混流式水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪結(jié)構(gòu)分析研究.pdf

1、水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪是水力發(fā)電機(jī)組能量轉(zhuǎn)換的核心部件，其結(jié)構(gòu)的力學(xué)性能直接對(duì)水電站機(jī)組的安全、可靠、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行有著巨大的影響。水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪的結(jié)構(gòu)力學(xué)性能，包括其剛、強(qiáng)度和模態(tài)分析研究等一直是水輪機(jī)數(shù)字化設(shè)計(jì)中的關(guān)鍵技術(shù)之一。由于水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪葉片是非常復(fù)雜的雕塑曲面體，轉(zhuǎn)輪的工作條件也非常復(fù)雜，傳統(tǒng)的研究方法是采用簡(jiǎn)化理論分析研究與模型試驗(yàn)相結(jié)合。隨著水力發(fā)電機(jī)組朝著巨型化發(fā)展，對(duì)于水輪機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與分析提出了巨大的調(diào)整。近年來(lái)，伴隨數(shù)值模擬技術(shù)及計(jì)算機(jī)技

2、術(shù)的發(fā)展，水力發(fā)電設(shè)備制造行業(yè)正在探索將基于有限元法的結(jié)構(gòu)分析仿真技術(shù)開(kāi)發(fā)應(yīng)用于現(xiàn)代轉(zhuǎn)輪結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)，以提高設(shè)計(jì)的可靠性。 本文以混流式水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪為研究對(duì)象，根據(jù)混流式水輪機(jī)的運(yùn)行工況，研究其力學(xué)和數(shù)學(xué)模型、受力分析、邊界條件及計(jì)算載荷的簡(jiǎn)化和施加方法。結(jié)合某電站機(jī)組改造研究，對(duì)其改造方案的轉(zhuǎn)輪進(jìn)行了結(jié)構(gòu)分析。在改造方案的轉(zhuǎn)輪的水力設(shè)計(jì)和流場(chǎng)數(shù)值模擬的基礎(chǔ)上，完成混流式轉(zhuǎn)輪的三維幾何建模。在ANSYS軟件平臺(tái)上針對(duì)混流式轉(zhuǎn)輪進(jìn)行

3、研究開(kāi)發(fā)，對(duì)完成改造方案的轉(zhuǎn)輪進(jìn)行結(jié)構(gòu)計(jì)算分析。在結(jié)構(gòu)分析過(guò)程中，考慮到水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和工作性質(zhì)，采用十節(jié)點(diǎn)二次四面體三維實(shí)體單元建立了轉(zhuǎn)輪的有限元模型。在對(duì)轉(zhuǎn)輪施加載荷的時(shí)候主要考慮了離心力、重力及內(nèi)部流場(chǎng)對(duì)轉(zhuǎn)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(wèn)題，計(jì)算處理中采用順序耦合方法，將轉(zhuǎn)輪在FLUENT軟件中進(jìn)行的流場(chǎng)模擬得到后得到葉片上的水壓力，使用APDL參數(shù)化設(shè)計(jì)語(yǔ)言，自動(dòng)將其加載。在完成轉(zhuǎn)輪載荷的施加之后，基