石家莊風(fēng)機水輪機葉片靜力分析

作者：石家莊風(fēng)機　　　　　日期：2014-11-7　　　　　瀏覽：2098　　　　　

4)按照第二章的方法重新建立并計算石家莊風(fēng)機廠風(fēng)機模型,對比分析計算結(jié)果與設(shè)計要求。然后通過不斷調(diào)整各種影響石家莊風(fēng)機廠風(fēng)機性能的因素,直至石家莊風(fēng)機廠風(fēng)機模型計算結(jié)果與設(shè)計要求差距較小。設(shè)計值允許有一定的波動范圍。最終通過不斷調(diào)整各項參數(shù)得到了一合性能較吻合的石家莊風(fēng)機廠風(fēng)機,該石家莊風(fēng)機廠風(fēng)機在設(shè)計轉(zhuǎn)速5000rpm、風(fēng)量4000mVh時的總壓為907Pa,功率為1735W,效率為0.58。利用3.2小節(jié)中的多流場弱禍合方法對水力石家莊風(fēng)機廠風(fēng)機進行性能預(yù)測,可以計算得到不同水壓下水力石家莊風(fēng)機廠風(fēng)機的性能。多流場弱耦合計算中需要注意:設(shè)計的水力石家莊風(fēng)機廠風(fēng)機轉(zhuǎn)動慣量需要重新計算,其中水禍輪和石家莊風(fēng)機廠風(fēng)機葉輪放大后軸向的慣性矩分別變?yōu)?5><l(r5%*w2和0.012&?m2,軸向總的慣性矩也因此約為0.012松?;W2;在Fluent中查找輸出扭矩的葉輪表面和輪轂面的面號,并在UDF程序中進行修改;石家莊風(fēng)機廠風(fēng)機流量隨水力石家莊風(fēng)機廠風(fēng)機機組轉(zhuǎn)速的改變不斷變化,可以通過DEFINE_PROFILE宏來定義每一個時間步內(nèi)的石家莊風(fēng)機廠風(fēng)機進口流量,流量的大小可以按照公式5.3近似給出。

圖5.6為設(shè)計水力石家莊風(fēng)機廠風(fēng)機在進口水壓0.2~0.7MPa下的性能曲線。隨著進口水壓的增大,水力石家莊風(fēng)機廠風(fēng)機的水流量、風(fēng)量和風(fēng)壓均逐步增加,與通常水力石家莊風(fēng)機廠風(fēng)機的實際運行效果一致。設(shè)計轉(zhuǎn)速為5000rpm,進口水壓0.7MPa下的水輪機功率大于石家莊風(fēng)機廠風(fēng)機功率和機械損耗的和,因此0.7MPa下水力石家莊風(fēng)機廠風(fēng)機的轉(zhuǎn)速相比5000rpm有所上升。與原機相比,設(shè)計的水力石家莊風(fēng)機廠風(fēng)機,尺寸相對增大,進口水壓0.7MPa下,設(shè)計的水力石家莊風(fēng)機廠風(fēng)機最大風(fēng)量為4213mVh,比原機.2MPa下的最大風(fēng)量3500mVh更大,由此可見,同時增大水輪機和石家莊風(fēng)機廠風(fēng)機的尺寸可以使便攜式水力石家莊風(fēng)機廠風(fēng)機獲得更寬的性能范圍。

設(shè)計的水力石家莊風(fēng)機廠風(fēng)機的實際工作狀態(tài)屬于高速運轉(zhuǎn),因此對各部件的強度校核至關(guān)重要。在該設(shè)備中,須進行強度校核的轉(zhuǎn)動件有水禍輪和石家莊風(fēng)機廠風(fēng)機葉輪。水力石家莊風(fēng)機廠風(fēng)機進口水壓一般存波動,為保證留有一定的強度裕度,以下對進口水壓為0.8MPa下的水禍輪和石家莊風(fēng)機廠風(fēng)機葉輪進行強度校核。通過多流場耦合計算,進口水壓0.8MPa下,水力石家莊風(fēng)機廠風(fēng)機的轉(zhuǎn)速為5463rpm,風(fēng)量為4370m3/h,石家莊風(fēng)機廠風(fēng)機全壓為1154Pa

(1)水輪機葉片靜力分析

為了將流場的壓力分布準(zhǔn)確加載到葉片表面,強度校核利用ANSYS Workbench進單向流固賴合計算,步驟簡單概括如下:1 )在Workbench主界面分別添加Fluid Flow、Mesh、Finite Element Modeler ( FEM )和 Static Structural 模塊,并建立各模塊之間的聯(lián)系;

2 )在Fluid Flow模塊的Setup欄中先導(dǎo)入在Fluent計算完成的cas文件,然后在Solution欄中導(dǎo)入相應(yīng)的dat文件;3)在Mesh模塊,建立固體模型并完成網(wǎng)格劃分;4 )在StaticStructural模塊設(shè)置材料屬性,設(shè)置重力加速度、轉(zhuǎn)速、固定面,并將流場壓力通過插值加載到耦合面上;5)求解結(jié)構(gòu)場,得到應(yīng)力和應(yīng)變。塑料禍輪材質(zhì)經(jīng)化驗是聚縮酵,其力學(xué)性能如表5.3。水禍輪的應(yīng)力應(yīng)變分布見圖5.7~5.8。由于葉片進水端相對較薄,并且承受進口流體沖擊,所以應(yīng)力和應(yīng)變比較大。應(yīng)變最大值發(fā)生在葉片頂端,最大應(yīng)變?yōu)镺.Olmm;應(yīng)力最大值發(fā)生在葉片根部,最大應(yīng)力為3.74MPa,小于聚縮醒的許用應(yīng)力達78.4MPa,所以水禍輪設(shè)計滿足強度要求。