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第 38卷 第 8期 华电技 术 Vol . 38 No . 2016年 8月 Huadian Technology Aug . 2016 GI 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GI 安全、稳定地运行。 关键词:气体绝缘开关设备（ GI );波纹管;膨胀节;有限元分析;结构改进 中图分类号:TM 564 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 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，220 kVGIS 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 220 kVGIS 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