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Position: Home > Articles > 自由液面及水体重力对贯流式水轮机叶片应力应变的影响 Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering 2022 (6) 52-60

自由液面及水体重力对贯流式水轮机叶片应力应变的影响

作  者：
赵亚萍;党梦帆;冯建军;罗兴锜;李志华
单  位：
西安热工研究院有限公司;西安理工大学水利水电学院
关键词：
形变量;等效应力;流固耦合;贯流式水轮机;自由液面;
摘  要：
贯流式水轮机在实际运行过程中受力不对称，这使得叶片容易出现疲劳损坏、裂纹等问题，为准确地揭示贯流式水轮机内部流动状态，分析水轮机振动及叶片疲劳损坏的内在原因，该研究在考虑上下游库区自由液面及水体重力的情况下对灯泡贯流式水轮机进行真机流动性能的数值研究，并采用流固耦合的方法对不同工况下转轮叶片进行应力应变分析。结果表明：受水体重力产生的静水压力影响，贯流式水轮机叶片旋转的过程中经历周期性的压力波动，且水头越低、转轮淹没深度越大，叶片表面所承受的压力波动幅值越大；叶片的形变量沿半径方向逐渐增大，叶片位于0°位置时，静水压力方向与叶片表面动水压力方向一致且相互叠加，使得叶片产生最大形变量，叶片处于180°位置时，静水压力推动叶片转动有助于缓解叶片发生形变；由于悬臂梁结构的叶片在轮缘处的应力可以通过形变量得到释放使得此处等效应力接近为0，随着半径的减小等效应力逐渐增大，叶片靠轮毂处受枢轴的约束而使得此处应力出现最大值；水头的增加导致转轮淹没深度减小，使叶片表面承受的静水压力减小，因此叶片上的最大形变量及最大等效应力均有所减小。研究结果对贯流式水轮机转轮叶片设计优化、运行维护具有理论指导意义。

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