混流式水輪機轉(zhuǎn)輪結(jié)構(gòu)分析研究.pdf

1、水輪機轉(zhuǎn)輪是水力發(fā)電機組能量轉(zhuǎn)換的核心部件，其結(jié)構(gòu)的力學(xué)性能直接對水電站機組的安全、可靠、經(jīng)濟運行有著巨大的影響。水輪機轉(zhuǎn)輪的結(jié)構(gòu)力學(xué)性能，包括其剛、強度和模態(tài)分析研究等一直是水輪機數(shù)字化設(shè)計中的關(guān)鍵技術(shù)之一。由于水輪機轉(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化理論分析研究與模型試驗相結(jié)合。隨著水力發(fā)電機組朝著巨型化發(fā)展，對于水輪機結(jié)構(gòu)設(shè)計與分析提出了巨大的調(diào)整。近年來，伴隨數(shù)值模擬技術(shù)及計算機技

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)開發(fā)應(yīng)用于現(xiàn)代轉(zhuǎn)輪結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計，以提高設(shè)計的可靠性。 本文以混流式水輪機轉(zhuǎn)輪為研究對象，根據(jù)混流式水輪機的運行工況，研究其力學(xué)和數(shù)學(xué)模型、受力分析、邊界條件及計算載荷的簡化和施加方法。結(jié)合某電站機組改造研究，對其改造方案的轉(zhuǎn)輪進行了結(jié)構(gòu)分析。在改造方案的轉(zhuǎn)輪的水力設(shè)計和流場數(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軟件平臺上針對混流式轉(zhuǎn)輪進行

3、研究開發(fā)，對完成改造方案的轉(zhuǎn)輪進行結(jié)構(gòu)計算分析。在結(jié)構(gòu)分析過程中，考慮到水輪機轉(zhuǎn)輪的結(jié)構(gòu)特點和工作性質(zhì)，采用十節(jié)點二次四面體三維實體單元建立了轉(zhuǎn)輪的有限元模型。在對轉(zhuǎn)輪施加載荷的時候主要考慮了離心力、重力及內(nèi)部流場對轉(zhuǎn)輪葉片產(chǎn)生的水壓力。考慮水壓力分布涉及到“流固”耦合問題，計算處理中采用順序耦合方法，將轉(zhuǎn)輪在FLUENT軟件中進行的流場模擬得到后得到葉片上的水壓力，使用APDL參數(shù)化設(shè)計語言，自動將其加載。在完成轉(zhuǎn)輪載荷的施加之后，基