惯流水轮发电机组转子支架结构设计及有限元分析

论文摘要

水力发电作为一种可再生能源应用前景广阔。实践证明，惯流水力发电站是开发低落差水力资源较好的方式，大流量的灯泡式惯流水轮机是未来电力发展的主要方向。转子是机组的最重要的组成部件，转子支架又是转子内最主要的受力部件。那么转子支架结构设计的合理与机组的安全运行及维护和产品的造价有很大的关系。本文基于传统灯泡式惯流水轮发电机组转子支架结构，采用有限元技术对斜筋式、径向筋腹板式、腹板式三种转子支架结构方案进行受力分析，通过比较自重、额定运行、飞逸和竖直起吊四种工况下三种结构的刚度及强度性能，实现结构选型。论文主要工作如下：1.基于Pro/E三维造型软件，完成了鑫陇水轮发电机组三种不同结构的转子支架初始结构设计，并建立了三维参数化模型；2.结合转子支架实际运行工况及结构特点，基于Ansys有限元软件，建立转子支架有限元仿真分析模型，包括单元类型的选择、材料性能、网格划分、边界条件及载荷，并对四种工况下的力学性能进行对比分析；3.根据仿真分析结果，并结合上述三种常用的转子支架结构性能，指出各自的优缺点，分别给出各种转子支架的适用场合及优化结构建议；最终选定径向筋腹板式作为鑫陇水轮发电机组转子支架结构设计方案。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 目录
• 第一章 绪论
• 1.1 研究的目的和意义
• 1.2 国内、外惯流机组的开放和建设现状
• 1.3 惯流发电机组的运行原理与结构介绍
• 1.3.1 发电机运行原理
• 1.3.2 灯泡式惯流机组总体结构形式
• 1.4 水轮发电机结构简介
• 1.4.1 发电机定子
• 1.4.2 发电机转子
• 1.4.3 止推轴承与径向轴承
• 1.4.4 通风冷却系统
• 1.4.5 制动、锁定集电环
• 1.4.6 流道盖板、支撑
• 1.4.7 其它
• 1.5 有限元方法在水轮发电机设计上的应用研究现状
• 1.6 本课题研究的内容
• 1.7 本课题使用的研究方法
• 1.8 本章小结
• 第二章 研究方法分析
• 2.1 弹性力学的基本方程
• 2.2 有限元法的主要理论和相关计算步骤
• 2.2.1 有限元法的主要理论
• 2.2.2 有限元分析的主要步骤
• 2.3 几何建模和分析工具选择
• 2.3.1 几何建模的工具选择
• 2.3.2 有限元分析软件的选择
• 2.4 本章小结
• 第三章 转子支架结构设计
• 3.1 工程背景介绍
• 3.2 机组整体布置形式介绍
• 3.3 转子支架结构介绍
• 3.4 鑫陇转子支架结构设计
• 3.4.1 转子支架设计要求结构参数
• 3.4.2 三种转子支架结构参数
• 3.5 本章小结
• 第四章 机组转子支架的模型创建与前期处理
• 4.1 创建模型的假定和建立
• 4.2 转子支架模型的前期处理
• 4.2.1 单元类型的选择
• 4.2.2 材料特性
• 4.2.3 模型单元划分
• 4.3 本章小结
• 第五章 载荷施加和分析计算
• 5.1 载荷施加
• 5.2 机组停止运行模式静力学分析
• 5.2.1 建模与加载
• 5.2.2 求解和结果分析
• 5.3 额定工况下转子支架的静力学分析
• 5.3.1 加载
• 5.3.2 求解与计算结果对比分析
• 5.4 飞逸工况下转子支架的分析
• 5.4.1 加载
• 5.4.2 求解与计算结果分析
• 5.5 竖直起吊工况
• 5.5.1 建模与加载
• 5.5.2 求解与计算结果分析
• 5.6 本章小结
• 第六章 结论与展望
• 6.1 结论
• 6.2 展望
• 参考文献
• 作者介绍
• 致谢