[发明专利]一种水轮机顶盖振动数值的确定方法

权利要求书

1.一种水轮机顶盖振动数值的确定方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一、按水轮机顶盖结构设计图纸采用ANSYS软件建立水轮机顶盖三维模型；

步骤二、设定材料参数，在ANSYS软件中建立水轮机顶盖材料的弹性模量、泊松比、密度；

步骤三、施加边界条件，在水轮机顶盖与座环把合螺栓分布圆上施加轴向约束；

步骤四、进行模态求解，求解质量阻尼α和刚度阻尼β，并退出ANSYS软件的solution求解器；

步骤五、将水轮机转轮模型试验获得的压力脉动载荷数据转换成真机顶盖过流面压力脉动载荷数据；所述的将水轮机转轮模型试验获得的压力脉动载荷数据转换成真机顶盖过流面压力脉动载荷数据，具体过程如下：

首先将水轮机转轮模型试验得到的压力脉动载荷数据导出成txt文本格式，然后用EXCEL电子表格打开导出的txt文本格式压力脉动载荷数据；

将水轮机转轮模型试验数据采集的时间列均乘以转速比系数得到处理后的时间列；转速比系数为模型试验转速n_m与真机额定转速n_r之比；

将水轮机转轮模型试验数据采集的压力脉动幅值列均乘以水头比系数得到处理后的压力脉动幅值列；水头比系数为真机工作水头H_p与模型工作水头H_m之比；

然后仍保存成txt文本格式，获得水轮机顶盖过流面压力脉动载荷数据；

步骤六、重新进入ANSYS软件的solution求解器，进行压力脉动载荷的施加；

步骤七、设定求解选项并求解：

采用瞬态响应分析方法进行水轮机顶盖的振动计算，设定每个子步的时间步长、载荷步结束时间、质量阻尼α和刚度阻尼β，在ANSYS中设定求解选项后，进行分析计算；

步骤八、结果分析：

计算完成后，在ANSYS软件中的时间后处理模块TimeHist Postpro获取在压力脉动载荷作用下水轮机顶盖水导轴承处+X、+Y两个方向的位移振动响应曲线和振动频率曲线，从而确定水轮机顶盖振动数值，包括顶盖垂直振动幅值和振动主频率。

2.根据权利要求1所述的一种水轮机顶盖振动数值的确定方法，其特征在于，步骤四所述的进行模态求解，求解质量阻尼α和刚度阻尼β的具体过程如下：

模态求解方程为：

其中：f为水轮机顶盖的固有频率，ξ为阻尼比；

确定水轮机顶盖的固有频率中的最低阶固有频率和最高阶固有频率，并代入模态求解方程确定质量阻尼α和刚度阻尼β。

3.根据权利要求2所述的一种水轮机顶盖振动数值的确定方法，其特征在于，步骤四所述的ξ为阻尼比取0.05。

4.根据权利要求1所述的一种水轮机顶盖振动数值的确定方法，其特征在于，步骤六所述重新进入ANSYS软件的solution求解器进行压力脉动载荷的施加的具体过程如下：

首先在ANSYS软件中定义Table表格数组，每个Table表格数组的列数等于水轮机转轮模型试验时过流面压力脉动采样点数，然后分别读入水轮机顶盖过流面压力脉动载荷数据的txt文本格式数据，进行压力脉动载荷的施加。

5.根据权利要求1、2或3所述的一种水轮机顶盖振动数值的确定方法，其特征在于，步骤七中设定每个子步的时间步长为0.002977s，载荷步结束时间为3.2s。