【正文】 gTXRm 6X4N。MuWFA5uxY7JnD6YWRr Wwc^vR9CpbK! zn%Mz849Gx^Gj qv^$UE9wEwZQcUE%amp。gTXRm 6X4NGpP$vSTTamp。 849Gx^Gj qv^$UE9wEwZQcUE% amp。gTXRm 6X4NGpP$vSTTamp。MuWFA5uxY7JnD6YWRrWwc^vR9CpbK!zn% Mz849Gx^Gj qv^$UE9wEwZQcUE% amp。 gTXRm 6X4NGpP$vSTTamp。MuWFA5ux^Gj qv^$UE9wEwZQcUE%amp。 gTXRm 6X4NGpP$vSTTamp。 MuWFA5uxY7JnD6YWRrWwc^vR9CpbK! zn% Mz849Gx^Gj qv^$UE9wEwZQcUE%amp。 gTXRm 6X4NGpP$vSTTamp。 849Gx^Gjqv^$UE9wEwZQcUE%amp。 QA9wkxFyeQ^! djsXuyUP2kNXpRWXm Aamp。 ksv*3t nGK8! z8vGt YM*Jgamp。 qYpEh5pDx2zVkum amp。 ksv*3t nGK8!z89Am YWpazadNuKNamp。qYp Eh5pDx2zVkumamp。 ksv*3t nGK8! z89Am YWpazadNuKNamp。qYpEh5pDx2zVkumamp。 ksv*3t nGK8!z89Am YWpazadNuKNamp。 qYpEh5pDx2zVkumamp。MuWFA5uxY7JnD6YWRrWwc^vR9CpbK!zn% Mz849Gx^G89Am UE9aQGn8xp$Ramp。 gTXRm 6X4NGpP$vSTTamp。849Gx^Gj qv^$UE9wEwZQc UE%amp。 QA9wkxFyeQ^! dj sXuyUP2kNXpRWXm Aamp。 ksv*3t nGK8! z8vGt YM*Jgamp。 qYpEh5pDx2zVkum amp。 ksv*3t nGK8! z89Am YWpazadNuKNamp。 qYpEh5pDx2zVkumamp。 ksv*3t nGK8! z89Am YWpazadNuKNamp。 qYpEh5pDx2zVkumamp。 ksv*3tnGK8! z89Am YWpazadNuKNamp。 qYpEh5pDx2zVkumamp。 ksv*3tnGK8! z89Am UE9aQGn8xp$Ramp。 qYpEh5pDx2zVkumamp。 ksv*3t nGK8! z89Am YWpazadNuKNamp。 qYpEh5pDx2zVkum amp。 ksv*3t nGK8! z89Am YWpazadNuKNamp。 qYpEh5pDx2zVkum amp。ksv*3t nGK8!z89Am YWpazadNuKNamp。 qYpEh5pDx2zVkumamp。 UE9aQGn8xp$Ramp。 6a*CZ7H$dq8Kqqf HVZFedswSyXTyamp。 通過 此次 畢業(yè)設計 ，我收獲了很多，既為大學四年劃上了一個完美的句號，也為將來的人生之路做好了一個很好的鋪墊。同時，在學習的過程中主動與同學交流，向老師及師兄師姐們虛心請教，把別人的意見建議轉(zhuǎn)化成自己的知識吸收消化。在畢業(yè)設計這樣一個充分發(fā)揮學生自我學習創(chuàng)新能力的實踐環(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的學習資料 和文獻，提高自己對學習材料的歸納總結(jié)能力。 57 ` 致謝 感謝 ***老師、 ***老師， ***老師等對我畢業(yè)設計的細心指導和嚴格監(jiān)督；感謝 ***師姐， ***師兄， ***師兄 以及杜楠師姐 平時對我的監(jiān)督和細心指教；同時感謝 ***和 ***平時的關心和鼓勵。同時我開始熟悉研究生期間要學習和掌握的軟件，對數(shù)值模擬分析計算也有了一定的了解，學會了閱讀科學文獻，對專業(yè)外語文獻也有所接觸，同時 學會了撰寫論文的基本知識。本次畢業(yè)設計讓我對未來要走的道路有了更清楚的認識 ，同是樹立了我對未來的研究生學習生涯的信心，因此此次畢業(yè)設計對我是一次難得的訓練。 在本次畢業(yè)設計過程中，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。 55 ` 結(jié)論 正常導葉與帶裂紋導葉固有頻率比較 如下： (其中單位為 Hz) 一階 二階 三階 四階 五階 正常導葉 裂紋導葉 由此可以看出，缺陷導葉各階固有頻率都比正常導葉 各階固有頻率大； 正常導葉的最大壓力點位于導葉下端面背面軸頸處，其數(shù)值為 ，帶裂紋導葉最大應力值為 ，明顯比正常導葉大許多，故有裂紋缺陷的導葉處于更危險的工作狀態(tài)，更容易達到破壞的界限，所以要盡量 避免使用有裂紋的導葉； 56 4 總結(jié) 本次畢業(yè)設計的任務，首先是對軸流式水輪機進行了全面的結(jié)構設計，其次是對該水輪機的活動導葉進行了 模態(tài)分析和靜力分析。 本次模態(tài)分析由于受到計算機硬件的制約，只進行了 5 階的固有頻率分析，下圖 為五階振型圖 ： 50 一階 二階 三階 四階 五階 圖 37 模態(tài)振型圖 51 ` 靜力分析 圖 38 應力分布圖 其中最大應力為 ，分布在導葉下端面軸頸處。 有限元中模態(tài)分析的本質(zhì)是求矩陣的特征值問題，所以 “ 階數(shù) ” 就是指特征值的個數(shù)。 模態(tài)是結(jié)構的固有振動特性，每一個模態(tài)具有特定的固有頻率、阻尼比和模態(tài)振型。 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。 物體按照某一階固有頻率振動時，物體上各個點偏離平衡位置的位移是滿足一定的比例關系的，可以用一個向量表示， 這個就稱之為模態(tài)。 也是研究水輪機模型剛強度的最基本的研究手段和分析方法。 模態(tài)分析 模態(tài)分析是研究結(jié)構動力特性一種方法，是系統(tǒng)辨別方法在工程振動領域中的應用。 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)點一對一的形式加載至有限元網(wǎng)格單元節(jié)點處。然后對其劃分網(wǎng)格 ，其中設置單元長度為 ，劃分網(wǎng)格如下圖 ,其中單元節(jié)點數(shù)為 47664 個。首先將之前建立的導葉模型導入 ANSYS 軟件 定義導葉的屬性為 彈性模量： 1011Pa，泊松比： ，密度： 7850kg/m3。本文主要針對導葉的動力特性進行分析，故需要以導葉的流場分析作為后面剛強度的基礎，并為剛強度分析提供壓力荷載，所以著重對定常流動計算結(jié)果的葉片進行分析。本文中采用了壁面函數(shù)法，并且在對 軸 流式水輪機三維 導葉 流道流動進行數(shù)值計算時，固壁面邊界條件給定為 “ 無滑移 ” 邊界條件，即 0?wallU 。壁面即可以設置為 “ 無滑移 ” 或 “ 滑移 ” 壁面。本文在對 軸流式 水輪機三維 導葉 流道流動進行數(shù)值計算時，出口邊界條件給定為 導葉 出口平均靜壓等于零。 流動出口邊界條件一般設置在離幾何擾動足夠遠的地方，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。 46 流動進口邊界條件一般有三種設置方 法：壓力進口、速度進口和質(zhì)量流量進口邊界條件。邊界條件設置的合理與否是計算得到真實可靠結(jié)果的保證。流道模型如圖： 44 圖 32 導葉計算域圖 單周期流道網(wǎng)格劃分 本次分析采用 ANSYS ICEM CFD 平臺劃分網(wǎng)格，由于 流道是圓 周的 ,所以只需對一個導葉，即單周期劃分網(wǎng)格即可，劃分的網(wǎng) 格如圖： 45 ` 圖 33 網(wǎng)格圖 此網(wǎng)格是通過 ANSYS ICEM CFD生成的，經(jīng)質(zhì)量檢查是符合要求的，所以可以直接導入 CFX 中計算 。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 ) 換算成真機的最大開度值為： )(00)m a x(0m a x0 mmZZD DaaOOMMM??????? 計算真機的最大可能開度： )( 2 1 m a x0 mmaa ????最大可能 取設計水頭下的單位轉(zhuǎn)速與最優(yōu)效率點對應的開口值為最優(yōu)開口 a0y ，根據(jù)設計水頭 Hr下的單位轉(zhuǎn)速 ?39。1 rHDnnrrr ???? )/( 40)/(54 322139。 根據(jù)水輪機原始資料：轉(zhuǎn)輪直徑： D1 ＝ 3000mm； 設計水頭： H r ＝ ； 設計流量： Q r ＝ ； 額定轉(zhuǎn)速： n r =125r/min 進行計算設計。其結(jié)構如圖 238 所示。真空破 壞閥就是在緊急關閉導葉時補入空氣，破壞真空，起一定的保護作用。支持蓋見 235。支持蓋要求有足夠的強度和剛度，材料為ZG30。 頂蓋的結(jié)構比較復雜，制造要求較高，尤其是裝導葉套筒的孔應與底環(huán)同心。 本 水輪機的頂蓋最大直徑為 米。底環(huán)的結(jié)構見下圖 233： 圖 233 水輪機底環(huán) 39 ` 頂蓋和支持蓋 頂蓋是水輪機的主要部件之一，需要有足夠的強度和剛度，由于本水電站為大型軸流式水輪機，因此采用焊接頂蓋。本水輪機底環(huán)采用 ZG30 鑄造。為了防止轉(zhuǎn)輪體內(nèi)潤滑油沿著葉片法蘭的轉(zhuǎn)動間隙露出，特別是因為葉片背面的壓力常是真空，其法蘭周邊處更易露出， 也為了防止轉(zhuǎn)輪體外高壓水滲漏入體內(nèi)，在葉片和轉(zhuǎn)輪體之 38 間設有雙向的密封裝置。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)電機轉(zhuǎn)子頂上的受油器的回油腔。機組運轉(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)。其具體結(jié)構如圖 230所示： 圖 230 帶操作架的直連桿機構 37 ` 泄油閥 軸流轉(zhuǎn)槳式水輪機轉(zhuǎn)輪在泄水錐和轉(zhuǎn)輪體之間的底蓋上裝有泄油閥，圖 231本次設計中所用到的泄油閥結(jié)構，其特點是卸掉底部螺塞后油不會泄出，必須擰入排油管頂起止油閥后才能排出積油。 圖 229 轉(zhuǎn)輪結(jié)構圖 36 葉片操作機構與接力器 葉片操作機構的型式很多，本次設計采用的是帶 直連桿的 操作架的結(jié)構。轉(zhuǎn)輪體外圓采用球形結(jié)構， 球形輪轂能使葉片和轉(zhuǎn)輪體表面配合良好，在各種葉片轉(zhuǎn)角下它們之間的間隙可以很小，從而減小容積損失。 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構，上部與主軸聯(lián)接，下部接泄水錐，形狀較為復雜。 葉片材料為 ZG20SiMn，由于該材料抗汽蝕性能差，因此根據(jù)電站的運 行條件，在表面堆焊不銹鋼層，以提高轉(zhuǎn)輪的抗汽蝕性能。一種是 35 ` 用分別整體鑄造；一種是采用分開鑄造，加工后用螺釘或銷釘?shù)葯C械零件組合。 根據(jù)《水輪機設計手冊》中的要求，參照已有電站資料，本水電站操作油管水輪機段得結(jié)構如圖 228所示： 圖 228 操作油管示意圖 轉(zhuǎn)輪部分 葉片 葉片由本體和樞軸構成。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。在本次設計中采用的是空氣圍帶式密封，采用的壓縮空氣壓力是 4～7 公斤 /厘米 2，其所采用的圍帶的剖面尺寸見下圖 227： 圖 227水壓式主軸密封 操作油管 轉(zhuǎn)槳式水輪機轉(zhuǎn)輪的接力器操作油管裝于主軸中心孔內(nèi)。另一種是機組停機檢修軸承和軸承下部主軸密封時防止尾水往機坑內(nèi)泄漏的檢修密封。這一種密封的結(jié)構形式很多，如盤根、墊料式密封，單層或雙層橡膠密封，徑向式端面碳精塊（尼龍塊）密封，水泵密封等等。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 ~ 。分塊軸瓦采用 ZG滑動面澆注 ChSnSb116錫基軸承合金，墊板采用 30Cr，并有以下制造要求：本體鑄成整圈，分割成若干塊，合金澆注前掛純錫，不許脫殼，瓦面 粗糙度 為 8， 瓦背面支頂墊板與背面貼緊不許有間隙，墊片熱處理 HRC35~40。擋油箱以上的軸領處，開有數(shù)個通氣孔，以平衡軸領內(nèi)外側(cè)壓力，防止油和油霧外溢。當主軸旋轉(zhuǎn)時，此孔起著油泵的作用，將經(jīng)過冷卻器冷卻后的潤滑油輸送到軸瓦面及軸承體空腔內(nèi)，工作后的熱油經(jīng)軸承體上部油孔和頂部流向冷卻器，形成