基于數(shù)值計算的混流式水輪機動力特性分析.pdf

1、隨著水輪機單機容量的逐步提高，機組尺寸隨之增大，其剛度相對減弱，水輪機運行的穩(wěn)定問題日益突顯;同時，技術(shù)的快速進步使機組運行的自動化程度得到大幅提高，無人值班，少人值守，遠程控制的水電廠逐步增多，對機組的安全穩(wěn)定運行要求也日益嚴格。本文以混流式水輪機為研究對象，借助CFD技術(shù)，系統(tǒng)分析了水輪機內(nèi)部的流動狀態(tài)及在不同運行工況下的流場特征，并以流場數(shù)值計算為基礎(chǔ)，對水輪機轉(zhuǎn)輪進行了流固耦合計算，得出了轉(zhuǎn)輪的模態(tài)及在耦合場作用下的應(yīng)力應(yīng)變情況

2、。主要內(nèi)容如下:
　　 1.在理論上系統(tǒng)研究與分析了水輪機過流流道的流體動力學(xué)模型及數(shù)值計算方法、水輪機轉(zhuǎn)輪的結(jié)構(gòu)靜力學(xué)模型及數(shù)值模擬方法。借助三維造型軟件，運用三維繪圖的逆向工程方法，繪制了水輪機的三維幾何模型及各過流流道模型，并借助網(wǎng)格劃分軟件，對水輪機計算域進行了網(wǎng)格劃分。
　　 2.利用流場計算軟件對水輪機全流道進行了定常與非定常數(shù)值計算，詳細分析了水輪機的內(nèi)部流動特征，并在流場計算基礎(chǔ)上，對耦合場下的轉(zhuǎn)輪進行了

3、結(jié)構(gòu)靜力學(xué)計算，分析得出了不同載荷施加方法對轉(zhuǎn)輪葉片應(yīng)力應(yīng)變情況的影響。同時，還對轉(zhuǎn)輪在不同轉(zhuǎn)速下的動力特性進行了計算分析，得出了不同轉(zhuǎn)速對轉(zhuǎn)輪葉片最大等效應(yīng)力的影響:葉片最大等效應(yīng)力值隨著轉(zhuǎn)速的增加而增大，其量值變化與轉(zhuǎn)速增加幅度成非線性關(guān)系，在小轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)運行時，應(yīng)力變化趨勢較為平緩，其量值也較小，隨著轉(zhuǎn)速的遞增，應(yīng)力及變形變化較快，對比得出，離心力對轉(zhuǎn)輪的最大等效應(yīng)力與最大變形影響較大。
　　 3.本文還分別進行了轉(zhuǎn)輪在空

4、氣中的模態(tài)分析與考慮旋轉(zhuǎn)預(yù)應(yīng)力的耦合場下的模態(tài)分析，發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)輪模態(tài)受旋轉(zhuǎn)預(yù)應(yīng)力的耦合力場的影響很小。通過對振型分析，發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)輪在低階模態(tài)時，其振動形式以轉(zhuǎn)輪的整體振動為主，主要表現(xiàn)在整體的擺振及上下振動;在高階模態(tài)時，轉(zhuǎn)輪的振動形式演變?yōu)樯瞎?、下環(huán)及口十片的局部振動，主要表現(xiàn)為局部的扭曲振動及彎曲變形。同時，對轉(zhuǎn)輪在實際運行中所受到的部分水力激振力頻率進行了計算分析，并通過與轉(zhuǎn)輪在耦合場作用下的振動頻率相比較，發(fā)現(xiàn)兩者差值較大，說明轉(zhuǎn)輪發(fā)生