冲击式水轮机水斗根部的工艺性结构优化

王+波++刘献礼++翟元盛++王+宇++刘晶石

摘要：针对冲击式水轮机水斗根部难于加工的问题，根据水斗结构复杂和开放性差的特点，对水斗数控加工中遇到的被加工表面曲率过大以及刀具与被加工面干涉造成的铣刀长径比过长，难于实现加工的情况，以某冲击式水轮机转轮结构为基础，对水斗根部卸荷面附近区域进行结构优化.建立了水斗有限元分析模型，计算并施加等效的边界条件和载荷.有限元分析结果表明：水斗e方案平均应力小于许用值60MPa，交变应力幅值小于许用值30MPa；且该方案满足数控可加工性和水斗强度要求.

关键词：冲击式水轮机；水斗；工艺性；结构优化

DOI： 10.15938/j.jhust.2015.02.002

中图分类号：TH123+3

文献标志码：A

文章编号：1007-2683（2015）02-0007-05

0 引 言

冲击式水轮机对水头变化的适应能力较强，适用于高水头、小流量的水电站且开挖量较小，因而水轮的水斗设计与制造引起各国的重视.对水斗设计中既包括理论分析和水头的实体建模.

冲击式水轮机转轮由沿着圆周方向紧密排列的水斗构成，而水斗表面由数量繁多的自由曲面组成，这导致了水斗结构非常复杂，设计和制造缺陷会产生裂纹，采取水流模拟过程和有限元分析法适用于水斗设计，提高其制造质量.水斗易断裂失效部位可采用有限元分析，并预测防范.

水斗结构设计中考虑更多的是水力特性和强度特性，这就加剧了水斗数控加工的难度.如果水斗正面和背面过渡曲面的曲率较大，那么对工艺性需……