[发明专利]一种水轮机转轮叶片动水压力分析方法

说明书

本发明涉及动力学技术领域，尤其是一种水轮机转轮叶片动水压力分析方法，包括对转轮叶片建立圆柱坐标系，以建立所述转轮叶片的准三元有限元模型；将水轮机转轮的蜗壳进口断面的中心点处设为参考点，并计算出所述参考点的压力值psubgt;c/subgt;以及所述节点Csubgt;ij/subgt;与参考点的压力差值Δpsubgt;ij/subgt;，以获得所述转轮叶片节点Csubgt;ij/subgt;处的平均动压力根据所述转轮叶片的通过频率倍频，获得动静干涉下所述节点Csubgt;ij/subgt;的压力脉动p′subgt;ij/subgt;；将所述转轮叶片节点Csubgt;ij/subgt;处的平均动压力与动静干涉下所述节点Csubgt;ij/subgt;的压力脉动p′subgt;ij/subgt;进行相加，以获得所述转轮叶片的动水压力模型。本发明通过建立水轮机转轮叶片的准三元有限元模型，以获得动静干涉下转轮叶片上动水压力分布的模型，从而便于对转轮叶片动水压力的暂态过程进行分析。

技术领域

本发明涉及动力学技术领域，尤其是一种水轮机转轮叶片动水压力分析方法。

背景技术

当转轮叶片和导叶相对转动时会产生动静干涉现象，造成转轮叶片动水压力中存在着异常压力脉动。这种异常压力脉动使转轮叶片产生强烈振动，进而造成转轮叶片出现疲劳裂纹，严重危害机组的安全运行。因而在研究水轮机转轮叶片动力学特性的过程中，有必要对动静干涉下转轮叶片的动水压力进行研究。

目前有关动静干涉下转轮叶片动水压力研究，主要通过数值模拟和试验测试分析的方法。在采用数值模拟研究动静干涉下转轮叶片动水压力时，主要通过CFD等有限元软件对不同工况的压力脉动进行研究。在采用试验测试分析研究转轮叶片动水压力时，主要研究不同工况时动静干涉对转轮叶片动水压力幅值和频率的影响，数值模拟仿真和试验测试主要研究了不同工况时的动水压力变化规律，没有得到反映动水压力与水力参数和结构参数的数学模型，难以进行转轮叶片动水压力的暂态过程分析。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供一种水轮机转轮叶片动水压力分析方法，通过建立水轮机转轮叶片的准三元有限元模型，以获得动静干涉下转轮叶片上动水压力分布的模型，从而便于对转轮叶片动水压力的暂态过程进行分析。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种水轮机转轮叶片动水压力分析方法，包括下述步骤：

S1.水轮机转轮叶片模型的建立：对转轮叶片建立圆柱坐标系，且所述圆柱坐标系的三个坐标变量R、θ、Z分别为所述转轮叶片位置距离转轮轴线的半径、瞬时时刻所述转轮叶片位置的转动角度、所述转轮叶片位置的深度；根据所述转轮叶片上水流的流线线形和所述转轮叶片的径线及轴线，将所述转轮叶片划分为多个单元，且每一所述单元均设有所述转轮叶片冠处节点及所述转轮叶片下环处节点，根据所述转轮叶片冠处节点及所述转轮叶片下环处节点获得轴向线形与径向线形相交的节点C_ij及相交的单元J_ij，以建立所述转轮叶片的准三元有限元模型；

S2.水轮机转轮叶片节点处平均动压力的计算：将水轮机转轮的蜗壳进口断面的中心点处设为参考点，并计算出所述参考点的压力值p_c以及所述节点C_ij与参考点的压力差值Δp_ij，根据所述参考点的压力值p_c以及所述节点C_ij与参考点的压力差值Δp_ij，获得所述转轮叶片节点C_ij处的平均动压力

S3.水轮机转轮叶片节点处压力脉动的计算：根据所述转轮叶片的通过频率倍频，获得动静干涉下所述节点C_ij的压力脉动p′_ij；