基于声-固耦合的水轮机转轮动力特性研究

黄世海，邓 鑫，李浩亮，刘 辉

(东方电气集团东方电机有限公司，四川 德阳 618000)

0 引 言

水轮机是水力发电行业重要组成部分。在电力需求的强力拉动下，我国水轮机及其辅机制造行业进入快速发展期，经济规模和技术水平都显著提高。随着水轮机不断向大容量、高水头发展，由转轮振动引起的转轮叶片裂纹、机组和厂房振动、噪声污染等引起了大家广泛关注。

袁寿其等[1]的研究指出，动静干涉和相位共振是造成水力发电机组振动的主要原因。施卫东等[2]的研究表明，由非定常湍流压力脉动诱导的水力激振是引起机组振动的主要激励。结构振动会使周围的流场会发生改变，流场的变化反过来又使结构所受到的流体动力发生变化[3]。由于水轮机转轮位于有压水中，因此，考虑周围流体对转轮动力特性的影响，即分析转轮的湿模态，更接近真实情况[4-6]。刘鑫[7]、Rodriguez[8]等人基于流-固耦合的方法对转轮的湿模态进行了研究，他们的研究成果指出，随同转轮表面振动的流体会产生附加质量效应，这使得转轮的固有频率降低。岳志伟[9]、曹卫东[10]等人对水动力载荷作用下流体机械的模态研究指出，叶轮受到水体极大的反作用力使其出现应力刚化现象，从而影响结构的模态分布。

本文考虑转轮表面水压及离心力的应力刚化影响，基于声-固耦合理论，通过改进声-固耦合计算模型，建立了一种新的转轮湿模态计算模型。以某机组的转轮为研究对象，对其湿模态进行了分析研究。……