帶有缺陷的軸流水輪機(jī)葉片的動(dòng)力特性分析.pdf

1、隨著現(xiàn)代水輪機(jī)技術(shù)的發(fā)展，低水頭水力資源的開發(fā)的越來越多地采用大型的轉(zhuǎn)輪，使得當(dāng)今水輪機(jī)在設(shè)計(jì)上朝著薄葉片和大尺寸方向發(fā)展，這對(duì)水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪葉片的制造和剛強(qiáng)度帶來了嚴(yán)峻的考驗(yàn)，越來越多的電站因轉(zhuǎn)輪葉片的鑄造缺陷而產(chǎn)生裂紋，影響了機(jī)組效率，甚至出現(xiàn)葉片斷裂的現(xiàn)象，嚴(yán)重影響了電站的安全穩(wěn)定運(yùn)行。因此，本文在考慮葉片缺陷的情況下，對(duì)帶缺陷的軸流式水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪葉片進(jìn)行了動(dòng)力特性分析，取得的研究成果對(duì)提高機(jī)組的安全穩(wěn)定運(yùn)行有著長遠(yuǎn)的指導(dǎo)意義，有著重要

2、的學(xué)術(shù)價(jià)值。
　　首先，分別建立有無缺陷葉片的有限元網(wǎng)格單元，將軸流水輪機(jī)CFD分析的動(dòng)水壓力結(jié)果，加載到兩種葉片的有限元網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)上，實(shí)現(xiàn)葉片的瞬態(tài)動(dòng)力分析，結(jié)果表明兩種葉片的最危險(xiǎn)點(diǎn)位于靠出水邊的葉片和樞軸的交界處，而且缺陷葉片在危險(xiǎn)節(jié)點(diǎn)的應(yīng)力集中程度要明顯高于正常葉片。
　　其次，針對(duì)兩種由鑄造缺陷產(chǎn)生的裂紋，即對(duì)內(nèi)埋裂紋和表面裂紋進(jìn)行分析研究，其中，內(nèi)埋裂紋是由于葉片的內(nèi)部鑄造缺陷導(dǎo)致擴(kuò)展的裂紋;而采用的方法是研究表面

3、裂紋的延展，來更加直觀地反映出由鑄造縮孔產(chǎn)生的外部葉片裂紋的發(fā)展規(guī)律。通過瞬態(tài)分析表明:內(nèi)埋裂紋葉片變形量達(dá)到一定時(shí)，缺陷葉片的應(yīng)力幅值明顯高于正常葉片。在缺陷位置處產(chǎn)生了應(yīng)力集中。此外，對(duì)兩種裂紋在延展過程中的葉片強(qiáng)度進(jìn)行了研究，結(jié)果表明:表面裂紋葉片在裂紋尖端出現(xiàn)應(yīng)力幅值，在裂紋長度為88mm時(shí)到達(dá)破壞極限。而內(nèi)埋裂紋葉片在樞軸與葉片交接處的應(yīng)力集中現(xiàn)象非常明顯，在裂紋長度為94mm時(shí)，葉片到達(dá)破壞極限。
　　最后，通過弱耦合