混流式水轮机转轮振动特性分析及共振预防

"混流式水轮机转轮振动特性 (2014年)，作者：李海亮，王铭，李国慧，发表于《水利水电科技进展》2014年第34卷第5期" 这篇论文主要探讨了混流式水轮机转轮的振动特性及其各部件对转轮固有频率的影响。研究人员采用了有限元方法，并基于流固耦合模态分析理论来建立分析模型。通过对某一具体转轮实例的研究，他们发现转轮在水中的振动特性与空气中的有所不同。 首先，水体的存在会导致转轮各振动模式的固有频率不同程度地下降。转轮的整体振动模式，如扭转、弯曲和抬升等，在水中对应的频率与空气中的频率比值呈现依次减小的趋势。特别是在仅考虑叶片振动的情况下，水中频率与空气中频率的比值会随着叶片振动形态的增强而增大。这表明叶片振动对转轮振动特性有显著影响。 其次，论文指出叶片振动对应的频率范围广泛，这意味着很容易发生共振现象，这对水轮机的稳定运行构成了潜在威胁。因此，如何有效避免共振是设计和优化转轮的重要考量因素。 此外，研究还发现转轮结构的微小变化会影响其固有频率。例如，上冠的减薄会导致转轮固有频率下降，而下环的减薄则会使摆动、扭转、弯曲振动模式对应的固有频率提高，但其他振动模式的固有频率会降低。对于出水边，如果进行补强，可以提高转轮的固有频率，有助于改善振动状态。 根据这些分析结果，论文提出了一系列改善转轮水中振动状态的措施，包括补气以减少水气混合导致的不稳定性，修整叶片出水边以改变水流动力学特性，改善泄水锥形状以优化水流分布，以及增设稳流装置以稳定转轮的工作环境。 这项研究揭示了混流式水轮机转轮振动特性的复杂性，并提供了优化设计的指导，对于提升水轮机的运行效率和安全性具有重要的工程价值。