的目的得以实现。
关键词:特高压直流输电;换流站;可靠性技术引言:由于我国幅员辽阔,导致用电负荷以及发电能源资源的分布严重不均,因此我国不仅拥有庞大的用电需求,同时在远距离输电方面也有着相应的需求。
事实证明,在大规模、远距离的电力输送当中特高压直流输电拥有强大的优势,因此提高特高压直流换流站的可靠性有着至关重要的现实意义。
为此,本文将分别从换流阀和换流变压器两大方面,简要分析研究提高特高压直流换流站可靠性的技术应用。
1.特高压换流站主要结构1.1晶闸运作阀门在进行特高压换流站系统设计活动时,对于晶闸运作阀门的设计应利用系数为6的装置运算,其总体构建要具有双面性。
对于特高压转换阀的设计定值保持在47KV的状态,其在运作活动中的最大化数值为50KV。
对于运作活动中的高级端都需要满足1600KV的要求,对于不同阀门的运作活动,和不同电压的运作活动,要相合结合设计,避免阀门的电压过高,影响整体的运作活动。
1.2平波感应装置平波的感应装置是进行特高压换流站系统设计活动的重要环节,因此要给予足够重视。
在进行平波的感应装置设计活动时,要注意利用干式的设计手段,利用不断的电力线路关联形成。
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摘要 :建立换流 阀有限元模型建立 ,运用有限元分析方法对云广工程换流阀进行模 态分析 ,结果表 明:采 用悬 吊结构设 计的换流阀在地 面水平加速度峰值 0 5 ,地面垂直加速 度峰值 01g的地震波作用下是安全可靠的,云广工程换 流阀 .g 2 .5
设 计 满 足抗 地 震 要 求 。
s s e d nsr c r si o es f i eu d r h ci n o rh u k v t .5 f x mu h r o t l c ee a in a d0 1 g u p n i t t e n t a esd n e ea to fe t q a ewa ewi 02 g o uu s h t a h ma i m o i n a a c lr t n . 5C poet s a i u w t Fnt Ee n nls to , n h eu sso a tev l t u nnGun zo VD r c i c ̄ e o t i ii l j d h e me t ayi me d adtersl h w t th a ewi A s h t h v h
采用高 压直流进 行 电力传输 :直 流输 电在我 国 电网 构成 中 、特别 是 “ 电东送 ”和 “ 电南送 ” 中发 西 北 挥 巨大作 用p J 换 流 阀是 高压 、特 高 压直流输 电 ( D HV C)系
这样 当 阀体 摆动 时 ,组 件之 间总是相 互平 行的 ,并 始终平 行于 水平 面。这 样就可 以将换 流 阀的阀塔 简 化为一 个钟摆 的模 型 ,如 图 l 所示 。但是 考虑到组
Absr ct Ba e o t m o el sa ih d n h s pe or t t y it r vav ta : s d n he d e tbls e i t i pa r f he h rso le,t m o a lss n he hy it r vave f he de nay i o t t rso l o
(. lxbeT a s i inS se Cop rt n Xu h n , n n4 0 , ia 1 XJFe il rnm s o y tm r oai , c a g He a 6 0 Chn ; s o 1 0
2 C G T c n lg ee rhC ne G a g h u5 0 2 , h a . S e h oo yR sac e t , u n z o 1 6 3 C i ) r n
件 层 间连接 也是通 过连接 节点 的柔性 连接 ,其实 际 简化模 型如 图 2所示 。
r q r men . e uie t
K e o ds t y it rvave ;Fi t eme y w r : h rso l s nieEl nt Anayss n ieim i e in l i;a ts s cd sg
我 围电 网的骨 干 网架 以 5 0 k 交 流 和 ±5 0 0 V 0 k V直流 系统 为主…。由于直 流输 电在 输 电稳定性方 面有着 显著 的优越性 ,大 容量输 电技 术的重 心逐渐 从交 流转 移到直 流上 来 。随 着高 压直流 晶闸管 阀 J
和高压 直流输 电技术 的 发展 ,越 来越 多的输 电线路
向可 任意摆 动 的柔性结 构 ,以满 足抗 震 要求 。南于
阀内各层 电位不 同 。为 了保证 层 间的空气 绝缘距 离
和爬 电距离 ,采用 具有 足够 长度 和特殊外 形 的层 问 悬 吊绝缘子 。它们 具有 足够 的机械 强度 和 良好 的电 气绝缘 性能 。 阀内上下 两个组 件 由绝 缘铰链 联接 ,
关 键 词 :换 流 阀 ;有 限 元 分析 ;抗 震 设 计
Appl a i n o i to fFEA i m i sg fUH V yr s o l e c i Se s c De i n o n Th it rVa v s
Z U Xi u L a l XI O J HU NG Yn Z AN i L i h a g H n a, I oi , A i , A ig, H G J n, O J z u n h Xi n n a n
o xmu et aacl ain adtu e ei fh yio a e f u nnG a gh uU D r et eta tes c f ma i m vrclcee t .n sh s no eh r tr l n a — un z o HV Cpo c m es ni i i r o h t d g t t s v v oY j s mi
20 0 9年 笫 3卷 第 6期
2 9. Vo . 00 1 3. N o 6 .
南 方 电 网 技 术
So UTH ERN W ER PO SYSTEM TEC HN o Lo GY
研究 与 分 析
Sudy& Anayss t l i
文章 编 号 :17 —6 9 2 0 ) 60 9 —4 40 2 (09 0 —0 0 6 1
中图 分 类 号 :T 6 :U3 21 M4 1 T 5 .1
文献 标 志 码 :A
有 限元分析在特高压换流 阀抗震设计 中的应用
朱新华 ,黎小林 ,肖晋 ,黄莹 ,张建 ,吕金壮
(1 许 继 柔性 输 电 系统 公 司 , 河 南 许 昌 4 10 ; 2 . 6 0 0 .南 方 电 网技 术研 究 中心 ,广 州 50 2 16 3)