[发明专利]一种立式水轮发电机组主轴支撑结构设计方法

说明书

本发明涉及立式水轮机发电机组，具体为一种立式水轮发电机组主轴支撑结构设计方法，包括如下步骤，1）建立主轴支撑结构的三维模型；2）对主轴支撑结构的三维模型进行网格划分及网格质量检测；3）对主轴支撑结构的三维模型进行有限元分析时的有限元边界条件进行设定；4）对主轴支撑结构的三维模型的进行有限元求解；5）对主轴支撑结构的三维模型进行迭代优化。本方案解决了现有技术中水轮机发电机组的主轴支撑结构的设计对设计人员要求高、设计周期长的问题。

技术领域

本发明涉及立式水轮机发电机组，具体为一种立式水轮发电机组主轴支撑结构设计方法。

背景技术

立式水轮发电机组是利用水资源来进行水力发电的主要设备。立式水轮发电机组中的主轴支撑是整个发电机组的重要部件，对机组的动态特性具有十分重要的影响。主轴支撑结构主要是由底环板、筋板和上环板焊接而成的非标准件，目前主要以经验设计方法为主，对设计人员经验要求高，理论公式计算推导较为繁琐，从而导致设计周期长，设计成本较高。

发明内容

本发明的目的在于提供一种立式水轮发电机组主轴支撑结构设计方法，以解决现有技术中水轮机发电机组的主轴支撑结构的设计对设计人员要求高、设计周期长的问题。

为了达到上述目的，本发明的基础方案提供一种立式水轮发电机组主轴支撑结构设计方法，包括如下步骤，1）建立主轴支撑结构的三维模型；2）对主轴支撑结构的三维模型进行网格划分及网格质量检测；3）对主轴支撑结构的三维模型进行有限元分析时的有限元边界条件进行设定；4）对主轴支撑结构的三维模型的进行有限元求解；5）对主轴支撑结构的三维模型进行迭代优化。

进一步，所述步骤1）中，在三维建模软件中，建立全球坐标系，绘制底环板和上环板，参照底环板和上环板的尺寸绘制所有筋板，最后运用United布尔运算功能将底环板、上环板和筋板进行粘合联接于一体而形成主轴支撑结构的三维模型。

进一步，所述步骤2）中，利用网格划分软件对主轴支撑结构的三维模型进行网格划分，并对底环板与筋板交接处、上环板与筋板交接处、上环板受力面以及底环板螺栓固定处进行网格局部细化处理，获取主轴支撑结构的网格模型，依据GB/T33582-2017《机械产品结构有限元力学分析通用规则》进行网格质量检查，通过调整四面体单元尺寸划分参数，控制其单元的长宽比不大于5.0，偏斜度不大于60°。

进一步，所述步骤3）中，将步骤2）中获得的主轴支撑结构的网格模型导入有限元分析软件中，对上环板受力面施加相应的力荷载，忽略主轴支撑结构自身重力的影响，同时固定底环板螺栓连接面，防止计算过程中出现刚体移动。

进一步，所述步骤4）中，利用有限元分析软件对主轴支撑结构进行有限元分析，获取主轴支撑结构整体等效应力分布图、整体位移分布图、笛卡尔坐标系下X方向位移分布图、Y方向位移分布图及Z方向位移分布图。

进一步，所述步骤5）中，基于步骤4）获得的有限元分析结果，并结合主轴支撑结构材质的力学性能参数，判断主轴支撑结构初步设计是否合理；如果有限元分析结果的最大等效应力值低于材料屈服强度的三分之二，则认为此结构是合理的，否则需要重新设计相关构件的结构尺寸，然后重复步骤2）至步骤4），直到主轴支撑结构满足要求。

本方案的有益效果在于：本发明与传统经验设计方法相比更为科学合理，设计方法简便易行，对设计人员经验要求低，降低了设计成本，同时缩短了设计周期至少50%以上，从而提高了设计效率。

附图说明

图1为本发明一种立式水轮发电机组主轴支撑结构设计方法实施例的流程图；

图2为本实施例中主轴支撑结构三维模型示意图；

图3为本实施例中主轴支撑结构网格模型示意图；

图4为本实施例中主轴支撑结构约束示意图；

图5为本实施例中主轴支撑结构整体等效应力分布示意图；

图6为本实施例中主轴支撑结构整体位移分布示意图；