迄今为止,国内的许多进口和国产的大型水轮机组转轮叶片都出现了不同程度的裂纹破坏,严重影响了电站的安全生产和机组的稳定运行[1,2].大量的研究表明,导致裂纹产生的一个重要原因是水力激力引发的结构共振所产生的动载荷作用.特别是出现低频共振时,极易引起结构的严重破坏[2].随着机组单机容量的不断地增加,转轮的固有频率降低,发生共振的危险性也更大.因此,针对转轮在水介质中的模态特性的研究具有十分重要的现实意义.本文运用全流固耦合的三维有限元方法对某一混流式转轮在水介质中的模态特性进行了研究,得到了转轮在水中的自振频率和振型等振动特性.结果表明,转轮在水中的第1阶固有频率与叶片旋转频率相近,额定工况下的卡门涡频率又接近于转轮的高阶固有频率,这极有可能引发结构的共振,导致裂纹的产生.
流体机械 流固耦合 仿真计算 模态分析