豎軸潮流能水輪機轉(zhuǎn)子系統(tǒng)動力學(xué)特性研究.pdf

1、隨著世界范圍內(nèi)的能源需求越來越大，僅靠化石能源已經(jīng)遠遠不能滿足世界經(jīng)濟發(fā)展的需要，開發(fā)新型可再生能源已經(jīng)成為能源領(lǐng)域重要的研究課題。潮流能在世界范圍內(nèi)分布范圍較廣，具有安全、環(huán)保、可再生等特點，具有巨大的發(fā)展?jié)摿?。水輪機是潮流能利用的主要設(shè)備，為潮流能進一步開發(fā)利用提供原始動力。但由于潮流能水輪機工作在海洋環(huán)境中，不僅受到水輪機本身的重力、離心力和不平衡力激勵，還受到海水非定常流體力、海洋暴風(fēng)潮等作用，此外還存在海水腐蝕、生物污染等問題

2、。潮流水輪機工作在海洋復(fù)雜工況下，為保證水輪機能夠安全可靠的運行，對水輪機強度提出了苛刻要求。
　　本文對等臂長和變臂長水輪機轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的動力學(xué)特性開展研究工作，為潮流能的開發(fā)利用提供基本安全保證。本文主要研究內(nèi)容和結(jié)論如下:
　　1、對水輪機流體激勵性能預(yù)測的流管法進行了改進，并對等臂長和變臂長潮流能水輪機的流體激勵特性進行了仿真模擬，得到不同面積和周長的變臂長方案水輪機的流體激勵特性。結(jié)果表明，和等臂長相比，等面積的變臂長

3、方案3獲得的平均扭矩最大。為水輪機轉(zhuǎn)子系統(tǒng)動力學(xué)特性計算提供了基本流體激勵模型。
　　2、通過有限元法建立了水輪機轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的動力學(xué)模型，并采用自編程Newmark數(shù)值仿真計算了水輪機轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的臨界轉(zhuǎn)速和不平衡響應(yīng)，并采用商業(yè)程序進行了驗證。為實際水輪機在復(fù)雜流體激勵下的動力學(xué)響應(yīng)研究提供模型。結(jié)果表明，等臂長水輪機不平衡響應(yīng)以1X倍頻為主，軸心軌跡為圓，所開發(fā)的程序和商業(yè)軟件相比，其響應(yīng)的計算誤差在3％以內(nèi)。
　　3、推導(dǎo)了

4、變結(jié)構(gòu)回轉(zhuǎn)體——變臂長水輪機轉(zhuǎn)子系統(tǒng)彎曲振動微分方程，并計算了流體力作用下等臂長和變臂長水輪機轉(zhuǎn)子系統(tǒng)彎曲振動響應(yīng)。結(jié)果表明:附加轉(zhuǎn)動慣量對水輪機的臨界轉(zhuǎn)速影響非常大，隨附加轉(zhuǎn)動慣量的增加水輪機的臨界轉(zhuǎn)速有明顯下降，特別是第三階臨界轉(zhuǎn)速變化顯著;臂長變化對變臂長水輪機的彎曲振動響應(yīng)具有一定的影響，且對X和Y向振動響應(yīng)的影響不同;不管等臂長還是變臂長水輪機，均存在復(fù)雜的倍頻振動，主要以1X-6X倍頻振動為主。
　　4、建立了豎軸水輪