【正文】 .................. 39 導(dǎo)水機(jī)構(gòu)傳動系統(tǒng)總設(shè)計(jì) ................................. 40 確定導(dǎo)葉開度 ....................................... 40 3 應(yīng)力 分析 .............................................. 43 導(dǎo)葉模型建立 ............................................ 43 導(dǎo)葉周邊流道模型建立 .................................... 43 單周期流道網(wǎng)格劃分 .................................. 44 CFX 數(shù)值計(jì)算 ............................................. 45 邊界條件 ............................................ 45 .................................... 45 ............................................ 46 ............................................ 46 .......................................... 46 定常流動計(jì)算結(jié)果分析 .......................................................................................... 46 導(dǎo)葉的模態(tài)分析與靜力分析 .................................................................................. 48 約束施加 ............................................ 48 荷載施加 ............................................. 49 模態(tài)分析 ............................................. 49 靜力分析 ............................................ 51 帶裂紋缺陷的導(dǎo)葉的導(dǎo)葉分析 .............................. 52 帶裂紋導(dǎo)葉的模型 .................................... 52 帶裂紋導(dǎo)葉有限元網(wǎng)格劃分 ............................ 52 模態(tài)分析結(jié)果 ........................................ 53 靜力 分析結(jié)果 ........................................ 54 結(jié)論 ................................................ 55 4 總結(jié) .................................................. 56 5 ` 致謝 ................................................. 57 參考文獻(xiàn) ............................................. 58 1 ` 1 前 言 概述 能源作為經(jīng)濟(jì)發(fā)展的物質(zhì)基礎(chǔ)，在我國社會主義現(xiàn)代化建設(shè)中起著決定性作用，為保證國民經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展，能持續(xù)供應(yīng)的能源就必須得到保證。隨著有限元方法的日益成熟，在水輪機(jī)過流部件的剛強(qiáng)度分析中的應(yīng)用逐漸普及。 在電站運(yùn)行時，由于水流的壓力脈動在轉(zhuǎn)輪室上作用有很大的周期性載荷 ，為加強(qiáng)轉(zhuǎn)輪室的剛度并改善轉(zhuǎn)輪室與混凝土的結(jié)合，在轉(zhuǎn)輪室四周有環(huán)向和豎向的加強(qiáng)筋，并用千斤頂和拉緊桿將轉(zhuǎn)輪室牢牢固定在二期混凝土中。 參考 《水輪機(jī)設(shè)計(jì)手冊》中137 頁表 85，再根據(jù)本水輪機(jī)的具體情況， 得對稱形導(dǎo)葉葉形的斷面參數(shù)如下表： 表 24 導(dǎo)葉翼型參數(shù) 參數(shù)符號 數(shù)值 (mm) 參數(shù)符號 數(shù)值 (mm) D1 3000 k D0 3765 r Z0 20 L 665 a L1 b L2 c d0 d m e 其符號所代表的意義見圖 24: 8 圖 24 導(dǎo)葉翼型圖 導(dǎo)葉結(jié)構(gòu)系列尺寸和軸頸選擇 導(dǎo)葉軸頸可按轉(zhuǎn)輪直徑 D1，使用水頭 H1（指最高水頭），導(dǎo)葉的相對高度 b0/D1，從《水輪機(jī)設(shè)計(jì)手冊》中 146 頁表 810 初選軸頸 db，選得 db =115mm，再根據(jù) db=115mm 從設(shè)計(jì)手冊中表 89 查得導(dǎo)葉結(jié)構(gòu)的其它尺寸如下表： 表 25 導(dǎo)葉尺寸 參數(shù)符號 數(shù)值（ mm） 參數(shù)符號 數(shù)值（ mm） db 115 hA 95 da 95 hB 140 d1 125 hc 200 dc 105 h1 20 d2 110 h2 110 dm 30 h3 45 d3 M24 h4 12 d4 32 h5 6 d5 109 H 參考 617 9 ` 其中參數(shù)符號所代表下圖 25中符號 圖 25 導(dǎo)葉結(jié)構(gòu)尺寸 導(dǎo)葉的材料為 ZG20MnSi 整鑄 ，為保證導(dǎo)葉轉(zhuǎn)動靈活，導(dǎo)葉上、中、下三個軸頸要同心，徑向擺度不大于中軸頸公差的一半，導(dǎo)葉體端面與不垂直度允許誤差不超過 。密封圈的材料采用中硬耐油橡膠，模壓成型。 導(dǎo)葉軸套 導(dǎo)葉軸套目前已廣泛采用具有自潤滑功能的工程塑料代替，這樣不僅簡化了結(jié)構(gòu)，而且節(jié)省了大量的有色金屬，降低成本。d1（左）d3lLS圖 219 連接螺桿 24 剪斷銷 根據(jù)連接板 D=80mm，從《水輪機(jī)設(shè)計(jì)手冊》上 170 頁的表 8— 35查出剪斷銷尺寸如下表 222： 表 222 剪斷銷尺寸 參數(shù)符號 數(shù)值（ mm） 參數(shù)符號 數(shù)值（ mm） D 40dc4 r 1 d 20 h1 d2 39 h2 10 d3 45 h 40 d4 40 l 38 b 4 L 90 b1 3 其中參數(shù)符號意義對應(yīng)圖 220： h23hlLdD d 1d 4h1br b160176。 主軸與轉(zhuǎn)輪的連接結(jié)構(gòu)在設(shè)計(jì)中采用轉(zhuǎn)輪上蓋與主軸法蘭 合一 的結(jié)構(gòu)。退火前主軸內(nèi)孔灌以鑄鐵鐵屑或者黃砂，兩端封閉，以減少內(nèi)孔氧化。分塊瓦軸承體材料為 ZG30，支頂螺絲孔中心線與軸心線垂直，軸承體法蘭面與分 塊瓦承托面平行，誤差不超過 ~ 。操作油管的外油腔與轉(zhuǎn)輪接力器活塞上部油腔聯(lián)通，內(nèi)腔則與活塞下部油腔聯(lián)通。 轉(zhuǎn)輪體 轉(zhuǎn)輪體外表面是過流通道的一部分，其內(nèi)部則 裝有全部葉片和操作機(jī)構(gòu)，上部與主軸聯(lián)接，下部接泄水錐，形狀較為復(fù)雜。機(jī)組運(yùn)轉(zhuǎn)時，接力器下腔 的高壓油會沿著活塞桿和轉(zhuǎn)輪體襯套之間的間隙漏入轉(zhuǎn)輪體內(nèi)。底環(huán)的結(jié)構(gòu)見下圖 233： 圖 233 水輪機(jī)底環(huán) 39 ` 頂蓋和支持蓋 頂蓋是水輪機(jī)的主要部件之一，需要有足夠的強(qiáng)度和剛度，由于本水電站為大型軸流式水輪機(jī)，因此采用焊接頂蓋。支持蓋見 235。1 rHDnnrrr ???? )/( 40)/(54 322139。 46 流動進(jìn)口邊界條件一般有三種設(shè)置方 法：壓力進(jìn)口、速度進(jìn)口和質(zhì)量流量進(jìn)口邊界條件。本文中采用了壁面函數(shù)法，并且在對 軸 流式水輪機(jī)三維 導(dǎo)葉 流道流動進(jìn)行數(shù)值計(jì)算時，固壁面邊界條件給定為 “ 無滑移 ” 邊界條件，即 0?wallU 。 49 ` 荷載施加 本文采用的載荷施加方式是把水壓力施加到轉(zhuǎn)輪葉片的有限元模型上，也就是以節(jié)點(diǎn)一對一的形式加載至有限元網(wǎng)格單元節(jié)點(diǎn)處。 一階模態(tài)是外力的激勵頻率與物體固有頻率相等的時候出現(xiàn)的，此時物體的振動形態(tài)叫做一階振型或主振型；二階模態(tài)是外力的激勵頻率是物體固有頻率的兩倍時候出現(xiàn)，此時的振動外形叫做二階振型，以依次類推。 55 ` 結(jié)論 正常導(dǎo)葉與帶裂紋導(dǎo)葉固有頻率比較 如下： (其中單位為 Hz) 一階 二階 三階 四階 五階 正常導(dǎo)葉 裂紋導(dǎo)葉 由此可以看出，缺陷導(dǎo)葉各階固有頻率都比正常導(dǎo)葉 各階固有頻率大； 正常導(dǎo)葉的最大壓力點(diǎn)位于導(dǎo)葉下端面背面軸頸處，其數(shù)值為 ，帶裂紋導(dǎo)葉最大應(yīng)力值為 ，明顯比正常導(dǎo)葉大許多，故有裂紋缺陷的導(dǎo)葉處于更危險的工作狀態(tài)，更容易達(dá)到破壞的界限，所以要盡量 避免使用有裂紋的導(dǎo)葉； 56 4 總結(jié) 本次畢業(yè)設(shè)計(jì)的任務(wù)，首先是對軸流式水輪機(jī)進(jìn)行了全面的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，其次是對該水輪機(jī)的活動導(dǎo)葉進(jìn)行了 模態(tài)分析和靜力分析。 57 ` 致謝 感謝 ***老師、 ***老師， ***老師等對我畢業(yè)設(shè)計(jì)的細(xì)心指導(dǎo)和嚴(yán)格監(jiān)督；感謝 ***師姐， ***師兄， ***師兄 以及杜楠師姐 平時對我的監(jiān)督和細(xì)心指教；同時感謝 ***和 ***平時的關(guān)心和鼓勵。 6a*CZ7H$dq8Kqqf HVZFedswSyXTyamp。 qYpEh5pDx2zVkum amp。 qYpEh5pDx2zVkumamp。 qYpEh5pDx2zVkumamp。 qYpEh5pDx2zVkum amp。 gTXRm 6X4NGpP$vSTTamp。qYpEh5pDx2zVkumamp。 qYpEh5pDx2zVkum amp。 gTXRm 6X4NGpP$vSTTamp。 gTXRm 6X4NGpP$vSTTamp。gTXRm 6X4NGpP$vSTTamp。MuWFA5uxY7JnD6YWRr Wwc^vR9CpbK! zn%Mz849Gx^Gj qv^$UE9wEwZQcUE%amp。MuWFA5uxY7JnD6YWRrWwc^vR9CpbK!zn% Mz849Gx^Gj qv^$UE9wEwZQcUE% amp。 MuWFA5uxY7JnD6YWRrWwc^vR9CpbK! zn% Mz849Gx^Gj qv^$UE9wEwZQcUE%amp。 ksv*3t nGK8! z8vGt YM*Jgamp。 ksv*3t nGK8! z89Am YWpazadNuKNamp。MuWFA5uxY7JnD6YWRrWwc^vR9CpbK!zn% Mz849Gx^G89Am UE9aQGn8xp$Ramp。 ksv*3t nGK8! z8vGt YM*Jgamp。 ksv*3t nGK8! z89Am YWpazadNuKNamp。 ksv*3tnGK8! z89Am UE9aQGn8xp$Ramp。 ksv*3t nGK8! z89Am YWpazadNuKNamp。 UE9aQGn8xp$Ramp。在畢業(yè)設(shè)計(jì)這樣一個充分發(fā)揮學(xué)生自我學(xué)習(xí)創(chuàng)新能力的實(shí)踐環(huán)節(jié)中，我們首先掌握了如何有效的去搜集與自己課題相關(guān)的學(xué)習(xí)資料 和文獻(xiàn)，提高自己對學(xué)習(xí)材料的歸納總結(jié)能力。 在本次畢業(yè)設(shè)計(jì)過程中，我遇到了許多此前從未遇到過的挫折和困難，比如說對 CFD 軟件的不熟悉，對科研課題的分析研究過程不熟悉，對科學(xué)論文的撰寫方法和書寫語言的陌生，以及對專業(yè)英語詞匯的匱乏等等。 模態(tài)是結(jié)構(gòu)的固有振動特性，每一個模態(tài)具有特定的固有頻率、阻尼比和模態(tài)振型。 模態(tài)分析 模態(tài)分析是研究結(jié)構(gòu)動力特性一種方法，是系統(tǒng)辨別方法在工程振動領(lǐng)域中的應(yīng)用。本文主要針對導(dǎo)葉的動力特性進(jìn)行分析，故需要以導(dǎo)葉的流場分析作為后面剛強(qiáng)度的基礎(chǔ)，并為剛強(qiáng)度分析提供壓力荷載，所以著重對定常流動計(jì)算結(jié)果的葉片進(jìn)行分析。 流動出口邊界條件一般設(shè)置在離幾何擾動足夠遠(yuǎn)的地方，在這種位置，流動是充分發(fā)展，沿流動方向沒有變化，在此設(shè)置一個垂直于流動方向的面，然后便可施加流動出口邊界條件。1,1, rr Qn 查 ZZ600—LH—300的模型綜合特性曲線得模型得最大開度： )()m a x (0 mma M ? 由 ： Z0M=20， Z0 =20， D0 = 3765(mm )， D0M = 195(mm ) 換算成真機(jī)的最大開度值為： )(00)m a x(0m a x0 mmZZD DaaOOMMM??????? 計(jì)算真機(jī)的最大可能開度： )( 2 1 m a x0 mmaa ????最大可能 取設(shè)計(jì)水頭下的單位轉(zhuǎn)速與最優(yōu)效率點(diǎn)對應(yīng)的開口值為最優(yōu)開口 a0y ，根據(jù)設(shè)計(jì)水頭 Hr下的單位轉(zhuǎn)速 ?39。真空破 壞閥就是在緊急關(guān)閉導(dǎo)葉時補(bǔ)入空氣，破壞真空，起一定的保護(hù)作用。 本 水輪機(jī)的頂蓋最大直徑為 米。連通管與主軸中心孔內(nèi)第一層環(huán)形空間相通，溢油由此上升至發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子頂上的受油器的回油腔。轉(zhuǎn)輪體外圓采用球形結(jié)構(gòu)， 球形輪轂?zāi)苁谷~片和轉(zhuǎn)輪體表面