冲击式水轮机水斗高应力区结构优化及加工

摘要

水斗高应力区的结构优化和高品质加工是保证冲击式水轮机水力性能的关键。建立了水斗有限元模型,并确定合理的边界条件;根据机组运行特点,确定水斗计算载荷工况,以及应力考核标准。同时在满足水力性能及强度要求的前提下,充分考虑水斗根部的可加工性。研究表明:斗根曲率均匀度、斗根深度和厚度是水斗应力水平的主要影响因素;通过水斗根部结构优化,水斗综合应力降低16%,交变应力幅值降低13.3%,交变应力平均值降低15.5%;通过强度计算验证了根部结构优化的水斗满足应力和疲劳设计要求。通过有限元和试验优化大长径比(20:1)减振刀柄中心孔尺寸,结果表明:当内孔直径为8 mm,振幅最小,通过试验验证和加工产品的实际应用,表明优化后的方案可满足设计结构水力性能及制造精度要求。