[发明专利]一种水轮机转轮湿模态分析方法

权利要求书

1.一种水轮机转轮湿模态分析方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1，确定影响转轮湿模态的流体的有效区间范围，将有效区间范围内的流体沿转轮回转轴分为n层，其中n≥2且n为正整数；

S2，将每层流体假设为无体积的质点，获取转轮表面流体的附加质量矩阵M_a；

S3，计算转轮湿模态的固有频率ω_湿，计算公式为：

|K_s-ω_湿²（M_s+M_a）|=0，（1）

其中，K_s为转轮刚度矩阵，M_s为转轮质量矩阵；

步骤S2中，获取转轮表面流体的附加质量矩阵M_a的计算公式为：

，（2）

其中，x、y、z分别为转轮任意一点在三维直角坐标系中X轴、Y轴、Z轴的空间坐标值，i为流体的层数标号，i=1,2，…，n且i为正整数，ρ为流体的密度，ze_i为第i层流体在Z轴的起始坐标值，zs_i为第i层流体在Z轴的终止坐标值，R为第i层流体中某一积分面的最大半径，D为转轮在某一积分面坐标（x、y）的积分区域；

还包括以下步骤：

S4，对步骤S3的ω_湿的计算结果，取转轮的前3阶模态的衰减系数λ进行准确性评估；

步骤S4中，若衰减系数λ符合公式（3），则认为步骤S3的ω_湿的计算结果准确；否则，返回步骤S1；

，(3)

其中，m_r为转轮总重量，m_w为流体的有效区间范围内流体的总重量。

2.根据权利要求1所述的一种水轮机转轮湿模态分析方法，其特征在于，步骤S3包括以下步骤：

S31，考虑转速与流体压力对转轮刚度的影响，分析转轮应力刚化效应，获得转轮应力刚化提升的刚度矩阵K_r；

S32，利用转轮应力刚化提升的刚度矩阵K_r对转轮刚度矩阵K_s做修正，将公式（1）中的K_s修正为K_s'_，使K_s'=K_s+K_r；

S33，利用修正后的转轮刚度矩阵K_s'计算转轮湿模态的固有频率ω_湿，计算公式为：

|（K_s+K_r）-ω_湿²（M_s+M_a）|=0，（4）。

3.根据权利要求1或2所述的一种水轮机转轮湿模态分析方法，其特征在于，步骤S1中，根据转轮叶片的扭曲程度和/或转轮轴向高度将有效区间范围内的流体沿转轮回转轴分为n层。

4.根据权利要求3所述的一种水轮机转轮湿模态分析方法，其特征在于，步骤S1中，选取n的范围为：4≤n≤12。

5.根据权利要求4所述的一种水轮机转轮湿模态分析方法，其特征在于，步骤S1中，将有效区间范围内的流体沿转轮回转轴分为每一层高度相同的层。

6.根据权利要求1所述的一种水轮机转轮湿模态分析方法，其特征在于，选取流体为液体或气体。

7.根据权利要求6所述的一种水轮机转轮湿模态分析方法，其特征在于，选取流体为水。