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5、其他（結構、流固耦合問題） 水輪機、發(fā)電機結構部件的剛強度分析 水輪機、發(fā)電機結構部件的疲勞分析 轉(zhuǎn)輪濕模態(tài)分析 水輪機多物理場分析（結構+流體） 隨著水輪機單機容量的不斷提高、新材料的使用、機組運行水頭變幅大，轉(zhuǎn)輪的水力動載荷和裂紋問題明顯增多

介紹 在水電領域，水輪機主要用于將落水的能量轉(zhuǎn)化為旋轉(zhuǎn)機械能，然后再轉(zhuǎn)化為電能。混流式水輪機或反應式水輪機屬于出現(xiàn)在高達 800 MW 功率范圍內(nèi)的水輪機類別。這些渦輪機的特點是徑向流入、入口葉片、轉(zhuǎn)輪和通過尾水管的軸向流出。它們可以在很寬的時間范圍內(nèi)快速響應任何負載變化。 圖 1.

現(xiàn)代發(fā)電用水輪機可以分為兩類，沖擊式水輪機和反擊式水輪機，沖擊式水輪機主要由水流的動能做功，做功過程中壓力基本保持不變；反擊式水輪機則由水流的動能和壓力能共同做功。

-FORTUNA二級水電站 弗朗西斯水輪機是一種結合了徑向和軸向流動的內(nèi)流式反擊式水輪機，是當今最常用的水輪機形式。

劉安然，論文第二作者，華北華水水電大學博士研究生，主要從事水輪機設計。 陳德新，論文第三作者，華北水利水電大學教授，主要從事水輪機理論研究與設計。 文章來源：節(jié)水灌溉編輯部

水輪機主要包括底環(huán)導水機構、轉(zhuǎn)輪體、支持蓋和受油器等，其中轉(zhuǎn)輪體是水輪機的主要運動部件，是控制水電轉(zhuǎn)換的關鍵，同時也是易于摩損或損壞的關鍵部件。水輪機輪轉(zhuǎn)體一般分為三個部分進行鑄造，分別為：上冠、葉片和下環(huán)，這三個部分鑄件鑄造的質(zhì)量決定了轉(zhuǎn)輪體的質(zhì)量，進而影響水輪機的運行效率與壽命。因此研究水輪機轉(zhuǎn)輪體部件鑄造工藝是保證水輪機質(zhì)量的前提。

水泵水輪機總體結構設計關系到電站與機組的總體布局，機組長期運行穩(wěn)定性，未來機組運行維護的經(jīng)濟性和方便性，是機組前期設計中的重要一環(huán)。水泵水輪機的總體布置主要關注點包括水泵水輪機機組拆裝方式、底環(huán)與尾水錐管埋設方式、活動導葉操作形式等內(nèi)容。.

最終，從效率和導水機構、葉片、尾水管等水輪機關鍵部件等CFD計算結果來看，效率符合水輪機外特性曲線，在小開度下易脫流并產(chǎn)生卡門渦街。

由于水輪機體型大、結構復雜、具有許多運動部件及葉片，內(nèi)部產(chǎn)生的流場十分復雜，因此目前通常使用計算流體力學CFD仿真的方法來研究水輪機的內(nèi)部流場情況。本案例使用CFD仿真軟件，在Francis-99水輪機尾水管內(nèi)以數(shù)值方式重建旋轉(zhuǎn)渦帶，并根據(jù)實驗結果驗證。用于驗證的實驗結果由挪威科技大學搭建的Francis-99水輪機實驗臺架公開案例提供。

PART01 水輪機軸鍛造工藝的挑戰(zhàn)與機遇水輪機軸作為水力發(fā)電設備的核心部件，不僅是能量轉(zhuǎn)化的物理載體，更是水電系統(tǒng)安全與經(jīng)濟性的基石。其設計、制造與維護水平直接決定著機組的發(fā)電效率、使用壽命及抗風險能力。在鍛造工藝方面，水輪機軸面臨諸多技術挑戰(zhàn)，尤其是大型鍛件（直徑可達1.5米，長度超過10米）易出現(xiàn)成分偏析和晶粒粗大等問題。

由于水輪機體型大、結構復雜、具有許多運動部件及葉片，內(nèi)部產(chǎn)生的流場十分復雜，因此目前通常使用計算流體力學CFD仿真的方法來研究水輪機的內(nèi)部流情況。 本案例使用CFD仿真軟件，在Francis-99水輪機尾水管內(nèi)以數(shù)值方式重建旋轉(zhuǎn)渦帶，并根據(jù)實驗結果驗證。

最終，從效率和導水機構、葉片、尾水管等水輪機關鍵部件等CFD計算結果來看，效率符合水輪機外特性曲線，在小開度下易脫流并產(chǎn)生卡門渦街。

一、基于Star-ccm+的旋轉(zhuǎn)水輪機數(shù)值模擬導讀：STAR-CCM+是一款當前比較流行的計算流體力學軟件，該軟件在旋轉(zhuǎn)機械領域具有很大的應用場景，本文基于STAR-CCM+軟件中的運動參考系的方法來實現(xiàn)旋轉(zhuǎn)水輪機的數(shù)值模擬，過程涉及變參考系旋轉(zhuǎn)實現(xiàn)方法，基于VOF方法的水力空化模擬方法以及相關后處理方法等。

今天我要和大家分享的是更換水輪機轉(zhuǎn)輪的過程，這已經(jīng)是我們第二次更換了。(上一次更換的是不銹鋼沖斗)這次，我們還更換了普通鋼沖斗。這次更換的原因仍是因為該電站的沖斗經(jīng)過長時間的使用，已經(jīng)磨損得相當嚴重，比上一次那臺還嚴重。為了確保水輪機的正常運轉(zhuǎn)，我們選擇更換全新的沖斗。接下來請跟隨我一起了解更換過程。以上照片是轉(zhuǎn)輪更換前的照片，磨損相當嚴重。

水輪機中強大的振動和壓力脈動可能給機械的性能、壽命和安全造成嚴重的不利影響。它會導致噪聲、裂紋乃至機械故障。全球領先的水電設備、技術和服務供應商之一，Voith Hydro 公司觀察到，強烈振動可能導致混流式水輪機導流葉片出現(xiàn)疲勞裂紋。在立軸混流式水輪機中，水從水平方向流入螺旋形管道（蝸殼），其環(huán)繞在旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)輪周圍。靜態(tài)的導流葉片用于調(diào)節(jié)并將水流導向轉(zhuǎn)輪的外沿。

PART01水輪機軸鍛造工藝的挑戰(zhàn)與機遇水輪機軸作為水力發(fā)電設備的核心部件，不僅是能量轉(zhuǎn)化的物理載體，更是水電系統(tǒng)安全與經(jīng)濟性的基石。其設計、制造與維護水平直接決定著機組的發(fā)電效率、使用壽命及抗風險能力。在鍛造工藝方面，水輪機軸面臨諸多技術挑戰(zhàn)，尤其是大型鍛件（直徑可達1.5米，長度超過10米）易出現(xiàn)成分偏析和晶粒粗大等問題。

一、案例背景水輪機是水電站發(fā)電用的設備，活動導葉是水輪機的一個部件，可以預先調(diào)節(jié)水的流量和角度。因此活動導葉會承受較大水壓，發(fā)生微小變形，設計時需要對其進行靜強度分析。 本案例需要的輸入文件和參數(shù)信息如下表：圖1 幾何模型二、導入幾何a. 啟動AIFEM 2024R1；b.

概 要 1）案例描述 水輪機活動導葉對整個機組的性能和安全起著至關重要的作用。為驗證某型水輪機活動導葉剛強度，本案例對其額定水頭工況進行靜力分析。 2）幾何 某型 活動導葉幾何如圖1-1所示，葉片造型類似機翼，一側(cè)弧度大，一側(cè)弧度小。弧度大側(cè)為正面C，弧度小側(cè)為反面G。