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基于Pro/Engineer的超低水头水轮机的应用研究

刘海强  
【摘要】:现在能源危机使燃料价格飞涨,而且环境保护对可再生能源提出了新的更高要求。从能源—资源—环境一体化来考虑,开发利用流动的水来发电将是大有可为的,其关键就是要探索一种高效、廉价、环保的方式把流动水的动能转化为电能。论文是研究利用流动的水或只有微小水头的水力动能来发电的水力机械的机理,希望从涡扇形叶片的涡轮机来提高水动能的转化率。这一设想是美国的戈尔洛夫教授提出并已做大河试验,并受到世界水电业界的广泛关注,本课题是对其进行跟踪研究。研究开发出不需建设大坝而利用河流自然落差就可把水流动能转化成电能的水力发电机械,会有利于广西水力资源富矿的开发、推动我国的水电事业、造福社会。本课题研究的主要内容是利用美国参数化技术公司的大型专业CAD/CAM/CAE软件系统Pro/ENGINEER设计出了涡扇形涡轮机3D模型;对3D造型的水轮机叶片进行了叶片结构分析,利用Pro/Mechanica结构分析方法在微机上计算出水轮机叶片这种复杂曲面结构的应力和位移分布,而且应用在了计算叶片的改型设计上;分析了此型涡轮机叶片的动力特性,优化出最佳模型;对设计出的涡扇形涡轮机建立了实物模型,并进行了相关的现场实验研究,进一步分析了其动力特性及其水动能转化率。 根据水轮机叶片设计方程,对水轮机叶片曲面进行了拟合。基于PRO/MECHANICA模块对叶片结构进行了分析,对叶片的应力、应变、模态及动态时域分析后表明,水轮机叶片应力集中点可以显著确定,可在结构上采取相应措施,降低叶片应力集中。该分析方法对叶片结构设计有实用意义。 本课题研制的新型水轮机设计新颖、结构简洁,适合水头低、流量大的水力丰富的地区,体积小、重量轻、布置灵活便于移动发电。


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