【技术实现步骤摘要】
一种基于数据监测的水轮机转轮疲劳仿真计算方法和系统
[0001]本专利技术涉及一种基于数据监测的水轮机转轮疲劳仿真计算方法和系统，属于水轮机转轮疲劳分析
技术介绍
[0002]水电是一种高效的清洁能源，水轮机转轮是水力发电机组中的重要部件。近年来，水轮机转轮疲劳裂纹现象频发，严重影响了水电机组的正常运行。但是水力发电机组受限于定期检修，往往不能在运行过程中及时发现转轮叶片上的疲劳裂纹现象。只能对已经出现的裂纹现象进行被动的补偿措施。与此同时，水电机组常参与电网调峰工作，启停频繁，启动后往往在空转状态下待命，等待并网命令，空转状态往往处在水轮机转轮振动区内，导致水轮机转轮疲劳损伤大大增加。考虑到水轮机转轮运行工况复杂，出现疲劳裂纹后产生的事故损失难以估量。因此，准确地分析水轮机转轮的疲劳寿命对水电机组的安全平稳运行有着重要意义。
[0003]目前针对水轮机转轮的疲劳分析方法一般都存在两类问题：一是没有充分考虑真实的流场或水轮机转轮机组监测数据，只考虑设计工况作为相应的边界条件，这样在水轮机转轮启停或空转等非设...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种基于数据监测的水轮机转轮疲劳仿真计算方法，其特征在于，包括以下步骤：第一步，利用预先构建的转轮运行工况数据库，获取某一时间段的水轮机转轮时程数据；所述水轮机转轮时程数据至少包括水轮机转轮的功率、转轮转速、流场入口流速、流场出口压力和导叶开度；第二步，通过预先构建的全流道三维仿真模型对时程数据进行处理，得到流场边界压力；第三步，通过预先构建的复合载荷计算模型，对水轮机转轮的离心力载荷和重力载荷进行计算，并结合流场边界压力，得到水轮机转轮上的复合应力场和应变场；第四步，基于复合应力场和应变场，并利用预先建立的疲劳应力模型进行疲劳载荷计算，得到疲劳损伤量和剩余疲劳寿命，实现基于数据监测的水轮机转轮疲劳仿真计算。2.如权利要求1所述的一种基于数据监测的水轮机转轮疲劳仿真计算方法，其特征在于，所述第一步中，转轮运行工况数据库的构建方法如下：设置数据采样频率，采样频率大于或等于2倍的转轮转速：根据采用频率，获取时间长度不少于M天的水轮机转轮运行数据；根据水轮机转轮的功率、转轮转速对水轮机转轮运行数据进行分类，得到转轮运行工况数据库。3.如权利要求1所述的一种基于数据监测的水轮机转轮疲劳仿真计算方法，其特征在于，所述第二步中，全流道三维仿真模型的构建方法如下：根据水轮机转轮设计数据，建立关于蜗壳、导叶、转轮和尾水管的流场三维几何模型；在流场三维几何模型的基础上，进行四面体单元网格划分，并且在流场边界层处对网格进行加密操作，加密层数不少于A层，加密区域网格尺寸小于B毫米，实现全流道三维仿真模型的构建；流场边界层处为转轮叶片上冠根部、转轮叶片下环根部和转轮叶片出水端边缘。4.如权利要求3所述的一种基于数据监测的水轮机转轮疲劳仿真计算方法，其特征在于，全流道三维仿真模型对时程数据进行处理，得到流场边界压力的方法如下：根据时程数据，设置流道边界条件；流道边界条件包括水轮机转轮入口流速和尾水管出口压力；采用两方程剪应力输运湍流模型和二阶中心差分离散格式，并根据边界条件，对流场方程求解，得到流场压力分布结果。5.如权利要求1所述的一种基于数据监测的水轮机转轮疲劳仿真计算方法，其特征在于，所述第三步中，复合载荷计算模型得到水轮机转轮上的复合应力场和应变场的方法如下：步骤31，获取水轮机转轮的功率值和转轮转速数据；
步骤32，根据水轮机转轮的功率值和转轮转速数据，计算水轮机转轮的离心力载荷；根据重力加速度，计算水轮机转轮的重力载荷；步骤33，将离心力载荷 、重力载荷和流场边界压力复合在一起，形成一个随时间变化的总载荷；步骤34，将总载荷施加在水轮机转轮上，得到水轮机转轮的动力学方程；步骤35，对动力学方程进行离散处理，并进行单向流固耦合计算，同时采用线弹性材料算法，得到水轮机转轮网格上的节点的应力张量；应力张量至少包括三组两两互等的切应力分量；步骤36，根据切应力分量，得到水轮机转轮上的复合应力场和应变场。6.如权利要求1所述的一种基于数据监测的水轮机转轮疲劳仿真计算方法，其特征在于，所述第四步，疲劳应力模型进行疲劳载荷计算，得到疲劳损伤量和剩余疲劳寿命的方法如下：步骤41，根据水轮机转轮上的复合应力场和应变场，计算最大切应力幅值；步骤42，根据最大切应力幅值随时间的变化情况，并添加修正系数，计算得到多个节...
【专利技术属性】
技术研发人员：杨承卓，闵皆昇，吴健明，戴扬，郑子豪，
申请(专利权)人：浙江远算科技有限公司，
类型：发明
国别省市：
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