一种冲击式水轮机转轮水斗调谐方法与流程

本发明涉及水轮机，特别是涉及一种冲击式水轮机转轮水斗调谐方法。

背景技术：

1、由于冲击式转轮特殊的结构造型，目前常规的转轮生产制造过程主要分为两个阶段。第一阶段是转轮中心体及水斗根部的整体锻造；第二阶段是将外部水斗焊接到中心体锻件上，形成完整的水斗结构。转轮的振动会在焊缝和金属零部件之间形成疲劳破坏区并诱发形成裂纹，甚至造成断裂破坏。因此在对冲击式转轮结构设计时，除了转轮的运行效率外，还要考虑转轮在运行过程中如何避免发生共振的问题。

2、冲击式转轮调谐是指在转轮生产制造完成后，由于加工工艺或加工水平等影响因素，导致水斗之间的频率一致性不够好，或者转轮的固有频率离激励频率的安全余量不足时，做的频率调整工作。转轮调谐工作的前提条件是不能影响转轮的水力效率及应力水平，通过局部区域修型以达到水斗频率一致性较好和固有频率远离激励频率的期望。

技术实现思路

1、为解决上述技术问题，本发明提出了一种冲击式水轮机转轮水斗调谐方法，能在转轮设计及制造完成后的阶段，实现频率调整，能有效解决由于加工工艺或加工水平等影响因素，导致水斗之间的频率一致性不够好，或者转轮的固有频率离激励频率的安全余量不足的问题。

2、本发明是通过采用下述技术方案实现的：

3、一种冲击式水轮机转轮水斗调谐方法，包括以下步骤：

4、步骤s1.确定转轮上不能调谐区域和能调谐的区域；

5、步骤s2.确定从质量方向调谐；将确定能调谐的区域划分为多个调谐小区域，将调谐小区域的质量转换为同等质量的圆球，放置在调谐小区域的中心；通过改变圆球质量，模拟质量增减对固有频率的影响，并分别建立用于转轮调谐的三维模型；

6、步骤s3.对不同的三维模型分别进行模态敏感性分析，通过对比分析各个三维模型的频率差异，明确调谐方案；

7、步骤s4.当转轮加工制造完成后，通过“锤击法”对转轮的水斗和整体结构分别进行模态试验研究，获得相关的固有频率试验值；

8、步骤s5.根据步骤s4中获得的转轮的固有频率试验值和转轮设计值进行对比分析，判断转轮是否需要调谐；若需要，则按照步骤s3中的调谐方案进行调谐，若不需要，则调谐结束。

9、所述转轮上不能调谐区域包括水斗正面以及水斗背面过流区域。

10、所述步骤s2中确定从质量方向调谐具体指：根据固有频率的公式，确定从质量方向调谐，所述固有频率的公式为：

11、

12、其中，fn为转轮的固有频率，k为结构的刚度，m为结构的质量。

13、所述步骤s3中，采用有限元软件分别对不同的三维模型进行模态敏感性分析。

14、所述步骤s3中，对不同的三维模型进行模态敏感性分析具体指：通过步骤s2，选取质量对频率敏感性大的区域，在此区域建立随型水斗正式背部轮廓形状，综合考虑刚度与质量对转轮频率的影响，在频率敏感区域，通过增减背部随型区域范围与厚度，建立多个计算模型。

15、所述步骤s5中，判断转轮是否需要调谐的方法为：当转轮的固有频率试验值和转轮设计值的裕度小于2％及各个水斗之间的频率相差大于0.5％时，则需要调谐；当转轮固有频率试验值和转轮设计值的裕度大于2％及各个水斗之间的频率相差小于0.5％时，则不需要调谐。

16、在进行转轮调谐时，避开切向振动为主的激励力频率，即水流冲击水斗的各阶激振频率。

17、与现有技术相比，本发明的有益效果表现在：

18、1、本发明在进行调谐时，通过数值分析确定调谐敏感区域，可减少最终调谐达标的工作量。通过数值分析与模态试验对比分析，可以避免转轮与水力激振频率产生共振，消除产品加工误差和仿真分析误差对真实产品模态的影响，避免产品共振，导致产品失效。

19、2、本发明的频率调整是通过去除材料完成的，调谐不能通过去除水斗正面和背面过流区域材料完成，频率调整更为可靠。

20、3、本发明引入“影响球”的概念，即将调谐小区域的质量转换为同等质量的圆球，快速分析不同质量的圆球对固有频率的贡献率。最终通过数值分析明确不同位置去除质量与固有频率变化的关联性，可以有效提高数值分析效率。

21、4、本发明中，完成加工后，通过“锤击法”对转轮的水斗和整体结构进行模态测量，以确定是否参与调谐，能很好的消除产品加工误差，避免产品共振。

技术特征：

1.一种冲击式水轮机转轮水斗调谐方法，其特征在于：包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种冲击式水轮机转轮水斗调谐方法，其特征在于：所述转轮上不能调谐区域包括水斗正面以及水斗背面过流区域。

3.根据权利要求2所述的一种冲击式水轮机转轮水斗调谐方法，其特征在于：所述步骤s2中确定从质量方向调谐具体指：根据固有频率的公式，确定从质量方向调谐，所述固有频率的公式为：

4.根据权利要求1或3所述的一种冲击式水轮机转轮水斗调谐方法，其特征在于：所述步骤s3中，采用有限元软件分别对不同的三维模型进行模态敏感性分析。

5.根据权利要求4所述的一种冲击式水轮机转轮水斗调谐方法，其特征在于：所述步骤s3中，对不同的三维模型进行模态敏感性分析具体指：通过步骤s2，选取质量对频率敏感性大的区域，在此区域建立随型水斗正式背部轮廓形状，综合考虑刚度与质量对转轮频率的影响，在频率敏感区域，通过增减背部随型区域范围与厚度，建立多个计算模型。

6.根据权利要求1所述的一种冲击式水轮机转轮水斗调谐方法，其特征在于：所述步骤s5中，判断转轮是否需要调谐的方法为：当转轮的固有频率试验值和转轮设计值的裕度小于2％及各个水斗之间的频率相差大于0.5％时，则需要调谐；

7.根据权利要求6所述的一种冲击式水轮机转轮水斗调谐方法，其特征在于：

技术总结
本发明涉及水轮机技术领域，特别是涉及一种冲击式水轮机转轮水斗调谐方法，包括：确定转轮上不能调谐区域；将确定调谐的区域划分为多个调谐小区域，将调谐小区域的质量转换为同等质量的圆球，分别建立用于转轮调谐的三维模型；对不同的三维模型分别进行模态敏感性分析，明确调谐方案；通过“锤击法”对转轮的水斗和整体结构分别进行模态试验研究，判断转轮是否需要调谐；若需要，则按照调谐方案进行调谐，若不需要，则调谐结束。通过本调谐方法，能有效解决由于加工工艺或加工水平等影响因素，导致水斗之间的频率一致性不够好，或者转轮的固有频率离激励频率的安全余量不足的问题。

技术研发人员：周俊鹏,梁权伟,何启源,熊建军,范洋铭,王世建,杜轩,孙锋,陈军,王明坤,陈小通,汤琴,吕博儒
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：
技术公布日：2024/1/15