混流式水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪流固耦合的動(dòng)力特性分析.pdf

1、水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪流固耦合的動(dòng)力特性研究對(duì)水輪機(jī)的優(yōu)化設(shè)計(jì)、穩(wěn)定運(yùn)行等都有重要的理論與實(shí)際意義。本文主要研究了混流式水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪葉片的剛強(qiáng)度、模態(tài)和轉(zhuǎn)輪變形后對(duì)流場(chǎng)的影響。(1)創(chuàng)建了混流式水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪的三維實(shí)體模型,并通過(guò)數(shù)據(jù)接口導(dǎo)入到CFD流動(dòng)分析軟件CFX和剛強(qiáng)度分析軟件ANSYS中,建立了混流式水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪的計(jì)算域。(2)利用CFX軟件,基于N-S方程和標(biāo)準(zhǔn)k ?ε紊流模型進(jìn)行轉(zhuǎn)輪內(nèi)部流場(chǎng)計(jì)算,采用分段計(jì)算的方法,獲得了混流式水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪的流場(chǎng)

2、分布。利用APDL語(yǔ)言將混流式水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪上的流場(chǎng)壓力值加載到ANSYS軟件中的轉(zhuǎn)輪上,以最少誤差值的形式實(shí)現(xiàn)兩者的數(shù)據(jù)傳遞。通過(guò)CFD流動(dòng)分析獲得了轉(zhuǎn)輪不同工況點(diǎn)的應(yīng)力值,在此基礎(chǔ)上對(duì)轉(zhuǎn)輪進(jìn)行剛強(qiáng)度分析,研究表明:轉(zhuǎn)輪中最大等效應(yīng)力均出現(xiàn)在葉片的出水邊與上冠和進(jìn)水邊與下環(huán)的連接處,在該部位應(yīng)力的變化梯度較大,易于發(fā)生疲勞破壞;轉(zhuǎn)輪葉片變形最大的部位是葉片的出水邊與下環(huán)的連接處,且從上冠到下環(huán)逐漸變大,即此部位就是葉片振動(dòng)的敏感區(qū)域。隨著

3、導(dǎo)葉開(kāi)度即單位流量和單位轉(zhuǎn)速的增大,轉(zhuǎn)輪葉片應(yīng)力發(fā)生較大變化。(3)通過(guò)對(duì)不同直徑轉(zhuǎn)輪的葉片進(jìn)行激振試驗(yàn),測(cè)量各測(cè)點(diǎn)的頻率響應(yīng),從而得到模態(tài)參數(shù)。實(shí)驗(yàn)測(cè)量了混流式水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪葉片的頻率,結(jié)果表明:葉片的固有頻率與轉(zhuǎn)輪的大小及質(zhì)量分布有很大關(guān)系。為了研究葉片和轉(zhuǎn)輪的振型,采用ANSYS軟件對(duì)混流式水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪進(jìn)行了振動(dòng)模態(tài)分析,研究結(jié)果表明:轉(zhuǎn)輪的低頻振型主要表現(xiàn)為下環(huán)和葉片繞主軸的扭振和擺動(dòng),是分析轉(zhuǎn)輪葉片動(dòng)應(yīng)力的應(yīng)力分布的重要?jiǎng)討B(tài)參數(shù);高