[發明專利]一種水輪機槳葉軸瓦及其對偶部件的結構優化方法

在審

• 申請號: 202210444305.6
• 申請日: 2022-04-25
• 公開（公告）號: CN115099078A
• 公開（公告）日: 2022-09-23
• 發明（設計）人: 丁暉慶;肖遙;蒲洪堅;鄧亞;陳政;肖學友;彭諒
• 申請（專利權）人: 懷化沅江電力開發有限責任公司洪江水力發電廠
• 主分類號: G06F30/23
• 分類號: G06F30/23;G06F111/04;G06F119/14
• 代理公司: 北京清亦華知識產權代理事務所(普通合伙) 11201
• 代理人: 單冠飛

1.一種水輪機槳葉軸瓦及其對偶部件的結構優化方法，其特征在于，包括以下步驟：

S1、對轉輪機構中的軸瓦及槳葉樞軸部分進行受力分析，得到在最大水頭工況下，葉片處于轉動狀態和停止狀態下作用于槳葉樞軸上的支反力；

S2、根據不同工況結合兩組支反力進行有限元模擬建模，并結合最大水頭工況和額定水頭工況對有限元建模進行軸瓦不同部位的有限元分析，得到不同工況下軸瓦接觸壓力分析結果，并根據分析結果得出軸瓦磨損原因為端面接觸壓力過大；

S3、利用解析法對軸瓦進行受力分析以及對軸瓦接觸壓力進行計算分析，得到各工況下軸瓦接觸壓力，并將該計算結果與有限元分析結果進行對比，驗證有限元分析中所得到的軸瓦磨損原因是否正確；

S4、根據有限元分析得出的軸瓦磨損原因以及解析法驗證結果提出優化方案，對軸瓦進行結構規格上的調整，增加軸瓦及其對偶部件的外徑，并對優化方案再次進行各個工況下的有限元分析以及解析法驗證，用以驗證優化方案的可行性。

2.如權利要求1所述的一種水輪機槳葉軸瓦及其對偶部件的結構優化方法，其特征在于，所述S1中對軸瓦及漿液樞軸部分受力分析后，對轉輪機構中的槳葉樞軸進行水力矩和水推力計算，得到槳葉樞軸在工作狀態下的最大水頭和最小水頭，并根據最大水頭和最小水頭對轉輪機構的最低操作油壓進行計算，得到在最大水頭工況下作用于下槳葉樞軸上的最大支反力以及在最小水頭工況下作用于槳葉樞軸上的最小支反力。

3.如權利要求1所述的一種水輪機槳葉軸瓦及其對偶部件的結構優化方法，其特征在于，所述S2中，有限元法分析時對軸瓦以及轉輪進行均進行建模，且對轉輪建模時，根據轉輪的周期對稱性建立的分析模型為包含一個葉片的轉輪的一個周期，在剖開面施加周期對稱邊界條件，約束葉片樞軸連桿處節點的周向自由度；轉輪樞軸與軸瓦接觸處采用接觸單元設置。

4.如權利要求3所述的一種水輪機槳葉軸瓦及其對偶部件的結構優化方法，其特征在于，在S2中，有限元法模擬工況時需要模擬出額定水頭、額定出力的工況以及最大水頭、額定出力的工況。

5.如權利要求4所述的一種水輪機槳葉軸瓦及其對偶部件的結構優化方法，其特征在于，S2中，對軸瓦有限元分析包括對軸瓦的端面接觸應力分析以及對軸瓦徑向接觸應力的分析，并在額定水頭、額定出力的工況以及最大水頭、額定出力的工況下分別對軸瓦的端面接觸壓力以及徑向接觸壓力進行有限元分析，以得到不同工況下軸瓦端面接觸壓力以及軸瓦徑向接觸壓力的分析結果。

6.如權利要求5所述的一種水輪機槳葉軸瓦及其對偶部件的結構優化方法，其特征在于，在S2中，在有限元分析過程中加入對邊緣接觸壓力因素的約束輸入，對軸瓦端面接觸壓力以及徑向接觸壓力在額定水頭、額定出力的工況以及最大水頭、額定出力的工況下再次進行有限元分析，從而得到在考慮邊緣接觸壓力因素影響時，不同工況下軸瓦端面接觸壓力以及軸瓦徑向接觸壓力的結果，以確定邊緣接觸壓力對軸瓦端面接觸壓力以及徑向接觸壓力的影響。

7.如權利要求4所述的一種水輪機槳葉軸瓦及其對偶部件的結構優化方法，其特征在于，在S2分析中，對軸瓦進行變形分布有限元分析，用以模擬觀測軸瓦變形位置，變形分布有限元分析包括：

額定水頭、額定出力工況下軸瓦徑向變形分布以及軸瓦端面變形分布；

最大水頭、額定出力工況下軸瓦徑向變形分布以及軸瓦端面變形分布；

額定水頭、額定出力工況下軸瓦徑向變形分布以及軸瓦徑向變形分布；

最大水頭、額定出力工況下軸瓦徑向變形分布以及軸瓦徑向變形分布。

8.根據權利要求1所述的一種水輪機槳葉軸瓦及其對偶部件的結構優化方法，其特征在于：依據對優化方案進行驗證時，依據S2、S3的步驟對優化方案進行有限元分析和解析法計算驗證，以確定優化方案的可實施性。