[发明专利]一种水轮机顶盖振动数值的确定方法

说明书

一种水轮机顶盖振动数值的确定方法，属于水轮机的设计领域。本发明为了解决现有的水轮机顶盖设计制造时还没有一种水轮机顶盖振动数值的确定方法。本发明通过ANSYS建立水轮机顶盖三维模型，在水轮机顶盖与座环把合螺栓分布圆上施加轴向约束，并进行模态求解得到质量阻尼和刚度阻尼。然后将水轮机转轮模型试验获得的压力脉动载荷数据转换成真机顶盖过流面压力脉动载荷数据；根据ANSYS进行压力脉动载荷的施加；在ANSYS中获取在压力脉动载荷作用下水轮机顶盖水导轴承处+X、+Y两个方向的位移振动响应曲线和振动频率曲线，从而确定水轮机顶盖振动数值。本发明适用于水轮机的设计。

技术领域

本发明属于水轮机的设计领域，具体涉及一种水轮机顶盖振动数值的确定方法。

背景技术

水轮机顶盖作为负荷机构，它承受机组控制环、水导轴承装配、主轴密封等部件重量、又承受水导传递给顶盖的径向力和活动导叶传给顶盖的支反力以及压力脉动载荷。顶盖的振动是影响水轮发电机组安全稳定运行重要因素。

以往在设计顶盖的时候，仅是计算顶盖的应力和变形，而没有对顶盖的振动数值进行计算，无法对顶盖的振动性能进行评估，从而导致投入运行后，某些电站水轮机顶盖的振动大，影响机组的安全稳定运行，甚至引发厂房的振动。

未来水电机组都是向大容量、高水头、高转速发展，机组及其支承系统的刚度相对较低，振动问题将更突出。因此，迫切需要在设计阶段就对顶盖振动性能进行评估，确保投入运行后机组能安全稳定运行。

目前的顶盖设计时采用静强度计算方法进行确定顶盖参数，从而得到的顶盖参数并没有将顶盖的振动数值的考虑到设计过程，也没有一种水轮机顶盖振动数值的确定方法，水轮机顶盖的振动一般是通过实际测定获得，一旦不符合设计要求，不仅白白浪费设计时的大量人力、物力，而且可能影响机组的安全稳定运行，甚至引发厂房的振动。

发明内容

本发明为了解决现有的水轮机顶盖设计制造时还没有一种水轮机顶盖振动数值的确定方法。进而提出了一种一种水轮机顶盖振动数值的确定方法。

一种水轮机顶盖振动数值的确定方法，包括以下步骤：

步骤一、按水轮机顶盖结构设计图纸采用ANSYS软件建立水轮机顶盖三维模型；

步骤二、设定材料参数，在ANSYS软件中建立水轮机顶盖材料的弹性模量、泊松比、密度；

步骤三、施加边界条件，在水轮机顶盖与座环把合螺栓分布圆上施加轴向约束；

步骤四、进行模态求解，求解质量阻尼α和刚度阻尼β，并退出ANSYS软件的solution求解器；

步骤五、将水轮机转轮模型试验获得的压力脉动载荷数据转换成真机顶盖过流面压力脉动载荷数据；

步骤六、重新进入ANSYS软件的solution求解器，进行压力脉动载荷的施加；

步骤七、设定求解选项并求解：

采用瞬态响应分析方法进行水轮机顶盖的振动计算，设定每个子步的时间步长、载荷步结束时间、质量阻尼α和刚度阻尼β，在ANSYS中设定求解选项后，进行分析计算；

步骤八、结果分析：

计算完成后，在ANSYS软件中的时间后处理模块TimeHist Postpro获取在压力脉动载荷作用下水轮机顶盖水导轴承处+X、+Y两个方向的位移振动响应曲线和振动频率曲线，从而确定水轮机顶盖振动数值，包括顶盖垂直振动幅值和振动主频率。

进一步地，步骤四所述的进行模态求解求解质量阻尼α和刚度阻尼β的具体过程如下：

模态求解方程为：

其中：f为水轮机顶盖的固有频率，ξ为阻尼比；