基于有限元分析的水輪機(jī)活動(dòng)導(dǎo)葉立面間隙優(yōu)化新方法
【專利摘要】本發(fā)明公開一種基于有限元分析的水輪機(jī)活動(dòng)導(dǎo)葉立面間隙優(yōu)化新方法，利用該方法對(duì)水輪機(jī)活動(dòng)導(dǎo)葉尾部修型，可以有效地減小活動(dòng)導(dǎo)葉立面間隙，解決機(jī)組停機(jī)時(shí)漏水量大的問題。本發(fā)明使用接觸單元模擬水輪機(jī)活動(dòng)導(dǎo)葉靜水關(guān)閉工況的變形情況，根據(jù)活動(dòng)導(dǎo)葉幾何結(jié)構(gòu)和布置位置推導(dǎo)了導(dǎo)葉頭部和尾部密封線之間的間隙計(jì)算方法。根據(jù)獲得的立面間隙分布曲線，對(duì)活動(dòng)導(dǎo)葉尾部密封部位進(jìn)行不均勻修型，以保證修型量與間隙量相互抵消，使修型后導(dǎo)葉立面間隙達(dá)到最小。本發(fā)明可以有效減小導(dǎo)葉關(guān)閉時(shí)的漏水量，節(jié)約大量水資源，給電廠帶來巨大經(jīng)濟(jì)效益；同時(shí)也避免了生產(chǎn)廠家一味追求減小導(dǎo)葉變形量造成的材料成本增加。
【專利說明】基于有限元分析的水輪機(jī)活動(dòng)導(dǎo)葉立面間隙優(yōu)化新方法
【技術(shù)領(lǐng)域】:
[0001]本發(fā)明涉及一種基于有限元分析的水輪機(jī)活動(dòng)導(dǎo)葉立面間隙優(yōu)化新方法。
【背景技術(shù)】:
[0002]水輪機(jī)在靜水關(guān)閉工況下，活動(dòng)導(dǎo)葉的變形量較大，進(jìn)而造成漏水量增加。尤其是軸流式水輪機(jī)，由于其結(jié)構(gòu)的特殊性使其活動(dòng)導(dǎo)葉高度較高，變形量也隨之增加，導(dǎo)致漏水量過大的問題更加明顯。通常采取的措施是增粗導(dǎo)葉樞軸直徑、加寬空心活動(dòng)導(dǎo)葉翼型、甚至是采用實(shí)心導(dǎo)葉等。而對(duì)漏水量的減小效果并不非常理想，同時(shí)導(dǎo)葉重量的增加必將引起材料成本的升高，這對(duì)導(dǎo)葉生產(chǎn)廠家和電廠都是極其不利的。現(xiàn)有的活動(dòng)導(dǎo)葉立面間隙修型方法，通常是沿著密封線從下至上去除O~0.5mm厚的材料，盡管可以在一定程度上減小漏水量，但修型方案很盲目，沒有針對(duì)性，無法滿足導(dǎo)葉立面間隙優(yōu)化設(shè)計(jì)。

【發(fā)明內(nèi)容】
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[0003]本發(fā)明提供了一種基于有限元分析的水輪機(jī)活動(dòng)導(dǎo)葉立面間隙優(yōu)化新方法，可利用此方法分析水輪機(jī)活動(dòng)導(dǎo)葉立面間隙大小，根據(jù)間隙大小對(duì)導(dǎo)葉尾部密封部位修型，保證修型量與間隙量相互抵消，使修型后間隙最小化。本技術(shù)方案的技術(shù)方案為:
[0004]I)運(yùn)用商業(yè)軟件建立包含兩個(gè)完整水輪機(jī)活動(dòng)導(dǎo)葉的三維模型，采用二十節(jié)點(diǎn)六面體單元S0LID95劃分網(wǎng)格，定義導(dǎo)葉材料彈性模量2.068e5MPa,泊松比0.3 ；
[0005]2)在活動(dòng)導(dǎo)葉頭部和尾部密封處建立接觸單元，單元類型為C0NTA174和TARGEI70 ；
[0006]3)在兩個(gè)活動(dòng)導(dǎo)葉頭部對(duì)應(yīng)位置施加自由度耦合約束，在兩個(gè)導(dǎo)葉尾部對(duì)應(yīng)位置同樣施加自由度耦合約束；
[0007]4)根據(jù)控制環(huán)、接力器、導(dǎo)葉連桿以及導(dǎo)葉臂等結(jié)構(gòu)參數(shù)，計(jì)算出作用在導(dǎo)葉上端部的扭轉(zhuǎn)力矩，通過建立剛性面將該力矩施加于有限元模型上，導(dǎo)葉關(guān)閉力矩計(jì)算公式如下:
【權(quán)利要求】
1.一種基于有限元分析的水輪機(jī)活動(dòng)導(dǎo)葉立面間隙優(yōu)化新方法， 其特征是:該操作步驟如下: 1)運(yùn)用商業(yè)軟件建立包含兩個(gè)完整水輪機(jī)活動(dòng)導(dǎo)葉的三維模型，采用二十節(jié)點(diǎn)六面體單元S0LID95劃分網(wǎng)格，定義導(dǎo)葉材料彈性模量為:2.068e5MPa，泊松比0.3 ； 2)在活動(dòng)導(dǎo)葉頭部(4)和導(dǎo)葉尾部(7)導(dǎo)葉密封接觸區(qū)(8)建立接觸單元，單元類型為 CONTAI74 和 TARGEI70 ； 3)在兩個(gè)活動(dòng)導(dǎo)葉頭部(4)對(duì)應(yīng)位置施加自由度耦合約束，在兩個(gè)導(dǎo)葉尾部(7)對(duì)應(yīng)位置同樣施加自由度耦合約束； 4)計(jì)算作用在導(dǎo)葉上端部(I)的扭轉(zhuǎn)力矩，通過建立剛性面將該力矩施加于有限元模型上，導(dǎo)葉關(guān)閉力矩計(jì)算公式如下:
【文檔編號(hào)】G06F17/50GK103530475SQ201310513581
【公開日】2014年1月22日 申請(qǐng)日期:2013年10月28日 優(yōu)先權(quán)日:2013年10月28日
【發(fā)明者】劉晶石, 龐立軍, 肖良, 李永恒, 陳光輝, 賈偉, 田超 申請(qǐng)人:哈爾濱電機(jī)廠有限責(zé)任公司