陳光輝，李紅亮

(1．哈爾濱大電機研究所，黑龍江 哈爾濱150040;2．中原油田石油化工總廠，河南 濮陽457165)

0 引言

由于燈泡貫流式機組為臥式結構，水流沿流道幾乎呈直線狀沖擊轉輪葉片，因此，在實際使用時，對連接葉片的轉輪體的剛強度考核要求很嚴格。本文分別采取單獨計算和聯合受力分析的方法對轉輪體的剛強度性能進行考核，并應用解析計算對考核結果進行驗證分析。

1 有限元計算分析

1.1 轉輪體單獨計算分析

對轉輪體剛強度性能進行考核時，采取轉輪體單獨計算方法，轉輪體大小樞軸孔受到葉片傳遞的彎曲力通過壓力載荷進行模擬。根據轉輪體的結構特點，選取1/4轉輪體作為有限元分析模型，有限元分析模型如圖1所示。

基本計算參數:最大水頭為15.5 m;額定水頭為14.4 m;葉片個數為4個;額定功率為21.76 MW;額定轉速為142.8 r/min;飛逸轉速為440 r/min。

圖1 轉輪體單獨計算有限元分析模型

貫流水輪機轉輪葉片采用轉槳式結構，葉片可以隨負荷的變化與導水機構導葉聯動。

1.2 聯合計算分析

在貫流式機組水輪機轉輪體實際安裝中，上部與主軸連接，下部接泄水錐，轉輪體上裝有全部葉片和操作機構，結構非常復雜。為了反映轉輪體的應力和變形分布情況，采取轉輪體、大樞軸、小樞軸、轉輪葉片聯合計算的方法進行分析。有限元計算模型如圖2所示。

1.3 計算結果分析

表1為轉輪體單獨計算和聯合受力分析計算結果比較。從計算結果可以看出，單獨計算和聯合計算都存在局部的應力集中，這是邊界條件的施加方法和局部網格劃分不連續(xù)導致的，聯合計算結果明顯小于單獨計算結果，特別對于飛逸工況，單獨計算往往會在轉輪體大樞軸孔的靠近下游側存在明顯的局部高應力;當采用聯合計算分析時，得出轉輪體的應力分布變化比較平緩，無明顯的局部應力集中。

2 解析計算轉輪體的彎曲應力［1］

在計算轉輪體應力時，需要考核正常工況和飛逸工況。

2.1 正常工況

孔間壁最弱斷面由于樞軸內支反力F1產生的彎矩為［2］

孔間壁最弱斷面由于樞軸外支反力F2產生的彎矩為［3］

葉片系統運轉時的離心力為

孔間壁最弱斷面由于葉片系統離心力產生的彎矩為

轉輪體的平均彎曲應力為 δmax=δF1+δF2+δC=24.32 MPa。

2.2 飛逸工況

葉片系統運轉時的離心力為

表1 轉輪體單獨計算和聯合受力分析計算結果比較

在飛逸工況下，轉輪葉片受到水壓力對轉輪體應力影響很小，可以忽略不計，轉輪體只受到葉片的離心力作用，所以葉片離心力作用帶來的彎曲應力為

從解析計算的結果可以看出，解析法計算出的轉輪體的平均彎曲應力和聯合受力分析的平均應力比較接近。

3 結論

有限元計算分析和轉輪體彎曲應力的解析計算結果表明，在貫流式水輪機轉輪體進行剛強度性能分析時，飛逸工況是最危險的工況。聯合受力分析計算結果明顯小于單獨計算結果，應力分布比較均勻，在飛逸工況出現高應力點比較相近，無明顯的應力集中現象，說明聯合計算分析通過各部件之間的接觸模擬，能真實反映轉輪體在實際運行中的應力變化情況。

［1］哈爾濱大電機研究所．水輪機設計手冊［M］．北京:機械工業(yè)出版社，1976．

［2］格．斯．皮薩連柯．材料力學手冊［M］．石家莊:河北人民出版社，1985．

［3］陶紅，姜劍鋒．大中型燈泡貫流式水輪機結構簡介［J］．電站系統工程，2003(9)．