[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

本發明公開了一種水輪機槳葉軸瓦及其對偶部件的結構優化方法，具體包括以下步驟：S1、對轉輪機構中的軸瓦及槳葉樞軸部分進行受力分析，最大支反力和最小支反力；S2、以最小支反力和最大支反力為工況依據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，并將該計算結果與有限元分析結果進行對比；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。該發明可以有效對水輪機中產生掃膛現象的原因進行分析并提出結構上的優化方案。

技術領域

本發明涉及水輪機轉輪機構技術領域，尤其涉及一種水輪機槳葉軸瓦及其對偶部件的結構優化方法。

背景技術

槳葉軸瓦的軸向磨損會造成機組運行時槳葉與轉輪室間隙變小，并由于燈泡貫流式水輪機的運行特點，槳葉運行位置不同間隙變化的大小同，此種運行狀態更加劇了槳葉運行間隙的不均勻度，將導致壓力脈動增加、機組的振動擺度值增加、噪音增加。當槳葉軸瓦端面磨損達到一定數值后，會導致槳葉與轉輪室產生金屬碰撞，并此碰撞為周期性的旋轉撞擊，易導致轉輪室產生疲勞裂紋，電站出現災難性的重大事故。

轉槳式水輪機主要用于低水頭、大流量的水電站，其轉輪槳葉為懸臂梁結構，槳葉通過樞軸將軸向水推力、水力矩及槳葉重力、離心力作用在轉輪體軸瓦上。在機組運行槳葉開度調節過程中，軸瓦和樞軸之間無法避免會產生摩擦，從而形成樞軸與軸瓦表面之間的磨損。如果軸瓦材料性能較差，甚至會出現在壓力的作用下軸瓦基體破碎的狀況。由于轉槳式水輪機轉輪結構所固有的特點，槳葉樞軸中心與轉輪體軸瓦中心存在一定的傾斜角度，這導致軸瓦受力不均勻，其磨損狀態必然為偏磨。當軸瓦磨損量較大或出現損壞時，導致槳葉樞軸中心與轉輪體軸瓦中心傾斜角度增大，槳葉密封補償量不足，出現轉輪漏油、進水的現象。因此轉槳式水輪機轉輪樞軸軸瓦的性能直接影響槳葉密封的使用效果，樞軸軸瓦的使用壽命決定了機組的大修周期，甚至影響機組的正常運行；槳葉軸瓦的端面磨損，會導致槳葉與轉輪室間隙的變化，嚴重時出現槳葉“掃膛”的現象，嚴重影響電廠的經濟效益和社會效益。

而對水輪機中的葉輪機構進行全部成本過高，且沒有針對性的進行更換無法從根本上對水輪機中葉輪機構進行優化以減少磨損產生的影響，因此申請人認為需要提供一種對軸瓦及其對偶部件進行磨損分析并進行優化的方法。

發明內容

本發明旨在至少在一定程度上解決相關技術中的技術問題之一。

為達到上述目的，本發明提出了一種水輪機槳葉軸瓦及其對偶部件的結構優化方法，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。