基于流固耦合的燈泡貫流式水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪振動(dòng)特性分析.pdf

1、A T h e s i si nV e h i c l eE n g i n e e r i n gB a s e d o n f l u i d - s o l i d c o u p l i n g v i b r a t i o nc h a r。一 a n a l ) “ o f b u l b t u b u l a rt u r b i n e a c t e r i s t i c sy s i s u l D t u D

2、 u l a r t U r D i n e C n a r 0 lr U n n e rB y F e n g X i a o y uS u p e r v i s o r ：P r o f e s s o r S o n g G u i q i uN o r t h e a s t e r n U n i v e r s i t yJ u n e 2 0 1 2㈣{ ；； 腫1 ㈣墊 刪1 ～ ㈣籮東北大學(xué)碩士學(xué)位論文 摘要基于流固

3、耦合的燈泡貫流式水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪振動(dòng)特性分析摘 要我國(guó)低水頭水力資源十分豐富，為滿(mǎn)足該地區(qū)經(jīng)濟(jì)迅速發(fā)展的需要，人們開(kāi)始開(kāi)發(fā)低水頭水力資源，而燈泡貫流式水電站是開(kāi)發(fā)低水頭水力資源最好的方式。隨著大型水電站的建設(shè)，貫流式水輪機(jī)的穩(wěn)定性成為水電站設(shè)計(jì)考慮的重要因素。轉(zhuǎn)輪是水輪機(jī)的核心部件，轉(zhuǎn)輪的振動(dòng)及破壞會(huì)直接影響到機(jī)組的安全運(yùn)行。因此，貫流式水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪的穩(wěn)定性問(wèn)題對(duì)于機(jī)組的運(yùn)行具有重要意義。由于有轉(zhuǎn)輪進(jìn)口水流撞擊、葉片湍流激振、葉片脫流激振等，因

4、此要考慮到流固耦合作用，流固耦合作用會(huì)改變系統(tǒng)的固有動(dòng)力學(xué)特性，從而使問(wèn)題更加復(fù)雜化，因此要做基于流固耦合的貫流式水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪的動(dòng)力學(xué)分析。本文以燈泡貫流式水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪為研究對(duì)象，應(yīng)用A D I N A 軟件對(duì)貫流式水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪做基于流固耦合的動(dòng)力學(xué)分析。本論文主要研究?jī)?nèi)容如下：當(dāng)干擾力頻率與水輪機(jī)葉片自振頻率接近或相同時(shí)會(huì)引發(fā)共振，在共振條件下也極易引起葉片的破壞，這種狀態(tài)對(duì)葉片的安全運(yùn)行極為不利。借助C A D 軟件對(duì)貫流式水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪進(jìn)行

5、建模，應(yīng)用有限元軟件A D I N A 分別對(duì)在水中和空氣中的燈泡貫流式水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪進(jìn)行振動(dòng)模態(tài)分析。計(jì)算出轉(zhuǎn)輪的固有頻率和固有振型，并對(duì)比分析了兩種介質(zhì)和有無(wú)預(yù)應(yīng)力下的頻率結(jié)果。水流通過(guò)導(dǎo)葉時(shí)，會(huì)產(chǎn)生卡門(mén)渦街等渦流問(wèn)題，其產(chǎn)生的交變應(yīng)力，會(huì)使葉片產(chǎn)生很大變形。借助有限元軟件A D I N A 對(duì)貫流式水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪葉片進(jìn)行簡(jiǎn)諧振動(dòng)分析。確定轉(zhuǎn)輪在己知各階頻率的筒諧載荷作用下結(jié)構(gòu)響應(yīng)，找出關(guān)鍵點(diǎn)最大位移處與之相對(duì)應(yīng)的頻率，得出共振響應(yīng)頻率，并

6、在必要的時(shí)候避免其發(fā)生。燈泡貫流式水輪機(jī)通過(guò)水流的能量推動(dòng)葉片旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)化為旋轉(zhuǎn)機(jī)械能，其中是必有很大動(dòng)能的水流去沖擊轉(zhuǎn)輪，促使葉片迅速旋轉(zhuǎn)起來(lái)，并帶動(dòng)發(fā)電機(jī)旋轉(zhuǎn)以產(chǎn)生電能。本文應(yīng)用A D I N A 軟件，采用流固耦合技術(shù)，對(duì)轉(zhuǎn)輪進(jìn)行瞬態(tài)動(dòng)力學(xué)分析。僅在給流體水力作用下，使轉(zhuǎn)輪由靜止?fàn)顟B(tài)開(kāi)始運(yùn)動(dòng)旋轉(zhuǎn)，分析載荷隨時(shí)間變化作用下，葉片隨時(shí)間的變形和應(yīng)力應(yīng)變變化情況，求出變化最大值，找尋變化最大點(diǎn)，并判斷能否滿(mǎn)足要求。關(guān)鍵詞：貫流式水輪機(jī)；模