[发明专利]单波纹弹性油箱初始压力的温度补偿方法

说明书

技术领域

本发明涉及单波纹弹性油箱初始压力的温度补偿方法。

背景技术

单波纹弹性油箱是立式水轮发电机组推力支撑结构的关键部件，具有安装调整方便、自动平衡瓦间负荷、推力瓦倾斜灵活和较好地控制瓦变形等优点。

单波纹弹性油箱依靠自身弹性来支撑水电机组的重力负荷，其自身弹性由两部分组成，分别是弹性油箱箱体的弹性和油箱内透平油的弹性。当弹性油箱结构确定后，其箱体弹性也被确定，而油箱内部透平油的弹性是可以调整的。通过调整透平油的弹性可以使弹性油箱工作在理想高度，使应力水平最低。

调整箱体内透平油弹性的方法有：

1)改变填充环的体积进而改变箱体内部透平油充油量；

2)改变油箱初始油压。

传统的单波纹弹性油箱分析方法，只考虑了油箱箱体和内部透平油的弹性，而没有考虑透平油热膨胀对引起的油箱受力和油箱初始油压的变化。油的热膨胀系数比金属热膨胀系数约大10倍，因此忽略透平油热膨胀产生的油箱应力变化，使计算得到的油箱初始油压误差较大，并导致油箱运行过程中应力水平升高。

发明内容

本发明提供了一种单波纹弹性油箱初始压力的温度补偿方法。利用该方法可以对水电机组单波纹弹性油箱进行流固热多场耦合分析。根据分析得到的油箱初始压力、初始压力等效温升等数据，推导单波纹弹性油箱初始压力的温度补偿公式。根据公式计算温度补偿后的油箱初始油压。该方法推导了初始压力的温度补偿公式，补偿方法过程简洁；考虑了温度对油箱初始油压的影响，计算精度较高。对单波纹弹性油箱优化设计具有重要意义。本技术方案的技术方案为：

1)运用商业软件建立单波纹弹性油箱流固热多场耦合分析模型,模型选择油箱1/4轴截面为分析对象。油箱采用PLANE42单元；油采用FLUID79单元。油箱材料弹性模型为2.068e5MPa,泊松比0.3；油的弹性模量取1.5e3MPa，热膨胀系数取2.3e-4；

2)在对称轴和对称面施加对称约束，在油边界施加完全约束，在油箱顶面施加纵向约束，对油施加试算温升T₁；

3)利用商业有限元软件进行求解，提取油箱顶面的纵向支反力F₁，并计算油箱初始油压等效温升，计算公式如下：

式中T₂为油箱初始油压等效温升

T₁为试算温升

F₂为单波纹弹性油箱设计载荷

F₁为试算温升得到的油箱顶面的纵向支反力

4)在对称轴和对称面施加对称约束，在油边界施加完全约束，在油箱顶面施加纵向约束，对油施加初始油压等效温升T₂；

5)利用商业有限元软件进行求解，提取单波纹弹性油箱理想运行工况的应力水平；

6)在对称轴和对称面施加对称约束，在油边界施加完全约束，释放油箱顶面自由度，保持油的初始油压等效温升T₂；

7)利用商业有限元软件进行求解，提取弹性油箱初始油压数值P₀,以及应力水平；

8)根据初始油压P₀和初始油压等效温升T₂，推导单波纹弹性油箱初始油压的温度补偿公式为：

式中P为温度补偿后的初始油压；

P₀为不考虑温度补偿的初始油压；

T为充油温度；

T₀为机组安装时的油箱油温；

T₂为初始油压等效温升。

9)根据单波纹弹性油箱初始油压的温度补偿公式计算温度补偿后的初始油压，上述步骤即为单波纹弹性油箱初始压力的温度补偿方法。

技术效果

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

现有的单波纹弹性油箱分析方法，只考虑了油箱箱体和内部透平油的弹性，而没有考虑透平油热膨胀对引起的油箱受力和油箱初始油压的变化。油的热膨胀系数比金属热膨胀系数约大10倍，因此忽略透平油热膨胀产生的油箱应力变化，使计算得到的油箱初始油压误差较大，并导致油箱运行过程中应力水平升高。