貫流式水輪機(jī)管形座強(qiáng)度分析與優(yōu)化設(shè)計(jì).pdf

1、水輪發(fā)電機(jī)組是利用水力發(fā)電的關(guān)鍵設(shè)備。燈泡貫流式水輪發(fā)電機(jī)是開發(fā)低水頭水電資源的優(yōu)良機(jī)型。隨著我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，開發(fā)低水頭水力資源已經(jīng)勢(shì)在必行。對(duì)于貫流式水力發(fā)電機(jī)組的開發(fā)，我國(guó)起步較晚，機(jī)型以引進(jìn)為主，多采用傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法。 應(yīng)用有限單元法理論和優(yōu)化設(shè)計(jì)思想，并結(jié)合高級(jí)有限元分析軟件ANSYS和大型工程分析軟件Pro/E進(jìn)行貫流式水輪發(fā)電機(jī)組的強(qiáng)度分析與優(yōu)化設(shè)計(jì)，對(duì)于提高其設(shè)計(jì)水平和生產(chǎn)效率將會(huì)大有裨益。 本文運(yùn)用

2、有限單元法和優(yōu)化設(shè)計(jì)理論，結(jié)合大型工程設(shè)計(jì)軟件Pro/E和高級(jí)有限元分析軟件ANSYS，對(duì)燈泡貫流式水輪發(fā)電機(jī)組的關(guān)鍵部件管形座進(jìn)行了靜力強(qiáng)度分析和優(yōu)化設(shè)計(jì)的研究性工作。 第一，根據(jù)水輪發(fā)電機(jī)組管形座的實(shí)際結(jié)構(gòu)，應(yīng)用大型三維實(shí)體建模軟件Pro/E 構(gòu)建其三維實(shí)體幾何模型，并通過(guò)忽略相對(duì)細(xì)小的結(jié)構(gòu)，達(dá)到簡(jiǎn)化模型的目的。又根據(jù)有限元分析的具體需要，對(duì)管形座模型進(jìn)行必要的修改，省略了兩端法蘭上的孔型結(jié)構(gòu)。然后，將幾何實(shí)體模型導(dǎo)入到有限

3、元分析軟件ANSYS 中進(jìn)行有限元分析的前處理，構(gòu)建出以十節(jié)點(diǎn)四面體單元為基本單元的有限元計(jì)算模型。 第二，使用高級(jí)有限元分析軟件ANSYS 對(duì)管形座的參數(shù)化模型進(jìn)行了靜力強(qiáng)度分析，得出了管形座的應(yīng)力分布和變形狀態(tài)。分析結(jié)果表明：應(yīng)力比較大的區(qū)域主要集中在管形座的錐殼和兩端的過(guò)人孔。通過(guò)與材料應(yīng)力的屈服極限的對(duì)比，發(fā)現(xiàn)管形座的各部分還有較大的強(qiáng)度儲(chǔ)備；管形座在各種載荷的綜合作用下，滿足強(qiáng)度要求。 第三，對(duì)管形座的有限元靜

4、力強(qiáng)度分析表明：最大應(yīng)力值遠(yuǎn)小于材料的許用應(yīng)力，有必要進(jìn)一步開發(fā)材料的潛力。在對(duì)管形座進(jìn)行參數(shù)化建模后，確立管形座的優(yōu)化設(shè)計(jì)變量和優(yōu)化狀態(tài)變量，以及優(yōu)化分析目標(biāo)函數(shù)，然后進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。分析結(jié)果表明: 對(duì)管形座的參數(shù)化模型進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)后，在滿足使用要求的前提下，管形座的應(yīng)力應(yīng)變分布更加均勻合理，充分挖掘了材料潛力，達(dá)到了減輕重量，降低成本的優(yōu)化目的。 通過(guò)對(duì)管形座的研究分析，為以后該型水輪發(fā)電機(jī)組的整機(jī)及其它零部件的有限元分析與優(yōu)