[发明专利]一种基于流固耦合的有载分接开关固有频率计算方法

权利要求书

1.一种基于流固耦合的湿模态法有载分接开关固有频率计算方法，该方法包括以下步骤：

步骤一：测量有载分接开关尺寸；

步骤二：根据步骤一所测量的尺寸，基于流固耦合理论，建立有载分接开关几何模型；

对桶内部采用流固耦合理论进行分析，将动静触头相互碰撞转化为圆盘上的点与点的相互接触，进而采用流固耦合理论分析OLTC内分接开关圆盘上点振动传播；

对桶内部采用流固耦合理论进行分析，将有载分接开关内部触头接触系统简化为将圆盘和竖直的旋转轴连接在一起，插在圆柱形的油桶中；

步骤三：根据步骤二建立的模型，采用湿模态法计算有载分接开关内部的一阶模态即内部固有频率；

步骤四：验证步骤三中计算得到的有载分接开关固有频率的正确性并进行修正。

2.根据权利要求1所述的一种基于流固耦合的湿模态法有载分接开关固有频率计算方法，其特征在于：

其中步骤一中，测量尺寸包括：对有载分接开关的桶盖外侧尺寸，气阀的尺寸，开关桶的内侧直径以及高度，转轴的高度，以及静触头到转轴的距离进行量测。

3.根据权利要求1或2所述的一种基于流固耦合的湿模态法有载分接开关固有频率计算方法，其特征在于：

其中步骤三中，将步骤二中建立好的模型导入Ansys软件，采用湿模态法对桶面和油所构成的流固耦合面进行设定剖分和定义，计算经过湿模态定义的一阶模态即有载分接开关内部固有频率。

4.根据权利要求3所述的一种基于流固耦合的湿模态法有载分接开关固有频率计算方法，其特征在于：

其中步骤三中，其中在对流固耦合面进行设定剖分和定义时，忽略分接开关的顶面，对分接开关侧壁进行约束。

5.根据权利要求4所述的一种基于流固耦合的湿模态法有载分接开关固有频率计算方法，其特征在于：

其中具体的约束设置为：根据所测的转轴尺寸，将内部的轴和圆盘连接体其垂直插入到分接开关桶内，桶内充满了变压器油，使用湿模态法进行剖分，其中将油体内加入Acoustic body即声学模块，定义油的密度，并且定义重力加速度，进而计算固有频率。

6.根据权利要求5所述的一种基于流固耦合的湿模态法有载分接开关固有频率计算方法，其特征在于：计算固有频率的计算公式如下：

M_s为油室的结构质量矩阵，M_a＝ρB^TH^-1B，为流体的附加质量矩阵，为结构位移矢量；

其中，N为流体单位元形函数，Ω为流体单元体积，s_t为流固耦合面积，Λ为坐标变换矩阵，ρ为流体密度；

K_s为模态矩阵即固有频率矩阵，根据上述公式可以得出流固耦合中的振型和固有模态，固有模态即固有频率。

7.根据权利要求1所述的一种基于流固耦合的湿模态法有载分接开关固有频率计算方法，其特征在于：

其中步骤四中，采用振动法对有载分接开关进行实验量测，将计算所得到的固有频率与实验量测的固有频率进行对比，从而验证该计算方法的正确性。

8.根据权利要求7所述的一种基于流固耦合的湿模态法有载分接开关固有频率计算方法，其特征在于：

其中实验数据中振幅最大的为固有频率，如果计算所得固有频率与振幅最大的值相对应偏差不大，则证明该方法是正确的。

9.根据权利要求8所述的一种基于流固耦合的湿模态法有载分接开关固有频率计算方法，其特征在于：

如果偏差较大，则回到步骤三中，重新对模型之间的约束进行设置，并进一步与实验结果进行对比，直到与实验的最高振幅的值相似为止。

10.根据权利要求9所述的一种基于流固耦合的湿模态法有载分接开关固有频率计算方法，其特征在于：其中计算所得固有频率与振幅最大的值相对应偏差在4％以内均认为正常。