[发明专利]一种冲击式水轮机转轮快速造型方法

说明书

本发明属于水轮机技术领域，特别涉及一种冲击式水轮机转轮快速造型方法。本发明的方法包括以下步骤：根据电站参数，通过对比、选型确定水斗式转轮主要参数及模型与真机比值；建立冲击式水轮机模型转轮及周围流体的三维模型，设置计算域的计算方程和边界条件；提取转轮表面气液两项分布云图，根据气液两项分布云图将水斗正面和背面均划分有水区域和无水区域；将无水区域均再划分为过渡区和根部；对根部进行减应力复杂曲面的造型以满足应力要求；对有水区域进行水斗叶型的优化以满足效率要求；将有水区域与根部用过渡区桥接，形成拼接水斗整体；优化过渡区使水斗固有频率与激振频率完全避开。本发明提供了一种冲击式水轮机转轮快速造型方法。

技术领域

本发明属于水轮机技术领域，特别涉及一种冲击式水轮机转轮快速造型方法。

背景技术

水斗式转轮是冲击式水轮机的核心部件，一个合格的转轮必须同时满足三个条件水力、应力和固有频率，也就是说一个合格的转轮必须具有较高的水力效率、较低的静应力和动应力以及其固有频率完全避开其激振频率。

目前冲击式水轮机转轮开发流程见图4，冲击式水轮机转轮水力开发完成后，需进一步进行结构设计，结构设计既需要降低转轮应力，还需进行错频设计。在此过程中，降低应力需要考虑转轮根部多个复杂曲面的造型，错频设计需要考虑转轮背部曲面的多次造型优化。转轮根部及背面高阶曲面的优化设计都涉及大量复杂曲线与曲面的优化调整及多次迭代，往往会出现三条件中满足其二，但第三很难满足；工作难度大，且非常耗时，从而导致冲击式转轮开发周期较长。

发明内容

为了解决现有技术存在的上述问题，本发明的目的在于提供一种冲击式水轮机转轮快速造型方法。

本发明所采用的技术方案为：

一种冲击式水轮机转轮快速造型方法，包括以下步骤：

根据电站参数，通过对比、选型确定水斗式转轮主要参数及模型与真机比值；

建立冲击式水轮机模型转轮及周围流体的三维模型，设置计算域的计算方程和边界条件等计算参数；

提取转轮表面气液两项分布云图，并根据气液两项分布云图将水斗正面和背面均划分有水区域和无水区域；

将无水区域均再划分为过渡区和根部；

对根部进行减应力复杂曲面的造型，以满足应力要求；对有水区域进行水斗叶型的优化，以满足效率要求；

将有水区域与根部用过渡区桥接，形成拼接水斗整体；

优化过渡区使水斗固有频率与激振频率完全避开。

本发明根据电站参数，通过对比、选型确定水斗式转轮主要参数及模型与真机比值；运用商业软件建立冲击式水轮机模型转轮及周围流体的三维模型，设置计算域的计算方程和边界条件等计算参数；提取转轮表面气液两项分布云图，并根据气液两项分布云图将水斗正面和背面均划分有水区域和无水区域；将无水区域再一次划分为过渡区和根部；对根部进行减应力复杂曲面的造型，使其应力满足要求，对有水区域进行水斗叶型的优化，使其效率满足要求；将有水区域与根部用过渡区桥接，形成拼接转轮整体；优化过渡区使水斗固有频率与激振频率完全避开。

本发明并根据气液两项分布云图将水斗正面和背面均划分有水区域和无水区域，将无水区域均再划分为过渡区和根部，有水区的改动对水力效率影响较为敏感，无水区对水力效率不敏感，则只需对有水区域进行水斗叶型的优化以满足效率要求，仅需对根部进行减应力复杂曲面的造型以满足应力要求。进行有水区域的结构设计和根部的水力设计后，仅需调整过渡段即可使整个水斗固有频率与激振频率完全避开。

由于过渡区属于无水区，所以对过渡区的优化调整不会影响水斗的水力效率。同时，相比于根部，过渡区又属于低应力区，过渡区曲面的曲率变化对水斗整体的应力水平不会产生较大影响。