约束对水轮机转轮固有频率的影响

摘要

水轮机结构发展趋势是通过减小叶片厚度来提高效率。还有一个增加流速和水力载荷使功率增加的趋势。更大的激励力和更小的叶轮刚度导致更大的振动和更高的应力，产生疲劳损伤。因此，在设计阶段正确地确定叶轮的固有频率和模态振型是极为重要的。尤其重要的是由水力激励引起的模态振型。转轮有着复杂的结构，它依赖于设计水头、流量。它们的动力特性理论上可以用有限元模型估计，但是仍有些不确定因素存在。一个主要的疑问是附加水的质量的影响和水的阻尼。另一方面，转轮不是一个自由体，它在实际运行条件下是和轴连接固定的。因此，叶轮模态响应与水的附加质量和轴的约束有很大关系。减少率与叶轮设计和模态振型有很大关系。为了确定影响进行了水轮机模型的试验研究。测试了转轮单独在空气中和有轴在水中的情况。每种情况都确定了固有频率、模态振型，并计算了减少率。测试采用了冲击锤和小的测震仪。同样，通过数值方法计算了转轮模态行为。模拟采用空气中的有限元模型，并考虑了轴的因素。采用了不同方法来近似模拟轴。模拟结果和试验数值进行了比较。本文介绍了这些参数与模态振型和固有频率的变化的关系。