冲击式水轮机水斗高应力区结构优化及加工

作     者：王波 刘献礼 刘晶石 计伟 翟元盛 梁维燕 WANG Bo;LIU Xianli;LIU Jingshi;JI Wei;ZHAI Yuansheng;LIANG Weiyan

作者机构：哈尔滨理工大学机械动力工程学院哈尔滨150080 哈动国家水力发电设备工程技术研究中心有限公司哈尔滨150040 哈尔滨电气集团公司哈尔滨150040 

出 版 物：《机械工程学报》 (Journal of Mechanical Engineering)

年 卷 期：2015年第51卷第21期

页      面：148-155页

核心收录：

学科分类：08[工学] 080203[工学-机械设计及理论] 0802[工学-机械工程] 

基　　金：国家自然科学基金(51375127) 国家科技支撑计划(2012BAF12B16-1)资助项目 

主　　题：冲击式水轮机 水斗 有限元 结构优化 切削振动 减振刀柄 

摘      要：水斗高应力区的结构优化和高品质加工是保证冲击式水轮机水力性能的关键。建立了水斗有限元模型,并确定合理的边界条件;根据机组运行特点,确定水斗计算载荷工况,以及应力考核标准。同时在满足水力性能及强度要求的前提下,充分考虑水斗根部的可加工性。研究表明:斗根曲率均匀度、斗根深度和厚度是水斗应力水平的主要影响因素;通过水斗根部结构优化,水斗综合应力降低16%,交变应力幅值降低13.3%,交变应力平均值降低15.5%;通过强度计算验证了根部结构优化的水斗满足应力和疲劳设计要求。通过有限元和试验优化大长径比(20:1)减振刀柄中心孔尺寸,结果表明:当内孔直径为8 mm,振幅最小,通过试验验证和加工产品的实际应用,表明优化后的方案可满足设计结构水力性能及制造精度要求。