基于流固耦合的混流式水轮机转轮应力特性分析

本研究采用顺序流固耦合方法,计算了某设计中的混流式水轮机转轮在不同水头下发额定出力时的静应力分布,以及设计最高水头额定出力工况下的动应力特性。静应力计算的结果表明：最大应力出现在叶片出水边与上冠连接处,并且随着水头增高,静应力最大值有减小趋势。动应力的计算结果表明：设计的转轮,动应力的幅值满足稳定运行的要求。     

基于流固耦合的混流式水轮机转轮静应力特性分析

近年来，国内外一系列大型水轮发电机组频繁发生转轮叶片投产后短期内出现穿透性裂纹问题，对机组安全稳定运行构成了威胁。长期以来人们一直在寻找由于水力激励引起转轮叶片应力特性的计算方法。本文首先对混流式水轮机全流道内流场进行了多工况的CFD计算，得到不同工况下转轮叶片表面水压力载荷，并利用顺序流固耦合方法对转轮在各种工况下的应力特性进行计算。结果表明在大部分工况下该转轮叶片最大静应力基本上与水轮机功率成线性关系。本文计算结果可为其它水轮机转轮的应力特性分析及转轮疲劳裂纹分析提供参考。     

涡带工况下混流式水轮机转轮动应力特性分析

近年来,国内一些大型混流式转轮出现了不同程度的裂纹问题,对机组安全运行构成了威胁。研究表明,水力激励引起的混流式水轮机转轮叶片动应力是引起叶片疲劳破坏的主要原因之一。文中首先对高水头小负荷的涡带工况下混流式水轮机内流场进行非定常CFD计算,得到涡带工况下叶片表面不同时刻的水压力载荷,并利用流固耦合方法对转轮进行结构场瞬态特性计算,分析转轮叶片的动应力特性。结果表明由于水压力脉动引起的转轮叶片上的振动交变动应力是混流式水轮机疲劳破坏的主要原因之一。计算结果可为其它水轮机转轮的动应力特性分析和疲劳分析提供参考。     

水轮机转轮工作过程中的流固耦合分析

本文分析了某型混流式水轮机工作过程中水流与转轮的单向流固耦合作用及响应。在分析单向流固耦合作用基本原理的基础上,分别建立了表示水轮机流体域的各个过流部件的三维模型和转轮模型,并装配这些部件得到了水轮机的全流道三维模型;应用ANSYS CFX软件进行了全流道CFD计算,并将计算得到的流体-转轮交界面冲击压力数据导入至转轮力学分析模块,计算得到了转轮在工作过程中的总体变形、应力及应变响应数据。结果表明,叶片侧缘切水刃边及出水边、叶片根部是失效危险位置,制造过程中宜对这些部位做特殊耐磨及强化处理,并在运行监测过程中对这些部位进行有针对性的重点关注与检查。     

水轮机转轮不同泄水锥的特性研究

本文用同一转轮对不同泄水锥进行了模型试验。试验表明,不同形状的泄水锥不仅影响水轮机的效率,而且改变尾浙江省这的水压力脉动频率及幅值,由此可以推论更换合理的泄水锥,有可能达到改善水轮机水力稳定性的目的。     

水轮机部件流固耦合振动特性研究

本文把有限元法与边界元法相结合来计算水轮部件流固耦合振动问题。结构用有限元离散,用边界元计算结构周围的流体。编制了结构水下流固耦合振动的通用计算程序。对已有理论解的水中实心圆柱悬臂结构进行了计算,把计算结果与理论解作了比较。文中还对轴流式转轮叶片进行了流固耦合计算。为了更好地验证本文提出的计算方法和所编程序,还设计了一个模型固定导叶,对其进行了流固耦合计算分析和空气中及水中动态特性测试,计算结果与试验结果吻合较好。     

考虑流固耦合的混流式水轮机转轮模态分析

迄今为止 ,国内的许多进口和国产的大型水轮机组转轮叶片都出现了不同程度的裂纹破坏 ,严重影响了电站的安全生产和机组的稳定运行[1 ,2 ] 。大量的研究表明 ,导致裂纹产生的一个重要原因是水力激力引发的结构共振所产生的动载荷作用。特别是出现低频共振时 ,极易引起结构的严重破坏[2 ] 。随着机组单机容量的不断地增加 ,转轮的固有频率降低 ,发生共振的危险性也更大。因此 ,针对转轮在水介质中的模态特性的研究具有十分重要的现实意义。本文运用全流固耦合的三维有限元方法对某一混流式转轮在水介质中的模态特性进行了研究 ,得到了转轮在水中的自振频率和振型等振动特性。结果表明 ,转轮在水中的第 1阶固有频率与叶片旋转频率相近 ,额定工况下的卡门涡频率又接近于转轮的高阶固有频率 ,这极有可能引发结构的共振 ,导致裂纹的产生。     

双转轮对旋式鱼类友好水轮机：概念及转轮优化

水电工程在产生巨大正效益的同时,也存在影响鱼类洄游的生态负效应;鱼类友好型水轮机因能助鱼下行过坝,近年备受关注。针对河床式水电站,以减小鱼类损伤为主要目标,通过加长流道减小压力梯度,提出一种新型转轮：螺旋叶片,流道长、叶片少,降低鱼类撞击概率;双转轮对旋,既加长流道,又提高效率;叶片进出口均满足最优速度三角形条件。CFD模拟优化结果表明,最高发电效率达80.4 %,压力梯度小于鱼类友好水轮机的国际推荐标准,兼顾了发电效率和过鱼特性。     

高比转速混流式水轮机转轮前后水流特性研究

混流式水轮机转轮前后的流场研究对于转轮水力设计，改善其性能有着重要意义。本文介绍了一ｎｓ为２６０的混流式水轮机转轮前后流速场的测试结果，并进行了初步分析，对水轮机转轮的水力设计提出了一些有益的启示。     

混流式水轮机转轮的振动特性

本文叙述了我们在揭示混流式水轮机转轮基本振动状态方面所做的一些基本工作,并介绍了某型号转轮在不同介质下动特性分析的计算和试验结果。     

混流式水轮机转轮强度优化设计的研究

本文较系统地介绍了采用了优化设计这一现代技术,首次提出了对大型混流式水轮机转轮强度优化设计研究的方法和步骤,并以某电站转轮的优化计算为例,说明了应用该方法所取得的技术进步和经济效益。     

水轮机转轮密封处水流的动力特性及其对机组自振特性的影响

首先利用洛马金理论计算了水力不平衡力及其对机组自振特性的影响;进而着重研究了密封处水流的的动力特性;最后通过计算实例说明了密封处水流的动力特性对机组的自振特性和稳定性的影响。     

附加质量对水泵水轮机转轮模态特性的影响

水泵水轮机转轮结构扁平,声学流固耦合作用明显,在工作流道中其固有频率将大幅降低.此外,机组开停机等过程中的水力激励容易引起转轮的共振,因此有必要对转轮进行模态分析,确保转轮的安全稳定.本文采用声学流固耦合方法,考虑转轮外流道流体附加质量,对水泵水轮机转轮的模态进行了分析;改变转轮的直径及高度,研究了转轮径深比对转轮模态...     

混流式水轮机转轮疲劳设计方法的研究

本文系统而简要地介绍了混流式水轮机转轮疲劳设计方法的研究成果。通过大量的我国国情的完整数据统计分析与试验研究,得刭了疲劳设计所需要的载荷谱和材料性能等。通过深入系统的分析,提出了混流式转轮通用谱,建立了三频动应力迭加力学模型。在材料性能试验中,重点进行了频率影响与多频叠加影响的研究,取得了一系列影响系数。在此基础上,根据随机疲劳理论,推导出寿命估算方法和安全系数计算公式。根据所编制的设计规范和电子计算机通用程序,对三个电站转轮进行了试算,其结果与实际相符,从而为转轮设计由静强度分析转向动强度分析打下了基础。     

150m水头段水轮机模型转轮的研究

本文介绍了150m水头段水轮机模型转轮的研究过程、方法、参数选择、通道设计及转轮叶片的设计,并将试验结果加以比较。