王 治 国

（哈尔滨大电机研究所，哈尔滨 150040）

1 前言

控制环作为水轮机导水机构的重要部件之一，其刚强度性能会影响到导水机构的正常运转，在控制环的设计中，为防止其跳动和产生过大的变形，均会设置径向和轴向压板，而压板的间隙大小对控制环的变形影响较大。在传统控制环刚强度计算中未考虑压板边界条件的处理，这将导致压板间隙的随意设置。本文采用大型结构分析软件 I/DEAS接触单元对此进行了分析研究，重点讨论了压板—控制环—顶盖的接触状态，得出有限元分析中Gap单元合理的边界参数条件。

2 控制环的计算方法

2.1 有限元力学模型的建立

根据控制环的结构与受力特点，在对控制环分析计算时，取其整体结构作为计算分析模型（图1），并将导叶连杆与连接压板考虑在内，具体结构连接状态如图2所示。

（1）工况：对于控制环而言，我们关注的主要是大、小耳柄、控制环本体的强度与变形，以及扭转刚度能否满足使用性能要求。因此，在计算时通常考虑以下3种工况，分别是正常操作工况、接力器一端卡住工况和切向刚度计算工况，在本文中仅以正常操作工况计算为例加以介绍。

（2）边界条件：控制环导叶连杆用梁单元模拟，并约束连杆外端各方向的位移。用Gap单元模拟压板处的轴向约束以及控制环与顶盖的轴向接触状态。接力器的外载荷是以操作力 F按余弦分布施加在大耳柄内圆面。

图1 控制环计算模型

2.2 接触单元的参数分析

对于Gap单元，I-DEAS软件中主要有两种类型，一种是节点对地单元，另一种是节点对节点单元。……