冲击式水轮机转轮力学性能及疲劳寿命分析

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1、冲击式水轮机转轮力学性能及疲劳寿命分析⑧重庆大学硕士学位论文(专业学位)学生姓名：何涛指导教师：林腾蛟教授兼职导师：吴晓光高工学位类别：工程硕士(机械工程领域)重庆大学机械工程学院二0一三年五月FiniteElementAnalysisofMechanicsPerformanceandFatigueLifeofPelton广nl●1hlUrDlneKUnner⑧AThesisSubmittedtoChongqingUniversityinPartialFulfillmentoftheRequirementfortheProfessionalDegreeByHeTaOSuperv

2、isedbyProf．LinTengjiaoPluralisticSupervisedbySen．Eng．WuXiaoguangSpecialty：ME(MechanicalEngineeringField)CollegeofMechanicalEngineeringofChongqingUniversity,Chongqing，ChinaMay2013中文摘要摘要冲击式水轮机具有结构紧凑、适用高水头小流量、投资成本低等特点，长期以来作为水电机组开发的首选机型考虑。在冲击式水轮机的正常使用期内，排除各种事故因素，由转轮几何结构所引起的水斗表面局部损坏和整体断裂失效的比例最大，严

3、重地危及到水电站的安全运行，甚至会带来重大的事故灾难。在冲击式水轮机转轮的结构设计阶段，改善转轮水斗的水力性能，同时增强转轮的机械性能，对提高整个转轮结构的运行的安全性和可靠性，具有重要的理论意义和工程应用价值。本课题来源于企业的产品开发项目。以水力机械设计理论、材料力学、流体动力学、结构静力学、动力学和断裂力学等学科相关知识为基础，结合具体工程实际经验，依靠数值模拟仿真分析技术，对冲击式水轮水轮机转轮力学性能及疲劳寿命进行分析，论文主要研究工作如下：①对冲击式水轮机转轮进行了总体结构设计，运用经典公式对转轮水斗根部的静强度进行了计算，并编制了相应的VB计算程序，获得水斗根部断

4、面的平均应力值。②在NX建模软件中，创建了单个水斗及整个转轮的几何模型；借助ANSYS／FLUENT软件平台，建立了转轮水斗的计算流体动力学模型，运用水气二相流计算方式，对转轮水斗进行三维瞬态流场分析，获得了射流在水斗表面的压力、流速、流线等流动状态的分布规律。③在ANSYS厂WO砌①ENCH软件中，建立了冲击式水轮机转轮的三维有限元模型，运用流固单向耦合的方式，对转轮的静刚度和静强度进行了有限元分析，得出启动、额定和飞逸3种工况下转轮的应力和位移分布；通过冲击式水轮机转轮的自由模态、约束模态和预应力模态分析，得出转轮的静频值、动频值及其对应振型。④应用经典理论公式，对冲击式水

5、轮机转轮水斗疲劳寿命进行了初步估算；在I-DEAS软件中，建立了转轮水斗的静疲劳数值仿真分析模型，仿真得出水斗的疲劳寿命分布，其最低疲劳寿命预测次数为6．94x1010，满足设计寿命要求。关键词：冲击式水轮机，转轮，强度分析，流场分析，疲劳分析重庆大学硕士学位论文II英文摘要ABSTRACTPeltonwaterturbineswhicharefamousintheircompactstructures，lowcostininvestment，andespeciallysuitableforhighheadbutsmallflowdischarge，arealwaysconsi

6、deredasfirstpriorityofequipmentselectioninhydro—powerprojectexploitation．Innormalrunning，damagesduetoinadequategeometricappearanceofthebucketsurfaceaswellasbreakoffofwholebuckets，rankhigherthananyotheraccidents．Thiswouldseriouslyinfluencethesafetyoperationofthehydro-powerstation，andevenmight

7、bringdisastrousaccidenttothepowerstation．Hencewecanseethat，inthestructuraldesignstage，toenhanceitshydraulicandmechanicalproperties，thustopromotethereliabilityofthecompletePeltonrunnerinrunning．111isissignificanttheoreticallyaswellasintheaspectofeng