基于有限元分析的水轮机活动导叶立面间隙优化新方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号(10)申请公布号CNCN103530475103530475A(43)申请公布日2014.01.22(21)申请号201310513581.4(22)申请日2013.10.28(71)申请人哈尔滨电机厂有限责任公司地址150040黑龙江省哈尔滨市香坊区三大动力路99号哈尔滨电机厂有限责任公司技术管理部(72)发明人刘晶石庞立军肖良李永恒陈光辉贾伟田超(51)Int.Cl.G06F17/50(2006.01)权权利要求书1页利要求书1页说明书3页说明书3页附图3页附图3页(54)发明名称基于有限元分析的水轮机活动导叶立面间隙优化新方法(57)摘要本发明公开一种基于有限元分析的水轮机活动导叶立面间隙优化新方法，利用该方法对水轮机活动导叶尾部修型，可以有效地减小活动导叶立面间隙，解决机组停机时漏水量大的问题。本发明使用接触单元模拟水轮机活动导叶静水关闭工况的变形情况，根据活动导叶几何结构和布置位置推导了导叶头部和尾部密封线之间的间隙计算方法。根据获得的立面间隙分布曲线，对活动导叶尾部密封部位进行不均匀修型，以保证修型量与间隙量相互抵消，使修型后导叶立面间隙达到最小。本发明可以有效减小导叶关闭时的漏水量，节约大量水资源，给电厂带来巨大经济效益；同时也避免了生产厂家一味追求减小导叶变形量造成的材料成本增加。CN103530475ACN103547ACN103530475A权利要求书1/1页1.一种基于有限元分析的水轮机活动导叶立面间隙优化新方法，其特征是：该操作步骤如下：1)运用商业软件建立包含两个完整水轮机活动导叶的三维模型，采用二十节点六面体单元SOLID95划分网格，定义导叶材料弹性模量为：2.068e5MPa，泊松比0.3；2)在活动导叶头部（4）和导叶尾部（7）导叶密封接触区（8）建立接触单元，单元类型为CONTA174和TARGE170；3)在两个活动导叶头部（4）对应位置施加自由度耦合约束，在两个导叶尾部（7）对应位置同样施加自由度耦合约束；4)计算作用在导叶上端部（1）的扭转力矩，通过建立刚性面将该力矩施加于有限元模型上，导叶关闭力矩计算公式如下：式中M为导叶关闭力矩L2为导叶臂长度γ为导叶臂与导叶连杆夹角β为导叶全关时，导叶连杆方向R1为控制环连杆销分布圆半径R2为控制环大耳环分布圆半径p为接力器最大油压r为接力器活塞半径r0为接力器活塞杆半径n为导叶数5)在导叶上枢轴（2）、导叶中枢轴（3）和导叶下枢轴（5）处施加径向约束，在导叶下端部（6）施加轴向约束，在导叶瓣体表面施加水压力载荷；6)利用商业有限元软件进行求解，根据活动导叶几何结构和布置位置推导导叶头部（4）和导叶尾部（7）密封线之间的间隙（9），根据有限元结果计算出导叶立面间隙分布曲线；7)根据计算所得间隙分布曲线，对活动导叶尾部（7）密封部位进行不均匀修型，上述步骤即为基于有限元分析的水轮机活动导叶立面间隙优化新方法。2CN103530475A说明书1/3页基于有限元分析的水轮机活动导叶立面间隙优化新方法技术领域：[0001]本发明涉及一种基于有限元分析的水轮机活动导叶立面间隙优化新方法。背景技术：[0002]水轮机在静水关闭工况下，活动导叶的变形量较大，进而造成漏水量增加。尤其是轴流式水轮机，由于其结构的特殊性使其活动导叶高度较高，变形量也随之增加，导致漏水量过大的问题更加明显。通常采取的措施是增粗导叶枢轴直径、加宽空心活动导叶翼型、甚至是采用实心导叶等。而对漏水量的减小效果并不非常理想，同时导叶重量的增加必将引起材料成本的升高，这对导叶生产厂家和电厂都是极其不利的。现有的活动导叶立面间隙修型方法，通常是沿着密封线从下至上去除0～0.5mm厚的材料，尽管可以在一定程度上减小漏水量，但修型方案很盲目，没有针对性，无法满足导叶立面间隙优化设计。发明内容：[0003]本发明提供了一种基于有限元分析的水轮机活动导叶立面间隙优化新方法，可利用此方法分析水轮机活动导叶立面间隙大小，根据间隙大小对导叶尾部密封部位修型，保证修型量与间隙量相互抵消，使修型后间隙最小化。本技术方案的技术方案为：[0004]1)运用商业软件建立包含两个完整水轮机活动导叶的三维模型，采用二十节点六面体单元SOLID95划分网格，定义导叶材料弹性模量2.068e5MPa，泊松比0.3；[0005]2)在活动导叶头部和尾部密封处建立接触单元，单元类型为CONTA174和TARGE170；[0006]3)在两个活动导叶头部对应位置施加自由度耦合约束，在两个导叶尾部对应位置同样施加自由度耦合约束；[0007]4)根据控制环、接力器、导叶连杆以及导叶臂等结构参数，计算出作用在导叶上端部的扭转力矩，通过建立刚性面将该力矩施加于有限元