混流式水輪機轉輪結構分析研究.pdf

1、水輪機轉輪是水力發(fā)電機組能量轉換的核心部件，其結構的力學性能直接對水電站機組的安全、可靠、經(jīng)濟運行有著巨大的影響。水輪機轉輪的結構力學性能，包括其剛、強度和模態(tài)分析研究等一直是水輪機數(shù)字化設計中的關鍵技術之一。由于水輪機轉輪葉片是非常復雜的雕塑曲面體，轉輪的工作條件也非常復雜，傳統(tǒng)的研究方法是采用簡化理論分析研究與模型試驗相結合。隨著水力發(fā)電機組朝著巨型化發(fā)展，對于水輪機結構設計與分析提出了巨大的調整。近年來，伴隨數(shù)值模擬技術及計算機技

2、術的發(fā)展，水力發(fā)電設備制造行業(yè)正在探索將基于有限元法的結構分析仿真技術開發(fā)應用于現(xiàn)代轉輪結構優(yōu)化設計，以提高設計的可靠性。 本文以混流式水輪機轉輪為研究對象，根據(jù)混流式水輪機的運行工況，研究其力學和數(shù)學模型、受力分析、邊界條件及計算載荷的簡化和施加方法。結合某電站機組改造研究，對其改造方案的轉輪進行了結構分析。在改造方案的轉輪的水力設計和流場數(shù)值模擬的基礎上，完成混流式轉輪的三維幾何建模。在ANSYS軟件平臺上針對混流式轉輪進行

3、研究開發(fā)，對完成改造方案的轉輪進行結構計算分析。在結構分析過程中，考慮到水輪機轉輪的結構特點和工作性質，采用十節(jié)點二次四面體三維實體單元建立了轉輪的有限元模型。在對轉輪施加載荷的時候主要考慮了離心力、重力及內部流場對轉輪葉片產(chǎn)生的水壓力。考慮水壓力分布涉及到“流固”耦合問題，計算處理中采用順序耦合方法，將轉輪在FLUENT軟件中進行的流場模擬得到后得到葉片上的水壓力，使用APDL參數(shù)化設計語言，自動將其加載。在完成轉輪載荷的施加之后，基