[发明专利]基于有限元分析的水轮机活动导叶立面间隙优化新方法

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。

主权项

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： M = L 2 · sin γ cos β · R 2 n · R 1 · π · p · ( 2 r 2 - r 0 2 ) 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。