考虑焊接缺陷的混流式水轮机转轮疲劳寿命分析

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混流式转轮是在水下工作的复杂大型构件,其叶片承受各种水力激振因素引起的交变应力,以及焊接工艺方面等原因,使转轮在运行一段时间后应力释放形成裂纹,从而严重威胁水电厂的安全经济运行,火大降低水电站的经济效益。因此本文从简单焊接试样进行疲劳实验与数值模拟验证,并用于考虑焊接缺陷的混流式水轮机转轮疲劳寿命分析。主要工作内容和结论包括以下几方面:  首先,对简单焊接试样进行疲劳寿命数值模拟,并用疲劳实验对其验证。结果表明疲劳寿命数值计算方法是可靠的。  其次,以某电站混流式水轮机转轮作为研究对象,埘其进行了全流道定常与非定常CFD数值计算。结果表明引起转轮内部流场压力脉动的因素丰要包括转轮自身的转动、转轮域与导叶域的动静干涉以及转轮内部和尾水管中产生的涡带,且压力脉动不会使转轮发生共振。  然后,分别对普通转轮和考虑微小裂纹缺陷的转轮进行了强度计算。结果表明转轮的危险部位主要是叶片出水边和转轮上冠下环连接的部位,微小裂纹缺陷很大程度上会增大转轮承受的最大静应力,并且会明显改变转轮本身的应力分布。  最后,综合各工况的载荷谱对普通转轮、考虑裂纹缺陷和焊接残余应力的转轮分别进行了疲劳寿命计算。结果表明转轮在偏工况下运行的寿命远远小于最优工况下的寿命;焊接残余应力和生产加工中产生的微小裂纹缺陷会大大缩短转轮的寿命。因此本文的研究成果对相关制造加工企业具有一定的工程指导意义。
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