Компания «ПромГидроЭнергоМаш» (ООО «ПГЭМ») является одним из ведущих поставщиков затворов различной модификации, ворот шлюзов, решеткоочистных машин, водоочистных сеток для ГЭС, ГРЭС и ТЭС в России и странах СНГ. Компания имеет большой опыт проектирования, изготовления, поставки и монтажа сложнейшего технологического оборудования для тепловых, гидро- и атомных станций.

В 2014 году на основании численного моделирования в среде ANSYS специалисты «МЦД» выполнили для компании ООО «ПГЭМ» расчет на прочность шарнирной опоры сегментного гидрозатвора Нижне-Бурейской ГЭС.

Целью работы был расчет напряженно-деформированного состояния модели шарнирной опоры затвора водосброса и вывод распределения напряжений в интересуемых элементах шарнирной опоры.

В работе рассматривалась модель шарнирной опоры затвора водосброса, состоящая из ноги сегментного затвора, неподвижной части шарнирной опоры, подвижной части шарнирной опоры, полиамидной вставки и втулки подшипника опоры, а также из бетонного окружения.

В качестве нагрузок на шарнирную опору выступали две величины: нагрузка от действия гидростатического давления и момент от действия усилия в гидроцилиндрах для подъема сегментного затвора.

Инженерами «МЦД» были рассмотрены два расчетных случая:

• «Расчет шарнира при затворе в проектном положении на пороге под полным напором» – в данном расчетном случае нагрузкой выступала только составляющая от гидростатического давления;
• «Расчет шарнира при подъеме затвора под полным напором» – в данном нагрузочном случае нагрузкой являлась и составляющая гидростатического давления, и момент, необходимый для преодоления силы трения в шарнире;

В результате конечно-элементного моделирования были выведены максимальные напряжения в наиболее опасных сечениях для следующих компонентов модели шарнирной опоры:

• неподвижная часть опоры,
• подвижная часть опоры,
• втулка между подвижной и неподвижной частями шарнирной опоры,
• в полиамидной вставке;
• в поковке для оси;

Выполнена оценка полученных значений напряжений для обоих расчетных случаев.

Проведено сравнение полученных напряжений с предельными напряжениями, соответствующими I-ой группе предельных состояний для материала соответствующего элемента модели шарнирной опоры.

На основании полученных данных был сделан вывод о том, что напряжения в рассматриваемых элементах шарнирной опоры не превышают пределов текучести материалов, за исключением области концентраторов напряжений. Наибольшие концентрации напряжений наблюдались в подвижной части опоры – на пяте и траверсе. В концентраторах наблюдалось превышение предела текучести материала, однако осредненные напряжения по сечению не превышали предельно допустимых значений. Таким образом, был сделан вывод о том, что с наличием небольших пластических деформаций несущая способность конструкции под заданной нагрузкой сохранится. Однако заказчику следует учесть, что на пяте концентратор напряжения расположен на сварном шве. Ввиду допущений, что окрестность сварки имеет механические свойства цельного материала, было рекомендовано переработать этот участок для снижения напряжений.

В случае наличия большой выпрямляющей подложки из компаунда между пятой опорой и ногой затвора, передающей усилия, заказчику следует учесть, что сдавливающие усилия могут ослабить затяжку болтовых соединений. Для предотвращения ослабления было рекомендовано сильнее затягивать болтовые соединения при монтаже.