[發明專利]一種水輪機頂蓋振動數值的確定方法

有效

• 申請號: 201811519027.6
• 申請日: 2018-12-12
• 公開（公告）號: CN109635438B
• 公開（公告）日: 2023-04-25
• 發明（設計）人: 肖良瑜;王永潭;孟繼慧;胡云鶴;張治洲;付旭;劉晶石
• 申請（專利權）人: 哈動國家水力發電設備工程技術研究中心有限公司;松花江水力發電有限公司豐滿大壩重建工程建設局
• 主分類號: G06F30/23
• 分類號: G06F30/23;G06T17/20;G06F111/04;G06F119/14
• 代理公司: 哈爾濱市松花江專利商標事務所 23109
• 代理人: 劉冰

一種水輪機頂蓋振動數值的確定方法，屬于水輪機的設計領域。本發明為了解決現有的水輪機頂蓋設計制造時還沒有一種水輪機頂蓋振動數值的確定方法。本發明通過ANSYS建立水輪機頂蓋三維模型，在水輪機頂蓋與座環把合螺栓分布圓上施加軸向約束，并進行模態求解得到質量阻尼和剛度阻尼。然后將水輪機轉輪模型試驗獲得的壓力脈動載荷數據轉換成真機頂蓋過流面壓力脈動載荷數據；根據ANSYS進行壓力脈動載荷的施加；在ANSYS中獲取在壓力脈動載荷作用下水輪機頂蓋水導軸承處+X、+Y兩個方向的位移振動響應曲線和振動頻率曲線，從而確定水輪機頂蓋振動數值。本發明適用于水輪機的設計。

技術領域

本發明屬于水輪機的設計領域，具體涉及一種水輪機頂蓋振動數值的確定方法。

背景技術

水輪機頂蓋作為負荷機構，它承受機組控制環、水導軸承裝配、主軸密封等部件重量、又承受水導傳遞給頂蓋的徑向力和活動導葉傳給頂蓋的支反力以及壓力脈動載荷。頂蓋的振動是影響水輪發電機組安全穩定運行重要因素。

以往在設計頂蓋的時候，僅是計算頂蓋的應力和變形，而沒有對頂蓋的振動數值進行計算，無法對頂蓋的振動性能進行評估，從而導致投入運行后，某些電站水輪機頂蓋的振動大，影響機組的安全穩定運行，甚至引發廠房的振動。

未來水電機組都是向大容量、高水頭、高轉速發展，機組及其支承系統的剛度相對較低，振動問題將更突出。因此，迫切需要在設計階段就對頂蓋振動性能進行評估，確保投入運行后機組能安全穩定運行。

目前的頂蓋設計時采用靜強度計算方法進行確定頂蓋參數，從而得到的頂蓋參數并沒有將頂蓋的振動數值的考慮到設計過程，也沒有一種水輪機頂蓋振動數值的確定方法，水輪機頂蓋的振動一般是通過實際測定獲得，一旦不符合設計要求，不僅白白浪費設計時的大量人力、物力，而且可能影響機組的安全穩定運行，甚至引發廠房的振動。

發明內容

本發明為了解決現有的水輪機頂蓋設計制造時還沒有一種水輪機頂蓋振動數值的確定方法。進而提出了一種一種水輪機頂蓋振動數值的確定方法。

一種水輪機頂蓋振動數值的確定方法，包括以下步驟：

步驟一、按水輪機頂蓋結構設計圖紙采用ANSYS軟件建立水輪機頂蓋三維模型；

步驟二、設定材料參數，在ANSYS軟件中建立水輪機頂蓋材料的彈性模量、泊松比、密度；

步驟三、施加邊界條件，在水輪機頂蓋與座環把合螺栓分布圓上施加軸向約束；

步驟四、進行模態求解，求解質量阻尼α和剛度阻尼β，并退出ANSYS軟件的solution求解器；

步驟五、將水輪機轉輪模型試驗獲得的壓力脈動載荷數據轉換成真機頂蓋過流面壓力脈動載荷數據；

步驟六、重新進入ANSYS軟件的solution求解器，進行壓力脈動載荷的施加；

步驟七、設定求解選項并求解：

采用瞬態響應分析方法進行水輪機頂蓋的振動計算，設定每個子步的時間步長、載荷步結束時間、質量阻尼α和剛度阻尼β，在ANSYS中設定求解選項后，進行分析計算；

步驟八、結果分析：

計算完成后，在ANSYS軟件中的時間后處理模塊TimeHist?Postpro獲取在壓力脈動載荷作用下水輪機頂蓋水導軸承處+X、+Y兩個方向的位移振動響應曲線和振動頻率曲線，從而確定水輪機頂蓋振動數值，包括頂蓋垂直振動幅值和振動主頻率。

進一步地，步驟四所述的進行模態求解求解質量阻尼α和剛度阻尼β的具體過程如下：

模態求解方程為：

其中：f為水輪機頂蓋的固有頻率，ξ為阻尼比；