一种冲击式水轮机水斗固有频率调整方法及结构与流程

1.本发明属于水轮机技术领域，特别涉及一种冲击式水轮机水斗固有频率调整方法及结构。


背景技术：

2.与反击式水轮机不同，水斗在空气中高速旋转，水斗一旦发生断裂，就会威胁电站运维人员的生命，严重影响冲击式水轮机运行的安全和稳定。因此在进行水斗研发设计时，除了考虑运行效率外，还需调整水斗自身的固有频率，使其扭转振型的各节径模态对应的固有频率完全避开其相应模态的激励频率，从而保证永远不会产生共振。
3.目前，在冲击式水轮机水斗结构设计中，没有针对水斗固有频率的快速调整方法，只是在水斗根部造型完成后，通过商业软件计算其各阶固有频率，并与其激振频率相比，看是否发生共振。如发生共振，就只能重新设计水斗，大大增加了水斗的研发设计难度，延长了水斗的研发设计周期。


技术实现要素：

4.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设计简单快速的冲击式水轮机水斗固有频率调整方法及结构。
5.本发明所采用的技术方案为：
6.一种冲击式水轮机水斗固有频率调整方法，包括以下步骤：
7.根据cfd计算结果，对水斗背面进行分区，明确影响水力的区域和不影响水力的区域；
8.采用水斗根部造型方法，建立水斗三维模型；
9.在不影响水力区域，添加辅助线和辅助面，通过缝合命令，构建调频率模块；
10.搭建有限元模型，施加边界条件，并求解；
11.循环进行：提取扭转振型下的各节径模态及其对应的固有频率，并与相应模态的激振频率作对比，判断是否发生共振；如果发生共振，判断并决定调整方向，如需提高固有频率则加厚调频率模块，如需降低固有频率则削薄调频率模块；
12.确定调频率模块的最优厚度。
13.本发明根据cfd计算结果，对水斗背面进行分区，明确哪些区域影响水力，哪些区域不影响水力；采用水斗根部造型方法，建立水斗三维模型；在不影响水力区域，添加辅助线和辅助面，通过缝合命令，构建调频率模块，并与根部通过桥接曲面方式光滑过渡；采用商业软件，搭建有限元模型，施加边界条件，并求解；提取扭转振型下的各节径模态及其对应的固有频率，并与相应模态的激振频率作对比，判断是否发生共振；如果发生共振，判断并决定调整方向，如要提高固有频率就加厚调频率模块，反之则削薄调频率模块，循环几次，确定最优调频率模块厚度。
14.本发明能够简单快速调整水斗固有频率，使其模态的固有频率在设计阶段最大程
度的避开相应模态的激振频率，从而保证机组的安全稳定运行。本发明仅对调频率模块进行调整，降低了水斗研发难度，缩短水斗的研发周期。
15.作为本发明的优选方案，构建调频率模块时，使调频率模块与水斗根部通过桥接曲面方式光滑过渡。
16.作为本发明的优选方案，影响水力的区域为水斗外侧，不影响水力的区域为水斗背部靠转轮轮毂一侧。
17.一种冲击式水轮机水斗固有频率调整结构，包括设置于水斗不影响水力区域的调频率模块。
18.本发明通过在水斗不影响水力区域设置调频率模块，使其模态的固有频率在设计阶段最大程度的避开相应模态的激振频率，从而保证机组的安全稳定运行。在调整水斗自身固有频率阶段，只需对调频率模块进行调整，降低了水斗研发难度，缩短水斗的研发周期。
19.作为本发明的优选方案，所述调频率模块与水斗根部光滑过渡。
20.作为本发明的优选方案，所述水斗不影响水力区域为水斗背部靠转轮轮毂一侧。
21.本发明的有益效果为：
22.本发明能够简单快速调整水斗固有频率，使其模态的固有频率在设计阶段最大程度的避开相应模态的激振频率，从而保证机组的安全稳定运行。本发明仅对调频率模块进行调整，降低了水斗研发难度，缩短水斗的研发周期。
附图说明
23.图1是本发明的方法流程图；
24.图2是水斗背面分区示意图；
25.图3是具有调频率模块的水斗结构示意图。
具体实施方式
26.为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
27.因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
28.实施例1：
29.如图1～图3所示，本实施例的冲击式水轮机水斗固有频率调整方法，包括以下步骤：
30.s1：根据cfd计算结果，对水斗背面进行分区，明确影响水力的区域和不影响水力的区域；
31.s2：采用水斗根部造型方法，建立水斗三维模型；
32.s3：在不影响水力区域，添加辅助线和辅助面，通过缝合命令，构建调频率模块，并与根部通过桥接曲面方式光滑过渡；
33.s4：采用商业软件，搭建有限元模型，施加边界条件，并求解；
34.s5：提取扭转振型下的各节径模态及其对应的固有频率，并与相应模态的激振频率作对比，判断是否发生共振；
35.s6：如果发生共振，判断并决定调整方向，如需提高固有频率则加厚调频率模块，如需降低固有频率则削薄调频率模块；循环几次，确定调频率模块的最优厚度。
36.本发明根据cfd计算结果，对水斗背面进行分区，明确哪些区域影响水力，哪些区域不影响水力；采用水斗根部造型方法，建立水斗三维模型；在不影响水力区域，添加辅助线和辅助面，通过缝合命令，构建调频率模块，并与根部通过桥接曲面方式光滑过渡；采用商业软件，搭建有限元模型，施加边界条件，并求解；提取扭转振型下的各节径模态及其对应的固有频率，并与相应模态的激振频率作对比，判断是否发生共振；如果发生共振，判断并决定调整方向，如要提高固有频率就加厚调频率模块，反之则削薄调频率模块，循环几次，确定最优调频率模块厚度。
37.本发明能够简单快速调整水斗固有频率，使其模态的固有频率在设计阶段最大程度的避开相应模态的激振频率，从而保证机组的安全稳定运行。本发明仅对调频率模块进行调整，降低了水斗研发难度，缩短水斗的研发周期。
38.其中，影响水力的区域为水斗外侧，不影响水力的区域为水斗背部靠转轮轮毂一侧的中间区域。
39.实施例2：
40.本实施例的冲击式水轮机水斗固有频率调整结构，包括设置于水斗不影响水力区域的调频率模块。所述调频率模块与水斗根部光滑过渡。所述水斗不影响水力区域为水斗背部靠转轮轮毂一侧的中间区域。
41.本发明通过在水斗不影响水力区域设置调频率模块，使其模态的固有频率在设计阶段最大程度的避开相应模态的激振频率，从而保证机组的安全稳定运行。在调整水斗自身固有频率阶段，只需对调频率模块进行调整，降低了水斗研发难度，缩短水斗的研发周期。
42.本发明不局限于上述可选实施方式，任何人在本发明的启示下都可得出其他各种形式的产品，但不论在其形状或结构上作任何变化，凡是落入本发明权利要求界定范围内的技术方案，均落在本发明的保护范围之内。

技术特征：
1.一种冲击式水轮机水斗固有频率调整方法，其特征在于：包括以下步骤：根据cfd计算结果，对水斗背面进行分区，明确影响水力的区域和不影响水力的区域；采用水斗根部造型方法，建立水斗三维模型；在不影响水力区域，添加辅助线和辅助面，通过缝合命令，构建调频率模块；搭建有限元模型，施加边界条件，并求解；循环进行：提取扭转振型下的各节径模态及其对应的固有频率，并与相应模态的激振频率作对比，判断是否发生共振；如果发生共振，判断并决定调整方向，如需提高固有频率则加厚调频率模块，如需降低固有频率则削薄调频率模块；确定调频率模块的最优厚度。2.根据权利要求1所述的一种冲击式水轮机水斗固有频率调整方法，其特征在于：构建调频率模块时，使调频率模块与水斗根部通过桥接曲面方式光滑过渡。3.根据权利要求1所述的一种冲击式水轮机水斗固有频率调整方法，其特征在于：影响水力的区域为水斗外侧，不影响水力的区域为水斗背部靠转轮轮毂一侧。4.由权利要求1所述的方法得到的一种冲击式水轮机水斗固有频率调整结构，其特征在于：包括设置于水斗不影响水力区域的调频率模块。5.根据权利要求4所述的一种冲击式水轮机水斗固有频率调整结构，其特征在于：所述调频率模块与水斗根部光滑过渡。6.根据权利要求4所述的一种冲击式水轮机水斗固有频率调整结构，其特征在于：所述水斗不影响水力区域为水斗背部靠转轮轮毂一侧。

技术总结
本发明属于水轮机技术领域，特别涉及一种冲击式水轮机水斗固有频率调整方法及结构。本发明的方法包括以下步骤：根据CFD计算结果，对水斗背面进行分区，明确影响水力的区域和不影响水力的区域；采用水斗根部造型方法，建立水斗三维模型；在不影响水力区域，添加辅助线和辅助面，通过缝合命令，构建调频率模块；搭建有限元模型，施加边界条件，并求解；循环进行：提取扭转振型下的各节径模态及其对应的固有频率，并与相应模态的激振频率作对比，判断是否发生共振；如果发生共振，判断并决定调整方向，如需提高固有频率则加厚调频率模块，如需降低固有频率则削薄调频率模块；确定调频率模块的最优厚度。本发明提供了一种设计简单快速的冲击式水轮机水斗固有频率调整方法及结构。击式水轮机水斗固有频率调整方法及结构。击式水轮机水斗固有频率调整方法及结构。


技术研发人员：吕博儒 梁权伟 凡家异 熊建军 宋敏 邓金杰 何启源 程猛 周恒特 周俊鹏 刘礼政
受保护的技术使用者：东方电气集团东方电机有限公司
技术研发日：2023.01.05
技术公布日：2023/5/16