一种水轮机轴系湿模态的分析方法、系统、设备及介质技术方案

本发明专利技术公开一种水轮机轴系湿模态的分析方法、系统、设备及介质，涉及水轮机轴系动力特性分析领域；该方法通过对水轮机进行三维建模，得到流固耦合三维实体模型；对流固耦合三维实体模型进行网格划分，得到有限元模型；确定有限元模型的求解函数；求解函数包括流固耦合函数和边界条件；采用边界条件对流固耦合函数进行求解，得到轴系参数的函数；轴系参数包括：附加质量和附加刚度；将设定的转速和设定的阶数，代入轴系参数的函数中进行求解，得到水轮机的模态参数；模态参数包括：固有频率和模态振型；本发明专利技术能够提高计算模态振型及固有频率的准确性。频率的准确性。频率的准确性。

【技术实现步骤摘要】
一种水轮机轴系湿模态的分析方法、系统、设备及介质


[0001]本专利技术涉及水轮机轴系动力特性分析领域，特别是涉及一种水轮机轴系湿模态的分析方法、系统、设备及介质。

技术介绍

[0002]水轮机是重要的水电设备，是水力发电行业必不可少的组成部分，由于其长期运行在非稳态过程，水轮机及其包含的轴系部件一直受到共振和疲劳问题的困扰。卧式灯泡贯流式水轮机，相较于其他水轮机，其转轮直径较大，为了避免此大型横轴结构因动应力过大而引起共振和疲劳损伤，进行轴系模态响应分析是至关重要的，模态响应分析是评价水轮机组抗振设计的关键指标。水轮机轴系的模态分析主要有干模态与湿模态两种，由于水轮机转轮通常浸没在水里，尤其卧式灯泡贯流式水轮机组，其转轮及一部分的轴均浸没在水中，转轮周围的附加水体质量对轴系的模态特性有很大影响，因此开展湿模态特性分析更具有现实意义。
[0003]目前对卧式灯泡贯流式水轮机轴系湿模态的计算主要包括以下两种思路：
[0004](1)轴系上转轮模型采用圆盘模型简化。
[0005](2)轴系整体简化为一维模型计算。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种水轮机轴系湿模态的分析方法，其特征在于，所述方法应用于水轮机；所述水轮机包括：轴系、转轴、叶片、转轮以及轮毂；所述轴系包括径向轴承和推力轴承；所述径向轴承和推力轴承均与所述轮毂连接，且均设置在所述转轴上；所述转轮经所述转轴与所述轮毂连接；所述叶片均匀设置在所述轮毂内；所述方法包括：对所述水轮机进行三维建模，得到流固耦合三维实体模型；所述流固耦合三维实体模型为包含所述轴系和所述转轮的周围水体的数理模型；对所述流固耦合三维实体模型进行网格划分，得到有限元模型；所述有限元模型，包括：叶顶间隙的模型和叶根间隙的模型；所述叶顶间隙包括所述叶片和所述转轮；所述叶根间隙包括所述叶片与所述轮毂；确定所述有限元模型的求解函数；所述求解函数包括流固耦合函数和边界条件；所述边界条件包括：流固耦合边界、轴承边界和压力吸收边界；采用所述边界条件对所述流固耦合函数进行求解，得到轴系参数的函数；所述轴系参数包括：附加质量和附加刚度；将设定的转速和设定的阶数，代入轴系参数的函数中进行求解，得到水轮机的模态参数；所述模态参数包括：固有频率和模态振型。2.根据权利要求1所述的水轮机轴系湿模态的分析方法，其特征在于，所述流固耦合函数，具体包括：其中，M
s
为结构质量矩阵；K
s
为结构刚度矩阵；M
f
为流体质量矩阵；K
f
为流体刚度矩阵；M
fs
为流体对固体的附加质量矩阵；K
fs
为流体对固体的附加刚度矩阵；C
s
为结构的阻尼矩阵；C
f
是流体阻尼矩阵；F
s
(t)为t时段的外部激励载荷向量；u为节点位移矢量；为速度矢量；为加速度矢量；p为流体水压向量；为流体水压向量一阶导数；为流体水压向量二阶导数。3.根据权利要求1所述的水轮机轴系湿模态的分析方法，其特征在于，所述流固耦合边界，具体包括：其中，τ
...

【专利技术属性】
技术研发人员：王正伟，曹景伟，田红，多文智，崔建华，赵国正，高海玉，陈林，王明明，
申请(专利权)人：甘肃省电力投资集团有限责任公司甘肃电投炳灵水电开发有限责任公司，
类型：发明
国别省市：