Page 95 - 2024年第55卷第11期

图 ８ 转轮压力脉动时频特性

３．２ 结构场特性分析 转轮叶片正面与背面的等效应力与变形量基本相当，如图 ９所示为发电转空载
工况下转轮叶片的等效应力，其在长短叶片上分布基本一致，短叶片 Ａ８低等效应力区延伸至叶片出
水边。长叶片等效应力在 Ａ１与 Ａ２区较低（对应旋涡区与高涡流黏度），在 Ａ３、Ａ４与 Ａ５区较高（水
流力与结构约束力共同作用），Ａ６区域（后 ２?３流道无短叶片，无叶片背面附着涡）介于二者之间。整
体上在 ０．５ｓｐａｎ附 近 等 效 应 力 较 低，即 上 冠 与 下 环 间 沿 轴 向 中 间 截 面 （图 ９（ａ）黄 色 虚 线，上 冠 为
０ｓｐａｎ，下环为 １ｓｐａｎ），由于 Ａ６区距离上冠下环约束最远。Ａ１与 Ａ２面积随流量减小均扩大，且 Ａ３、
Ａ４与 Ａ５区应力值随流量减小而减小，最终 Ａ５与 Ａ６基本融合。Ａ１区分散小旋涡逐渐连成体，且向
转轮出口移动，最终使得高涡流黏度区从进口演变到出口，与图 ６的湍动能变化一致。短叶片上等效
应力分布大致分为三个梯度，Ａ７与 Ａ９均因上冠下环的约束而表现出较大的等效应力值，二者沿着轴
向向 Ａ８区域减小；短叶片出口边从吸力面到压力面的绕流使得 Ａ１０区出现高低等效应力穿插现象。
Ａ１与 Ａ８两个低等效应力区均相对下环较近，主要原因是水流在混流式转轮径向流入轴向流出，重力
与周向力共同作用至有压水流。
长短叶片的变形梯度分明，从上冠至下环逐层减小，叶片在靠近上冠侧与下环侧分别朝背面与正
面方向偏转。在长叶片后 １?２流道以及整个短叶片靠近上冠侧，因流体载荷与结构恢复力处于平衡状
态，因此该处变形基本等于 ０，该无变形区间面积随导叶的持续关闭与平衡的破坏而缩小。最大变形
量位于转轮进口边靠近下环位置，在叶片进口紧贴正面与背面的低速漩涡对该部位的撞击作用是主要
原因，因此该部位是叶片振动的敏感区域，该区面积随流量的减小而增加，叶片进口边处最大变形量
ｄ 在 ｔ ＝ １ 、３和 ８ｓ时分别为 ２．７９、２．９和 ３．２１μ ｍ。Ｂ１０附近变形量逐渐增大（图 ９红色圆圈），因为
ｍａｘ
转轮出口个体小漩涡逐渐融合形成片状涡（图 ７）。

３
— １ ６ １ —