混流式水輪機轉(zhuǎn)輪流固耦合的動力特性分析.pdf

1、水輪機轉(zhuǎn)輪流固耦合的動力特性研究對水輪機的優(yōu)化設(shè)計、穩(wěn)定運行等都有重要的理論與實際意義。本文主要研究了混流式水輪機轉(zhuǎn)輪葉片的剛強度、模態(tài)和轉(zhuǎn)輪變形后對流場的影響。(1)創(chuàng)建了混流式水輪機轉(zhuǎn)輪的三維實體模型,并通過數(shù)據(jù)接口導(dǎo)入到CFD流動分析軟件CFX和剛強度分析軟件ANSYS中,建立了混流式水輪機轉(zhuǎn)輪的計算域。(2)利用CFX軟件,基于N-S方程和標準k ?ε紊流模型進行轉(zhuǎn)輪內(nèi)部流場計算,采用分段計算的方法,獲得了混流式水輪機轉(zhuǎn)輪的流場

2、分布。利用APDL語言將混流式水輪機轉(zhuǎn)輪上的流場壓力值加載到ANSYS軟件中的轉(zhuǎn)輪上,以最少誤差值的形式實現(xiàn)兩者的數(shù)據(jù)傳遞。通過CFD流動分析獲得了轉(zhuǎn)輪不同工況點的應(yīng)力值,在此基礎(chǔ)上對轉(zhuǎn)輪進行剛強度分析,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的敏感區(qū)域。隨著

3、導(dǎo)葉開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)通過對不同直徑轉(zhuǎn)輪的葉片進行激振試驗,測量各測點的頻率響應(yīng),從而得到模態(tài)參數(shù)。實驗測量了混流式水輪機轉(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軟件對混流式水輪機轉(zhuǎn)輪進行了振動模態(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,是分析轉(zhuǎn)輪葉片動應(yīng)力的應(yīng)力分布的重要動態(tài)參數(shù);高