混流式水轮机转轮动力特性有限元仿真分析

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1、第5期机械设计与制造2009年5月MachineryDesign&Manufacture245文章编号：1001—3997(2009)05—0245—03混流式水轮机转轮动力特性有限元仿真分析木王湘谢红梅马存志(广西大学机械工程学院，南宁530004)ThestudyofdynamicCharacteristicsoffrancisturbinegenerator’SrunnerWANGXiang，XIEHong-mei，MACun-zhi(CollegeofMechanicalEngineering；GuangxiUniversity，Nanning530004，China)i【摘

2、要】混流式水轮振动现象严重影响水电站的安全运行，为避免共振确定转轮的固有频率是必j须的。以转子动力学及有限元法的理论基础，综合应用工程软件Pr0／E和ANSYS，可以对混流式水轮机转；轮建立实体几何模型和有限元模型，从而分析了转轮自由振动状态下和旋转状态下的固有频率和振型特?j点、变化规律及差异，结果表明：转轮旋转态的固有频率高于非旋转态固有频率，随着频率的不断升高，转轮；：由整体振动逐渐变为以叶片局部振动为主。该方法为转轮优化设计和叶片裂纹产生分析进行了有效探索。：i关键词：混流式水轮机；转轮；有限元法；动力特性：0【Abstract】Theintensevibrationphen

3、omenonofFrancisturbinegenerotorseriouslyimpactsonthe0；5operationofthehydropowerstations．Itisnecessarytodeterminethenaturalfrequenciesoftherunner；◆●；foravoidingtheresonant．Ithasrot~rdynamicsandfiniteelementmethodsasthetheoreticalbasis，esoz一；idgeometricandfiniteelementanalysismodeloftherunnerareb

4、uiltbyPr0／EandANSYSpowerful玎d—jelingandassemblyfunctions．Thenaturalfrequenciesandthemodeshapesoftherunnerarerespectively00；analyzedbyANSYSsoftwarebetween．thefreevibrationstareandtherotatingstate．Theresultsindicate；；therttnner’snaturalfreqtoenciesoftheevibrationstatehigherthantherunner’snaturalq

5、uencies；：Q厂rotatingstate．Alongwithfrequencyunceasingascension，krunner’sintegralvibrationchangeintoj；blade’Svibrationgradually．Theworkofthisthesiscouldoffersomereferenceforoptimizedesignofthe◆0runnerandthereasonsthebladeoccurringcracks．0：Keywords：Francisturbinegenerator；Runner；Finiteelementmetho

6、d；Dynamiccharacteristics：●00◆O0●O0◆00◆00◆00●00◆0O◆00◆00◆O0◆00◆O0◆00◆00◆00◆00◆OO◆00◆00◆00◆0O◆00◆00◆00◆0O●00◆O0◆O0◆O0●00◆00◆c0◆O0◆0O●0O◆中图分类号：TH112文献标识码：A下环的结构均为圆周对称结构，几何形状简单。叶片的几何形状1日IJ吾复杂，其前后表面均为一个空间的弯扭曲面，叶片的横截面形状近年来，随着水轮机组朝着大尺寸、大容量的方向发展，水轮为翼形，出水边很薄。对于叶片的建模以转轮木模图为依据，通过机组的稳定与效率、气蚀一起成为机组的三大主要考核指标

7、。当Pro／E软件强大的曲面造型功能来实现。干扰力频率与水轮机结构的自振频率在同一数量级时可引发共在建模过程中，需要根据有限元分析中对实际的模拟情况以振，在共振的条件下极易引起结构的破坏，可能造成固定导叶和及保证计算的准确性和可行性等方面对转轮作适当的结构简化。转轮裂纹，严重影响机组的安全运行和发电效益。因此，水轮机组转轮的上冠法兰上均布的多个用于与水轮机主轴相连接的螺栓运行的稳定性就变成更为重要的问题。孔和上冠上开有的数个减压孔，因对转轮及转动轴系整体的