竖轴潮流能水轮机转子系统动力学特性研究

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1、硕士学位论文竖轴潮流能水轮机转子系统动力学特性研究StudyonDynamicsofRotorSystemiⅡVertical-axisTidaiTurbine作者姓名：郭塞撞学科、专业：洹佳扭越拯工猩学指导完成号：教师：日期：21Q!QQ垒窆赵．亡．2Q!三生垒旦大连理工大学DalianUniversityofTechnology大连理工大学学位论文独创性声明作者郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下进行研究工作所取得的成果。尽我所知，除文中已经注明引用内容和致谢的地方外，本论文不包含其他个人或集体己经发表的研究成果，也不包

2、含其他已申请学位或其他用途使用过的成果。与我一同工作的同志对本研究所做的贡献均已在论文中做了明确的说明并表示了谢意。若有不实之处，本人愿意承担相关法律责任。溯勰：麴湮d趟鱼逊垒墅鳖垒逍幽楚作者签名：—j牵害址——一日期：2生L一年—￡月—L日大连理工大学硕士学位论文摘要随着世界范围内的能源需求越来越大，仅靠化石能源已经远远不能满足世界经济发展的需要，开发新型可再生能源已经成为能源领域重要的研究课题。潮流能在世界范围内分布范围较广，具有安全、环保、可再生等特点，具有巨大的发展潜力。水轮机是潮流能利用的主要设备，为潮流能进一步开发利用提供原

3、始动力。但由于潮流能水轮机工作在海洋环境中，不仅受到水轮机本身的重力、离心力和不平衡力激励，还受到海水非定常流体力、海洋暴风潮等作用，此外还存在海水腐蚀、生物污染等问题。潮流水轮机工作在海洋复杂工况下，为保证水轮机能够安全可靠的运行，对水轮机强度提出了苛刻要求。本文对等臂长和变臂长水轮机转子系统的动力学特性开展研究工作，为潮流能的开发利用提供基本安全保证。本文主要研究内容和结论如下：1、对水轮机流体激励性能预测的流管法进行了改进，并对等臂长和变臂长潮流能水轮机的流体激励特性进行了仿真模拟，得到不同面积和周长的变臂长方案水轮机的流体激励特

4、性。结果表明，和等臂长相比，等面积的变臂长方案3获得的平均扭矩最大。为水轮机转子系统动力学特性计算提供了基本流体激励模型。2、通过有限元法建立了水轮机转子系统的动力学模型，并采用自编程Newmark数值仿真计算了水轮机转子系统的临界转速和不平衡响应，并采用商业程序进行了验证。为实际水轮机在复杂流体激励下的动力学响应研究提供模型。结果表明，等臂长水轮机不平衡响应以1x倍频为主，轴心轨迹为圆，所开发的程序和商业软件相比，其响应的计算误差在3％以内。3、推导了变结构回转体——变臂长水轮机转子系统弯曲振动微分方程，并计算了流体力作用下等臂长和变

5、臂长水轮机转子系统弯曲振动响应。结果表明：附加转动惯量对水轮机的临界转速影响非常大，随附加转动惯量的增加水轮机的临界转速有明显下降，特别是第三阶临界转速变化显著；臂长变化对变臂长水轮机的弯曲振动响应具有一定的影响，且对x和Y向振动响应的影响不同；不管等臂长还是变臂长水轮机，均存在复杂的倍频振动，主要以1X．6X倍频振动为主。4、建立了竖轴水轮机综合性能测量实验台，并进行了水动力性能测量和振动测试。实验结果表明，等臂长竖轴水轮机振动以倍频振动为主，数值仿真和实验结果定性相符较好。关键词：潮流能水轮机；转子动力学；动力学特性；水动力性能。竖

6、轴潮流能水轮机转子系统动力学特性研究StudyonDynamicCharacteristicsofVertical-axisVariableLengthArmTurbineRotorSystemAbstractAstherequirementofenergyisgettingbiggerandbigger,theoutputoffossilfuelCan’tmeetthedemandsofthedevelopmentoftheworld’Seconomy．Sodevelopingsomenewkindsofenergyisbecomin

7、ganimportanttaskinthefieldofenergy．Oceancurrentgenerationisanewkindofpotentialresourcewhichhasthecharacteristicsofsafety．environmentalprotection．widelydistributedandrenewable．Tidalturbineisthemainequipmentofoceancurrentgeneration．nefunctionoftidalturbineistoprovidepowerf

8、orgener砒ion．TidalturbineworksintheoceallwhichconditioniSverycomplex．ThereiSnotonlyallunbalancedforce，it