基于流固耦合的600MW汽輪機(jī)組主油泵葉輪結(jié)構(gòu)特性與優(yōu)化策略研究

一、引言1.1研究背景與意義1.1.1研究背景在全球能源需求持續(xù)增長的大背景下，電力作為一種關(guān)鍵的二次能源，其穩(wěn)定供應(yīng)對于社會經(jīng)濟(jì)的穩(wěn)定發(fā)展至關(guān)重要。600MW汽輪機(jī)組憑借其高效的能源轉(zhuǎn)換能力，在現(xiàn)代電力生產(chǎn)中占據(jù)著舉足輕重的地位，廣泛應(yīng)用于各大火力發(fā)電廠以及核電站等。以我國為例，眾多大型發(fā)電項(xiàng)目均采用600MW汽輪機(jī)組作為核心發(fā)電設(shè)備，為國家的電力供應(yīng)提供了堅(jiān)實(shí)保障。主油泵葉輪作為600MW汽輪機(jī)組的核心部件之一，在機(jī)組運(yùn)行過程中扮演著不可或缺的角色。它主要負(fù)責(zé)將潤滑油加壓后輸送至機(jī)組的各個(gè)潤滑點(diǎn)，確保機(jī)組的各個(gè)部件在良好的潤滑條件下穩(wěn)定運(yùn)行。一旦主油泵葉輪出現(xiàn)故障，將直接導(dǎo)致機(jī)組潤滑系統(tǒng)失效，進(jìn)而引發(fā)一系列嚴(yán)重問題，如部件磨損加劇、溫度升高、振動增大等，最終可能導(dǎo)致機(jī)組停機(jī)，給電力生產(chǎn)帶來巨大損失。隨著電力行業(yè)的快速發(fā)展，對汽輪機(jī)組的性能要求也越來越高。為了滿足不斷增長的電力需求，提高能源利用效率，降低運(yùn)行成本，汽輪機(jī)組正朝著高參數(shù)、大容量、高效率的方向發(fā)展。在這種趨勢下，主油泵葉輪的工作環(huán)境變得更加惡劣，其所承受的壓力、溫度以及轉(zhuǎn)速等參數(shù)都大幅提高，這對主油泵葉輪的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和可靠性提出了更高的挑戰(zhàn)。在實(shí)際運(yùn)行中，主油泵葉輪不僅受到高速旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的離心力、流體介質(zhì)的壓力以及溫度變化等多種載荷的共同作用，還會受到流體與固體之間的相互作用，即流固耦合效應(yīng)的影響。這種流固耦合效應(yīng)會導(dǎo)致葉輪內(nèi)部的應(yīng)力分布更加復(fù)雜，增加了葉輪發(fā)生疲勞破壞、塑性變形以及斷裂等故障的風(fēng)險(xiǎn)。據(jù)相關(guān)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，在汽輪機(jī)組的各類故障中，主油泵葉輪故障所占的比例較高，且呈上升趨勢。因此，深入研究主油泵葉輪的流固耦合結(jié)構(gòu)，對于保障600MW汽輪機(jī)組的安全穩(wěn)定運(yùn)行具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。1.1.2研究意義對600MW汽輪機(jī)組主油泵葉輪進(jìn)行流固耦合分析，具有多方面的重要意義。在保障機(jī)組安全運(yùn)行方面，通過精確分析葉輪在復(fù)雜工況下的應(yīng)力應(yīng)變分布情況，能夠提前發(fā)現(xiàn)潛在的安全隱患，預(yù)測葉輪可能出現(xiàn)的故障形式和位置，從而為制定合理的維護(hù)策略和安全運(yùn)行措施提供科學(xué)依據(jù)。這有助于及時(shí)采取有效的預(yù)防措施，避免因葉輪故障導(dǎo)致的機(jī)組停機(jī)事故，確保電力生產(chǎn)的連續(xù)性和穩(wěn)定性，保障社會的正常用電需求。從提高機(jī)組運(yùn)行效率的角度來看，深入了解流固耦合作用對葉輪性能的影響，能夠?yàn)槿~輪的優(yōu)化設(shè)計(jì)提供理論指導(dǎo)。通過優(yōu)化葉輪的結(jié)構(gòu)參數(shù)，如葉片形狀、厚度、曲率等，可以減小流體阻力，降低能量損失，提高葉輪的水力效率，進(jìn)而提升整個(gè)汽輪機(jī)組的能源轉(zhuǎn)換效率。這不僅有助于降低發(fā)電成本，還能減少能源消耗和環(huán)境污染，符合可持續(xù)發(fā)展的要求。在降低成本方面，準(zhǔn)確掌握葉輪的力學(xué)性能和失效機(jī)理，能夠合理選擇葉輪的材料和制造工藝，在保證葉輪性能的前提下，降低材料成本和制造成本。同時(shí)，通過優(yōu)化設(shè)計(jì)延長葉輪的使用壽命，減少設(shè)備維修和更換的頻率，降低維護(hù)成本。此外，由于避免了因葉輪故障導(dǎo)致的機(jī)組停機(jī)和生產(chǎn)損失，還能間接帶來巨大的經(jīng)濟(jì)效益。流固耦合分析在葉輪機(jī)械領(lǐng)域的研究中具有重要的理論意義。它有助于豐富和完善流固耦合理論體系，為解決其他類似的工程問題提供新的方法和思路。通過對主油泵葉輪流固耦合問題的深入研究，可以推動相關(guān)學(xué)科的交叉融合，促進(jìn)多物理場耦合分析技術(shù)的發(fā)展，為工程科學(xué)的進(jìn)步做出貢獻(xiàn)。1.2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀在國外，針對汽輪機(jī)組主油泵葉輪流固耦合分析的研究起步較早。美國的一些科研機(jī)構(gòu)和高校，如麻省理工學(xué)院（MIT），利用先進(jìn)的數(shù)值模擬技術(shù)，對葉輪在不同工況下的流固耦合特性進(jìn)行了深入研究。他們通過建立高精度的數(shù)學(xué)模型，考慮了葉輪的材料非線性、幾何非線性以及流體的粘性、可壓縮性等因素，詳細(xì)分析了葉輪的應(yīng)力應(yīng)變分布、振動特性以及疲勞壽命等。相關(guān)研究成果為葉輪的優(yōu)化設(shè)計(jì)提供了重要的理論依據(jù)，推動了美國汽輪機(jī)組技術(shù)的發(fā)展。歐洲的一些國家，如德國和法國，也在該領(lǐng)域取得了顯著進(jìn)展。德國的西門子公司在其汽輪機(jī)組的研發(fā)過程中，高度重視主油泵葉輪流固耦合問題。他們通過大量的實(shí)驗(yàn)研究，獲取了葉輪在實(shí)際運(yùn)行中的流固耦合數(shù)據(jù)，并與數(shù)值模擬結(jié)果進(jìn)行對比驗(yàn)證，不斷完善流固耦合分析方法。法國的一些研究團(tuán)隊(duì)則專注于開發(fā)新的流固耦合算法，提高計(jì)算效率和精度，為葉輪的設(shè)計(jì)和分析提供了更強(qiáng)大的工具。在國內(nèi)，隨著汽輪機(jī)組技術(shù)的不斷發(fā)展，對主油泵葉輪流固耦合分析的研究也日益受到關(guān)注。近年來，國內(nèi)的一些高校和科研機(jī)構(gòu)，如清華大學(xué)、上海交通大學(xué)等，在該領(lǐng)域開展了大量的研究工作。清華大學(xué)的研究團(tuán)隊(duì)利用自主研發(fā)的多物理場耦合分析軟件，對600MW汽輪機(jī)組主油泵葉輪進(jìn)行了流固耦合分析，深入研究了葉輪在不同工況下的力學(xué)性能和變形規(guī)律，為葉輪的結(jié)構(gòu)優(yōu)化提供了理論支持。上海交通大學(xué)則通過實(shí)驗(yàn)與數(shù)值模擬相結(jié)合的方法，對葉輪的流固耦合振動特性進(jìn)行了研究，提出了一些有效的減振措施，提高了葉輪的運(yùn)行穩(wěn)定性。盡管國內(nèi)外在汽輪機(jī)組主油泵葉輪流固耦合分析方面取得了一定的成果，但仍存在一些不足之處。在數(shù)值模擬方面，雖然現(xiàn)有的計(jì)算方法和軟件能夠?qū)θ~輪流固耦合問題進(jìn)行一定程度的分析，但在處理復(fù)雜工況和多物理場耦合時(shí)，計(jì)算精度和效率仍有待提高。例如，在考慮葉輪的高溫蠕變、疲勞損傷以及流體的湍流效應(yīng)等因素時(shí)，計(jì)算結(jié)果與實(shí)際情況存在一定的偏差。實(shí)驗(yàn)研究方面，由于實(shí)驗(yàn)條件的限制，難以完全模擬葉輪在實(shí)際運(yùn)行中的復(fù)雜工況，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和可靠性受到一定影響。而且，實(shí)驗(yàn)成本較高，周期較長，限制了實(shí)驗(yàn)研究的規(guī)模和深度。在流固耦合理論方面，雖然已經(jīng)建立了一些基本的理論框架，但對于一些復(fù)雜的流固耦合現(xiàn)象，如流固耦合誘發(fā)的振動失穩(wěn)、疲勞裂紋擴(kuò)展等，其機(jī)理研究還不夠深入，缺乏統(tǒng)一的理論模型和分析方法。在葉輪的優(yōu)化設(shè)計(jì)方面，目前的研究主要集中在單一性能指標(biāo)的優(yōu)化，如提高葉輪的水力效率或降低應(yīng)力水平，而對于多目標(biāo)優(yōu)化的研究較少，難以綜合考慮葉輪的各種性能要求，實(shí)現(xiàn)整體性能的最優(yōu)。1.3研究內(nèi)容與方法1.3.1研究內(nèi)容本研究聚焦于600MW汽輪機(jī)組主油泵葉輪，旨在深入剖析其流固耦合結(jié)構(gòu)，具體內(nèi)容涵蓋以下幾個(gè)關(guān)鍵方面。流場分析是研究的重要基礎(chǔ)。運(yùn)用先進(jìn)的計(jì)算流體動力學(xué)（CFD）技術(shù)，對主油泵葉輪內(nèi)部的工作介質(zhì)進(jìn)行全面的流場分析。通過建立精確的流體模型，模擬葉輪在不同工況下的運(yùn)行狀態(tài)，獲取內(nèi)部流動狀態(tài)的詳細(xì)信息，包括流體的流速分布、流線走向等，深入探究液體對葉輪的作用力，如壓力分布規(guī)律、粘性力的作用等。這不僅有助于理解葉輪內(nèi)部的流動特性，還能為后續(xù)的結(jié)構(gòu)分析提供準(zhǔn)確的載荷數(shù)據(jù)。結(jié)構(gòu)分析是研究的核心內(nèi)容之一。在考慮流場分析結(jié)果的基礎(chǔ)上，對主油泵葉輪進(jìn)行全面的結(jié)構(gòu)分析。計(jì)算葉輪在靜載荷和動載荷作用下的力學(xué)響應(yīng)，包括離心力、流體壓力、溫度載荷等多種載荷的綜合作用。通過有限元分析方法，確定葉輪鋼材的應(yīng)力強(qiáng)度分布、疲勞極限以及屈服強(qiáng)度等關(guān)鍵力學(xué)參數(shù)，評估葉輪在不同工況下的結(jié)構(gòu)安全性和可靠性，為后續(xù)的優(yōu)化設(shè)計(jì)提供理論依據(jù)。構(gòu)建“流-固”耦合模型是本研究的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。基于流場分析和結(jié)構(gòu)分析的結(jié)果，綜合考慮液態(tài)流動壓力與葉輪結(jié)構(gòu)之間的相互作用，構(gòu)建主油泵葉輪的“流-固”聯(lián)合模型。利用該模型，預(yù)測主油泵葉輪在復(fù)雜工況下可能出現(xiàn)的疲勞破壞、塑性損傷等問題，深入分析流固耦合作用對葉輪性能的影響機(jī)制，為提出有效的預(yù)防措施和優(yōu)化方案提供有力支持。優(yōu)化方案設(shè)計(jì)是研究的最終目標(biāo)。根據(jù)流固耦合分析的結(jié)果，針對主油泵葉輪可能存在的問題，提出具體的優(yōu)化設(shè)計(jì)方案。通過調(diào)整葉輪的結(jié)構(gòu)參數(shù)，如葉片形狀、厚度、曲率等，優(yōu)化葉輪的材料選擇和制造工藝，提高葉輪的承載能力和抗疲勞性能，降低流固耦合效應(yīng)的不利影響，實(shí)現(xiàn)葉輪結(jié)構(gòu)的優(yōu)化和性能的提升。同時(shí)，通過數(shù)值模擬和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，對優(yōu)化方案的可行性和有效性進(jìn)行評估，確保優(yōu)化后的葉輪能夠滿足實(shí)際工程需求。1.3.2研究方法本研究采用數(shù)值模擬與實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證相結(jié)合的方法，確保研究結(jié)果的準(zhǔn)確性和可靠性。數(shù)值模擬方面，主要運(yùn)用ANSYS軟件進(jìn)行三維建模、有限元分析和流體計(jì)算流體動力學(xué)（CFD）數(shù)值模擬。利用ANSYS的強(qiáng)大功能，建立主油泵葉輪的精確三維模型，對葉輪的幾何形狀、尺寸參數(shù)等進(jìn)行詳細(xì)描述。通過合理劃分網(wǎng)格，提高模型的計(jì)算精度和效率。在有限元分析中，準(zhǔn)確定義葉輪的材料屬性，包括彈性模量、泊松比、密度等，設(shè)置合適的邊界條件和載荷工況，模擬葉輪在不同工況下的受力情況，獲取主應(yīng)力和應(yīng)變分布、應(yīng)力集中等關(guān)鍵數(shù)據(jù)。運(yùn)用CFD技術(shù)，對葉輪內(nèi)部的流場進(jìn)行模擬，分析液體的流動特性和對葉輪的作用力。通過數(shù)值模擬，可以快速、全面地研究主油泵葉輪在不同工況下的性能，為優(yōu)化設(shè)計(jì)提供大量的數(shù)據(jù)支持。實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證是本研究不可或缺的環(huán)節(jié)。通過實(shí)驗(yàn)，獲取主油泵葉輪在實(shí)際運(yùn)行中的數(shù)據(jù)，驗(yàn)證數(shù)值模擬結(jié)果的準(zhǔn)確性和可靠性。實(shí)驗(yàn)內(nèi)容包括流場測試和結(jié)構(gòu)測試。在流場測試中，采用先進(jìn)的測量技術(shù)，如粒子圖像測速（PIV）技術(shù)、壓力傳感器等，測量葉輪內(nèi)部的流速分布、壓力分布等參數(shù)，與數(shù)值模擬結(jié)果進(jìn)行對比分析。在結(jié)構(gòu)測試中，通過應(yīng)變片測量、振動測試等方法，獲取葉輪在不同工況下的應(yīng)力應(yīng)變分布和振動特性，驗(yàn)證數(shù)值模擬對葉輪結(jié)構(gòu)性能的預(yù)測。實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證不僅可以檢驗(yàn)數(shù)值模擬的準(zhǔn)確性，還能發(fā)現(xiàn)數(shù)值模擬中可能存在的問題，為進(jìn)一步改進(jìn)模擬方法和優(yōu)化設(shè)計(jì)提供依據(jù)。二、600MW汽輪機(jī)組主油泵葉輪工作原理與結(jié)構(gòu)2.1主油泵工作原理主油泵作為600MW汽輪機(jī)組潤滑系統(tǒng)的關(guān)鍵設(shè)備，承擔(dān)著為機(jī)組各部件提供潤滑和冷卻的重要任務(wù)，其工作原理基于離心泵的基本原理，同時(shí)結(jié)合了汽輪機(jī)組的運(yùn)行特點(diǎn)。在汽輪機(jī)組的潤滑系統(tǒng)中，主油泵的作用舉足輕重。它猶如人體的心臟，源源不斷地將潤滑油輸送到機(jī)組的各個(gè)軸承，確保軸承在高速旋轉(zhuǎn)過程中得到良好的潤滑和冷卻，有效減少軸承與軸頸之間的摩擦，降低磨損程度，延長設(shè)備的使用壽命。同時(shí)，潤滑系統(tǒng)還能帶走軸承因摩擦產(chǎn)生的熱量，防止軸承溫度過高而損壞，保證機(jī)組的正常運(yùn)行。主油泵還為調(diào)速系統(tǒng)提供壓力油，調(diào)速系統(tǒng)是汽輪機(jī)組的重要控制部分，它通過調(diào)節(jié)汽輪機(jī)的進(jìn)汽量來控制機(jī)組的轉(zhuǎn)速和負(fù)荷，確保機(jī)組在不同的工況下都能穩(wěn)定運(yùn)行。而調(diào)速系統(tǒng)的正常工作依賴于穩(wěn)定充足的壓力油供應(yīng)，主油泵提供的壓力油作為調(diào)速系統(tǒng)的動力源，驅(qū)動調(diào)速器、油動機(jī)等部件動作，實(shí)現(xiàn)對汽輪機(jī)進(jìn)汽量的精確調(diào)節(jié)。主油泵通常采用蝸殼型雙吸離心泵的結(jié)構(gòu)形式，這種結(jié)構(gòu)具有流量大、效率高、運(yùn)行穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)。它安裝在前軸承座中的汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子上，與汽輪機(jī)主軸采用剛性連接，由汽輪機(jī)主軸直接驅(qū)動。當(dāng)汽輪機(jī)主軸旋轉(zhuǎn)時(shí)，帶動主油泵葉輪高速旋轉(zhuǎn)，葉輪內(nèi)的葉片也隨之轉(zhuǎn)動。在離心力的作用下，潤滑油從葉輪中心被甩向葉輪外緣，流速和壓力不斷增加，形成高速高壓的油流。油流進(jìn)入蝸殼后，由于蝸殼的截面積逐漸增大，油流速度逐漸降低，部分動能轉(zhuǎn)化為壓力能，使油的壓力進(jìn)一步升高。最終，高壓油從主油泵的出口排出，通過管路輸送到機(jī)組的各個(gè)潤滑點(diǎn)和調(diào)速系統(tǒng)。在汽輪機(jī)啟動或停機(jī)過程中，由于主油泵的轉(zhuǎn)速較低，無法提供足夠的壓力和流量，此時(shí)需要輔助交流潤滑油泵和高壓啟動油泵來提供機(jī)組所需的潤滑油和保安油。當(dāng)汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速達(dá)到額定轉(zhuǎn)速或接近額定轉(zhuǎn)速時(shí)，主油泵的工作能力逐漸增強(qiáng)，能夠滿足機(jī)組的全部用油需求，此時(shí)輔助油泵即可停止工作。在機(jī)組正常運(yùn)行過程中，主油泵的出口壓力穩(wěn)定，能夠?yàn)闈櫥到y(tǒng)和調(diào)速系統(tǒng)提供可靠的油源。在主油泵的工作過程中，還涉及到射油器的協(xié)同工作。由于主油泵沒有自吸能力，需要外部提供入口壓力，射油器則安裝在主油泵進(jìn)口前，其工作原理是利用壓力油經(jīng)過噴嘴高速噴出后，在噴口處形成真空，利用自由射流的卷吸作用，把油箱中的油帶入擴(kuò)散管減速升壓后以一定的壓力排出，使得主油泵進(jìn)口有一定的壓力，提高主油泵的工作可靠性。2.2葉輪結(jié)構(gòu)特點(diǎn)600MW汽輪機(jī)組主油泵葉輪的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)決定了其在復(fù)雜工況下的工作性能和可靠性，對整個(gè)汽輪機(jī)組的穩(wěn)定運(yùn)行至關(guān)重要。主油泵葉輪的幾何形狀較為復(fù)雜，通常采用后彎式葉片設(shè)計(jì)，這種設(shè)計(jì)能夠有效提高葉輪的水力效率，減少能量損失。葉片的形狀經(jīng)過精心優(yōu)化，其進(jìn)口和出口的角度、曲率等參數(shù)都經(jīng)過了嚴(yán)格的計(jì)算和設(shè)計(jì)，以確保液體在葉輪內(nèi)能夠順暢流動，降低流動阻力，提高葉輪的工作效率。葉片數(shù)量一般為6-8片，這個(gè)數(shù)量的選擇是綜合考慮了多種因素的結(jié)果。葉片數(shù)量過少，會導(dǎo)致葉輪的流量和壓力不足，無法滿足機(jī)組的潤滑和調(diào)速需求；葉片數(shù)量過多，則會增加葉輪的制造難度和成本，同時(shí)也會增加流體的摩擦損失，降低葉輪的效率。經(jīng)過大量的實(shí)驗(yàn)和工程實(shí)踐，6-8片葉片的設(shè)計(jì)能夠在保證葉輪性能的前提下，實(shí)現(xiàn)較好的經(jīng)濟(jì)性和可靠性。葉輪的尺寸也有明確的要求，其直徑通常在300-500mm之間，寬度在80-150mm之間。這些尺寸參數(shù)是根據(jù)主油泵的流量、揚(yáng)程等性能要求以及機(jī)組的整體結(jié)構(gòu)布局來確定的。合理的尺寸設(shè)計(jì)能夠保證葉輪在高速旋轉(zhuǎn)時(shí)的穩(wěn)定性和可靠性，同時(shí)也能夠滿足機(jī)組對潤滑油供應(yīng)的需求。在材料選擇方面，主油泵葉輪通常采用高強(qiáng)度、耐腐蝕的合金鋼材料，如2Cr13等。這種材料具有良好的機(jī)械性能，能夠承受葉輪在高速旋轉(zhuǎn)時(shí)產(chǎn)生的巨大離心力以及流體的壓力和沖刷作用。同時(shí)，合金鋼材料還具有較好的耐腐蝕性，能夠在潤滑油等介質(zhì)中長期工作，不易發(fā)生腐蝕損壞，保證了葉輪的使用壽命。葉輪與主軸的連接方式采用過盈配合加鍵連接的方式，這種連接方式能夠確保葉輪與主軸之間的緊密配合，在高速旋轉(zhuǎn)時(shí)能夠可靠地傳遞扭矩，保證葉輪的穩(wěn)定運(yùn)行。過盈配合可以提供一定的預(yù)緊力，增強(qiáng)連接的可靠性，防止葉輪在運(yùn)行過程中發(fā)生松動。鍵連接則能夠進(jìn)一步提高連接的可靠性，確保扭矩的有效傳遞。在實(shí)際應(yīng)用中，過盈量的大小和鍵的尺寸都經(jīng)過了嚴(yán)格的計(jì)算和設(shè)計(jì)，以滿足葉輪在不同工況下的工作要求。2.3葉輪工作環(huán)境及工況參數(shù)600MW汽輪機(jī)組主油泵葉輪在汽輪機(jī)組運(yùn)行過程中，面臨著極為惡劣的工作環(huán)境，其工況參數(shù)也較為復(fù)雜，對葉輪的性能和可靠性提出了嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。在工作環(huán)境方面，主油泵葉輪主要在潤滑油介質(zhì)中運(yùn)行。潤滑油的存在雖然為葉輪提供了一定的潤滑作用，減少了葉輪與其他部件之間的摩擦，但同時(shí)也帶來了一些問題。潤滑油中可能含有雜質(zhì)顆粒，如金屬碎屑、灰塵等，這些雜質(zhì)在葉輪高速旋轉(zhuǎn)時(shí)，會對葉輪表面產(chǎn)生沖刷和磨損作用，導(dǎo)致葉輪表面粗糙度增加，降低葉輪的水力效率，甚至可能引發(fā)局部疲勞裂紋，影響葉輪的使用壽命。潤滑油還具有一定的腐蝕性，尤其是在高溫、高壓以及長時(shí)間運(yùn)行的條件下，潤滑油會發(fā)生氧化、分解等化學(xué)反應(yīng)，產(chǎn)生酸性物質(zhì)，這些酸性物質(zhì)會對葉輪的金屬材料造成腐蝕，削弱葉輪的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度。而且，汽輪機(jī)組運(yùn)行時(shí)，周圍環(huán)境中的濕度、溫度變化以及電磁干擾等因素也會對主油泵葉輪的工作產(chǎn)生一定的影響。濕度較大時(shí)，可能會加速葉輪的腐蝕過程；溫度變化頻繁則會使葉輪產(chǎn)生熱應(yīng)力，增加疲勞破壞的風(fēng)險(xiǎn)；電磁干擾可能會影響葉輪的動態(tài)特性，導(dǎo)致振動加劇等問題。葉輪的工況參數(shù)直接決定了其受力狀態(tài)和工作性能。在溫度方面，主油泵葉輪工作時(shí)的油溫通常在40-60℃之間。油溫的變化會導(dǎo)致葉輪材料的物理性能發(fā)生改變，如彈性模量、熱膨脹系數(shù)等。當(dāng)油溫升高時(shí)，葉輪材料的彈性模量會降低，使得葉輪在相同載荷作用下的變形增大；熱膨脹系數(shù)的變化則會導(dǎo)致葉輪在溫度變化時(shí)產(chǎn)生熱變形，這種熱變形如果受到約束，就會在葉輪內(nèi)部產(chǎn)生熱應(yīng)力。壓力參數(shù)方面，主油泵進(jìn)口油壓一般在0.05-0.3MPa之間，出口油壓約為2.1-2.3MPa。葉輪在這種壓力差的作用下，承受著較大的壓力載荷，尤其是在葉片的進(jìn)口和出口部位，壓力變化較為劇烈，容易產(chǎn)生應(yīng)力集中現(xiàn)象。過高的壓力還可能導(dǎo)致葉輪發(fā)生塑性變形，影響其正常工作。轉(zhuǎn)速是葉輪的一個(gè)重要工況參數(shù)，主油泵葉輪與汽輪機(jī)主軸同步旋轉(zhuǎn)，其轉(zhuǎn)速通常為3000rpm。在如此高的轉(zhuǎn)速下，葉輪會產(chǎn)生巨大的離心力，離心力的大小與葉輪的質(zhì)量、轉(zhuǎn)速以及半徑的平方成正比。離心力會使葉輪的各個(gè)部分受到拉伸作用，對葉輪的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度提出了很高的要求。同時(shí)，高速旋轉(zhuǎn)還會導(dǎo)致葉輪產(chǎn)生振動，振動的頻率和幅值與葉輪的轉(zhuǎn)速、結(jié)構(gòu)特性以及流體的流動狀態(tài)等因素密切相關(guān)。如果振動過大，可能會引發(fā)共振現(xiàn)象，導(dǎo)致葉輪的疲勞壽命急劇下降，甚至發(fā)生斷裂事故。流量也是葉輪工作的一個(gè)關(guān)鍵參數(shù)，主油泵的流量通常在[X]m3/h左右，具體數(shù)值會根據(jù)汽輪機(jī)組的實(shí)際運(yùn)行工況而有所變化。流量的變化會影響葉輪內(nèi)部的流場分布，進(jìn)而改變?nèi)~輪所受到的流體作用力。當(dāng)流量過大或過小時(shí)，葉輪可能會出現(xiàn)汽蝕現(xiàn)象，汽蝕會導(dǎo)致葉輪表面材料的破壞，嚴(yán)重影響葉輪的性能和壽命。三、流固耦合理論基礎(chǔ)3.1流固耦合基本概念流固耦合作為流體力學(xué)與固體力學(xué)交叉形成的重要力學(xué)分支，近年來在眾多工程領(lǐng)域和科學(xué)研究中備受關(guān)注。它主要研究可變形固體在流場作用下的各種行為，以及固體變形對流場產(chǎn)生的影響，這二者之間的相互作用構(gòu)成了流固耦合的核心內(nèi)容。從定義上看，流固耦合問題的顯著特征是其耦合方程的定義域同時(shí)涵蓋流體域與固體域，未知變量既包含描述流體現(xiàn)象的變量，如流速、壓力、密度等，也包含描述固體現(xiàn)象的變量，如位移、應(yīng)力、應(yīng)變等。而且，流體域和固體域無法單獨(dú)進(jìn)行求解，也無法顯式地消去描述流體運(yùn)動或固體運(yùn)動的獨(dú)立變量。以600MW汽輪機(jī)組主油泵葉輪為例，葉輪在高速旋轉(zhuǎn)過程中，內(nèi)部的潤滑油作為流體，其流動狀態(tài)會對葉輪這個(gè)固體結(jié)構(gòu)產(chǎn)生壓力、摩擦力等作用力，使葉輪發(fā)生變形；而葉輪的變形又會反過來改變潤滑油的流動通道和流場分布，這種相互作用充分體現(xiàn)了流固耦合的特點(diǎn)。根據(jù)耦合機(jī)理的不同，流固耦合問題可大致分為兩大類。第一類問題中，耦合作用僅發(fā)生在兩相交界面上，在方程上的耦合通過兩相耦合面的平衡及協(xié)調(diào)關(guān)系引入，像常見的氣動彈性、水動彈性等問題都屬于這一類。在主油泵葉輪的工作過程中，潤滑油與葉輪表面的相互作用就屬于此類耦合，潤滑油對葉輪表面施加壓力和摩擦力，葉輪表面則對潤滑油的流動產(chǎn)生約束和反作用力，這種相互作用主要發(fā)生在兩者的交界面上。第二類問題的特征是兩相域部分或全部重疊在一起，難以明顯分開，描述物理現(xiàn)象的方程，特別是本構(gòu)方程需要針對具體的物理現(xiàn)象來建立，其耦合效應(yīng)通過描述問題的微分方程體現(xiàn)。不過，在主油泵葉輪的分析中，這類耦合相對較少見，主要還是以第一類耦合為主。流固耦合在眾多領(lǐng)域都有著廣泛的應(yīng)用。在航空航天領(lǐng)域，飛行器的機(jī)翼在飛行過程中會受到氣流的作用而發(fā)生變形，機(jī)翼的變形又會影響氣流的流動，進(jìn)而影響飛行器的空氣動力學(xué)性能。通過流固耦合分析，可以優(yōu)化機(jī)翼的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，提高飛行器的飛行性能和安全性。在船舶與海洋工程中，船體在波浪中的運(yùn)動以及海洋結(jié)構(gòu)物在海流作用下的響應(yīng)等問題，都涉及流固耦合。通過研究流固耦合現(xiàn)象，可以合理設(shè)計(jì)船舶和海洋結(jié)構(gòu)物的結(jié)構(gòu)，提高其在復(fù)雜海洋環(huán)境下的穩(wěn)定性和可靠性。在生物醫(yī)學(xué)工程領(lǐng)域，血液在血管中的流動與血管壁的相互作用，以及心臟瓣膜的運(yùn)動與血液流動的耦合等問題，對于理解人體生理過程和疾病的發(fā)生機(jī)制具有重要意義。通過流固耦合分析，可以為心血管疾病的診斷和治療提供理論支持。在600MW汽輪機(jī)組主油泵葉輪的分析中，流固耦合分析同樣具有重要意義。葉輪在工作時(shí)，不僅受到高速旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的離心力、流體介質(zhì)的壓力以及溫度變化等多種載荷的作用，還受到流固耦合效應(yīng)的影響。忽略流固耦合效應(yīng)，會導(dǎo)致對葉輪的應(yīng)力應(yīng)變分布、變形情況以及疲勞壽命等的分析結(jié)果與實(shí)際情況存在較大偏差，無法準(zhǔn)確評估葉輪的工作性能和可靠性。通過流固耦合分析，可以更全面、準(zhǔn)確地了解葉輪在復(fù)雜工況下的力學(xué)行為，為葉輪的優(yōu)化設(shè)計(jì)、故障診斷和安全運(yùn)行提供科學(xué)依據(jù)。3.2流固耦合控制方程在流固耦合分析中，控制方程是描述流體和固體相互作用的關(guān)鍵數(shù)學(xué)表達(dá)式，它基于基本的物理守恒定律，包括質(zhì)量守恒、動量守恒和能量守恒等。對于600MW汽輪機(jī)組主油泵葉輪的流固耦合分析，準(zhǔn)確理解和運(yùn)用這些控制方程至關(guān)重要。3.2.1流體控制方程連續(xù)性方程是基于質(zhì)量守恒定律建立的，它描述了流體在流動過程中質(zhì)量的守恒關(guān)系。在三維空間中，連續(xù)性方程的一般形式為：\frac{\partial\rho}{\partialt}+\nabla\cdot(\rho\vec{v})=0其中，\rho表示流體的密度，t為時(shí)間，\vec{v}是流體的速度矢量，\nabla\cdot表示散度算子。對于不可壓縮流體，其密度\rho為常數(shù)，此時(shí)連續(xù)性方程可簡化為\nabla\cdot\vec{v}=0，這意味著流體的速度散度為零，即流體在流動過程中沒有質(zhì)量的源或匯。動量方程，也稱為納維-斯托克斯（Navier-Stokes）方程，它是基于牛頓第二定律推導(dǎo)出來的，描述了流體動量的變化與作用在流體上的力之間的關(guān)系。在笛卡爾坐標(biāo)系下，動量方程的分量形式為：\rho\left(\frac{\partialv_i}{\partialt}+\vec{v}\cdot\nablav_i\right)=-\frac{\partialp}{\partialx_i}+\mu\nabla^2v_i+\rhof_i其中，v_i（i=x,y,z）表示速度矢量\vec{v}在x、y、z方向上的分量，p是流體的壓力，\mu為流體的動力粘度，\nabla^2是拉普拉斯算子，f_i表示作用在單位質(zhì)量流體上的體積力在x、y、z方向上的分量。方程左邊表示單位體積流體動量的變化率，右邊第一項(xiàng)是壓力梯度力，第二項(xiàng)是粘性力，第三項(xiàng)是體積力。能量方程基于能量守恒定律，它描述了流體在流動過程中能量的守恒關(guān)系，包括內(nèi)能、動能和勢能等。在考慮熱傳導(dǎo)和粘性耗散的情況下，能量方程的一般形式為：\rho\frac{De}{Dt}=-p\nabla\cdot\vec{v}+\nabla\cdot(k\nablaT)+\Phi其中，e是單位質(zhì)量流體的內(nèi)能，\frac{D}{Dt}是物質(zhì)導(dǎo)數(shù)，表示隨流體微團(tuán)運(yùn)動的時(shí)間變化率，k為流體的熱導(dǎo)率，T是流體的溫度，\Phi是粘性耗散函數(shù)，表示由于粘性作用而產(chǎn)生的機(jī)械能轉(zhuǎn)化為熱能的速率。方程左邊表示單位質(zhì)量流體內(nèi)能的變化率，右邊第一項(xiàng)是壓力做功項(xiàng)，第二項(xiàng)是熱傳導(dǎo)項(xiàng)，第三項(xiàng)是粘性耗散項(xiàng)。在主油泵葉輪的流固耦合分析中，這些流體控制方程用于描述葉輪內(nèi)部潤滑油的流動狀態(tài)。通過求解這些方程，可以得到潤滑油的流速分布、壓力分布以及溫度分布等信息，這些信息對于理解葉輪的工作性能和分析流固耦合效應(yīng)具有重要意義。3.2.2固體控制方程固體控制方程主要基于彈性力學(xué)的基本原理，用于描述固體在受力作用下的力學(xué)行為。在小變形假設(shè)下，固體的控制方程包括平衡方程、幾何方程和本構(gòu)方程。平衡方程描述了固體內(nèi)部各點(diǎn)的受力平衡關(guān)系，在笛卡爾坐標(biāo)系下，平衡方程的分量形式為：\frac{\partial\sigma_{ij}}{\partialx_j}+f_i=0其中，\sigma_{ij}是應(yīng)力張量的分量，i,j=x,y,z，f_i是作用在單位體積固體上的體積力在x、y、z方向上的分量。平衡方程表示固體內(nèi)部各點(diǎn)所受的合力為零，即處于受力平衡狀態(tài)。幾何方程描述了固體的應(yīng)變與位移之間的關(guān)系，對于小變形情況，幾何方程的分量形式為：\varepsilon_{ij}=\frac{1}{2}\left(\frac{\partialu_i}{\partialx_j}+\frac{\partialu_j}{\partialx_i}\right)其中，\varepsilon_{ij}是應(yīng)變張量的分量，u_i（i=x,y,z）是位移矢量在x、y、z方向上的分量。幾何方程建立了固體的變形（應(yīng)變）與位移之間的聯(lián)系，通過位移的偏導(dǎo)數(shù)來計(jì)算應(yīng)變。本構(gòu)方程描述了固體材料的應(yīng)力與應(yīng)變之間的關(guān)系，對于各向同性線性彈性材料，本構(gòu)方程通常采用胡克定律來表示：\sigma_{ij}=\lambda\varepsilon_{kk}\delta_{ij}+2\mu\varepsilon_{ij}其中，\lambda和\mu是拉梅常數(shù)，與材料的彈性模量E和泊松比\nu有關(guān)，\lambda=\frac{E\nu}{(1+\nu)(1-2\nu)}，\mu=\frac{E}{2(1+\nu)}；\varepsilon_{kk}=\varepsilon_{xx}+\varepsilon_{yy}+\varepsilon_{zz}是體積應(yīng)變，\delta_{ij}是克羅內(nèi)克符號，當(dāng)i=j時(shí)，\delta_{ij}=1，當(dāng)i\neqj時(shí)，\delta_{ij}=0。本構(gòu)方程反映了材料的力學(xué)性質(zhì)，不同的材料具有不同的本構(gòu)關(guān)系。在主油泵葉輪的分析中，這些固體控制方程用于計(jì)算葉輪在各種載荷作用下的應(yīng)力、應(yīng)變和位移分布。通過求解這些方程，可以評估葉輪的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和可靠性，為葉輪的設(shè)計(jì)和優(yōu)化提供理論依據(jù)。3.2.3耦合交界面的守恒方程在流固耦合問題中，流體域和固體域之間的相互作用通過耦合交界面來實(shí)現(xiàn)。在耦合交界面上，需要滿足一定的守恒條件，以確保物理量的連續(xù)性和守恒性。力的平衡條件是耦合交界面上的重要守恒條件之一，它要求在交界面上，流體對固體的作用力與固體對流體的反作用力大小相等、方向相反。即：\vec{\sigma}_s\cdot\vec{n}=-\vec{\sigma}_f\cdot\vec{n}其中，\vec{\sigma}_s和\vec{\sigma}_f分別是固體和流體在交界面上的應(yīng)力矢量，\vec{n}是交界面的單位法向量。力的平衡條件保證了在交界面上力的傳遞是連續(xù)的，不會出現(xiàn)力的突變。位移協(xié)調(diào)條件也是耦合交界面上的關(guān)鍵條件，它要求在交界面上，固體和流體的位移在法向方向上相等。即：\vec{u}_s\cdot\vec{n}=\vec{u}_f\cdot\vec{n}其中，\vec{u}_s和\vec{u}_f分別是固體和流體在交界面上的位移矢量。位移協(xié)調(diào)條件確保了在交界面上固體和流體的變形是協(xié)調(diào)的，不會出現(xiàn)分離或重疊的情況。在一些涉及熱傳遞的流固耦合問題中，還需要滿足熱流量守恒條件，即在交界面上，流體和固體之間的熱流量相等。即：-k_s\frac{\partialT_s}{\partialn}=-k_f\frac{\partialT_f}{\partialn}其中，k_s和k_f分別是固體和流體的熱導(dǎo)率，T_s和T_f分別是固體和流體在交界面上的溫度，\frac{\partial}{\partialn}表示沿交界面法向方向的偏導(dǎo)數(shù)。熱流量守恒條件保證了在交界面上熱量的傳遞是連續(xù)的，不會出現(xiàn)熱量的積聚或散失。這些耦合交界面的守恒方程在流固耦合分析中起著至關(guān)重要的作用，它們將流體控制方程和固體控制方程聯(lián)系起來，使得可以同時(shí)求解流體和固體的行為，從而準(zhǔn)確地模擬流固耦合現(xiàn)象。在主油泵葉輪的流固耦合分析中，通過滿足這些守恒方程，可以確保在葉輪表面（流固耦合交界面）上，潤滑油的流動與葉輪的結(jié)構(gòu)變形之間的相互作用得到正確的描述，進(jìn)而提高分析結(jié)果的準(zhǔn)確性和可靠性。3.3流固耦合求解方法在600MW汽輪機(jī)組主油泵葉輪流固耦合分析中，求解方法的選擇至關(guān)重要，它直接影響到分析結(jié)果的準(zhǔn)確性和計(jì)算效率。目前，常用的流固耦合求解方法主要有直接解法和分離解法，這兩種方法各有其特點(diǎn)和適用范圍。3.3.1直接解法直接解法是一種將流場和結(jié)構(gòu)場的控制方程耦合到同一方程矩陣中進(jìn)行求解的方法，即在同一求解器中同時(shí)求解流固控制方程。這種方法的原理基于流固耦合的基本理論，通過將描述流體運(yùn)動的Navier-Stokes方程和描述固體運(yùn)動的彈性力學(xué)方程進(jìn)行耦合，形成一個(gè)統(tǒng)一的方程組。在求解過程中，同時(shí)考慮流體和固體的相互作用，對整個(gè)流固耦合系統(tǒng)進(jìn)行一次性求解。直接解法的優(yōu)點(diǎn)在于其理論上的先進(jìn)性，它能夠精確地模擬流固耦合過程中流體和固體之間的強(qiáng)相互作用，對于一些需要考慮大固體變形、生物隔膜運(yùn)動等復(fù)雜情況的問題，具有較好的適用性。在模擬生物心臟中血液流動與心肌組織的相互作用時(shí)，直接解法能夠準(zhǔn)確地捕捉到血液對心肌的作用力以及心肌變形對血液流動的影響，為生物醫(yī)學(xué)研究提供了有力的工具。然而，直接解法在實(shí)際應(yīng)用中也面臨著諸多挑戰(zhàn)。由于需要同時(shí)求解流場和結(jié)構(gòu)場的控制方程，方程的規(guī)模和復(fù)雜度大幅增加，這對計(jì)算資源的要求極高。在求解過程中，需要處理大規(guī)模的矩陣運(yùn)算，計(jì)算量巨大，導(dǎo)致計(jì)算時(shí)間長，對計(jì)算機(jī)的內(nèi)存和計(jì)算速度都提出了很高的要求。而且，直接解法很難將現(xiàn)有的計(jì)算流體動力學(xué)（CFD）和計(jì)算固體力學(xué)（CSM）技術(shù)真正結(jié)合到一起，這限制了其在實(shí)際工程中的應(yīng)用。由于流固耦合問題的復(fù)雜性，同步求解的收斂難度較大，容易出現(xiàn)計(jì)算不收斂的情況，使得計(jì)算結(jié)果的可靠性難以保證。目前，直接解法主要應(yīng)用于模擬分析熱－結(jié)構(gòu)耦合和電磁－結(jié)構(gòu)耦合等相對簡單的問題中。在一些熱交換器的熱應(yīng)力分析中，通過直接解法可以同時(shí)考慮流體的熱傳遞和固體結(jié)構(gòu)的熱變形，得到較為準(zhǔn)確的結(jié)果。但對于流體－結(jié)構(gòu)耦合問題，由于其復(fù)雜性更高，直接解法還難以應(yīng)用在實(shí)際工程問題中，仍處于研究探索階段。3.3.2分離解法分離解法是目前應(yīng)用較為廣泛的一種流固耦合求解方法，它通過分別求解流體和固體的控制方程，然后通過流固耦合交界面進(jìn)行數(shù)據(jù)傳遞，實(shí)現(xiàn)流固耦合的模擬。在分離解法中，首先利用CFD軟件求解流體控制方程，得到流體的流速、壓力等參數(shù)；然后將這些參數(shù)作為載荷施加到固體結(jié)構(gòu)上，利用CSM軟件求解固體控制方程，得到固體的位移、應(yīng)力等響應(yīng)；最后將固體的位移等結(jié)果反饋到流體域，更新流體的邊界條件，進(jìn)行下一輪迭代計(jì)算，直到滿足收斂條件。分離解法的優(yōu)點(diǎn)在于它對計(jì)算機(jī)性能的需求相對較低，計(jì)算過程相對簡單，易于實(shí)現(xiàn)。由于是分別求解流體和固體的控制方程，可以充分利用現(xiàn)有的CFD和CSM軟件，不需要對求解器進(jìn)行大規(guī)模的修改和整合。而且，分離解法的收斂性相對較好，計(jì)算結(jié)果的可靠性較高，能夠有效地解決實(shí)際的大規(guī)模工程問題。目前，市場上的大多數(shù)商業(yè)軟件，如ANSYS、ABAQUS等，在流固耦合分析中基本都采用分離解法。在分離解法中，數(shù)據(jù)傳遞是一個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)。流固耦合交界面處的數(shù)據(jù)傳遞方式有單向傳遞和雙向傳遞兩種。單向傳遞是指將CFD分析計(jì)算的結(jié)果，如壓力、溫度和對流載荷等，傳遞給固體結(jié)構(gòu)分析，而不考慮固體結(jié)構(gòu)分析結(jié)果對流體分析的影響。這種方式適用于固體變形對流體流動影響較小的情況，如熱交換器的熱應(yīng)力分析、閥門在不同開度下的應(yīng)力分析等。雙向傳遞則是既有流體分析結(jié)果傳遞給固體結(jié)構(gòu)分析，又有固體結(jié)構(gòu)分析的結(jié)果，如位移、速度和加速度等，反向傳遞給流體分析。雙向傳遞適用于流體和固體介質(zhì)密度比相差不大或者高速、高壓下，固體變形非常明顯以及其對流體的流動造成顯著影響的情況，如擋板在水流中的振動分析、血管壁和血液流動的耦合分析等。為了確保數(shù)據(jù)傳遞的準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性，在傳遞過程中通常需要進(jìn)行插值運(yùn)算，尤其是在流固網(wǎng)格不對應(yīng)的情況下。多場求解器提供了多種插值方式，如profilepreserving插值法和globallyconservative插值法等，以滿足不同的計(jì)算需求。profilepreserving插值法是將數(shù)據(jù)接收端的所有節(jié)點(diǎn)映射到數(shù)據(jù)發(fā)射端的相應(yīng)單元上，要傳遞的參數(shù)數(shù)據(jù)在發(fā)射端單元的映射點(diǎn)完成插值后，傳遞給接收端，是一種主動問詢式傳遞；globallyconservative插值法則是首先把發(fā)射端的節(jié)點(diǎn)一一映射到接收端單元上，然后把要傳遞的參數(shù)數(shù)據(jù)按比例切分到各個(gè)節(jié)點(diǎn)上，對接受端而言，屬于被動式傳遞方式。通過合理選擇插值方式和設(shè)置傳遞參數(shù)，可以有效地提高數(shù)據(jù)傳遞的精度和效率，從而提高流固耦合分析的準(zhǔn)確性。3.4常用流固耦合分析軟件在600MW汽輪機(jī)組主油泵葉輪流固耦合分析中，選擇合適的分析軟件至關(guān)重要。目前，市場上存在多種流固耦合分析軟件，其中ANSYS軟件以其強(qiáng)大的功能、廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域和豐富的模塊，成為眾多研究者和工程師的首選。ANSYS軟件是一款大型通用有限元分析軟件，在流固耦合分析領(lǐng)域具有卓越的性能。它擁有多個(gè)功能強(qiáng)大的模塊，如CFX、FLUENT、Mechanical等，這些模塊相互配合，能夠全面地處理流固耦合問題。CFX和FLUENT是ANSYS軟件中專門用于計(jì)算流體動力學(xué)（CFD）分析的模塊。CFX采用有限體積法，具有高效的求解器和強(qiáng)大的并行計(jì)算能力，能夠精確地模擬各種復(fù)雜的流體流動現(xiàn)象，如湍流、多相流等。FLUENT則以其豐富的物理模型和靈活的求解算法而著稱，能夠處理包括可壓縮流、不可壓縮流、熱傳導(dǎo)等多種物理過程，適用于各種復(fù)雜的流體流動問題。在主油泵葉輪的流固耦合分析中，CFX和FLUENT可以精確地模擬葉輪內(nèi)部潤滑油的流動狀態(tài)，獲取流體的流速、壓力、溫度等參數(shù)，為后續(xù)的結(jié)構(gòu)分析提供準(zhǔn)確的載荷數(shù)據(jù)。Mechanical模塊是ANSYS軟件中用于結(jié)構(gòu)力學(xué)分析的核心模塊，它基于有限元法，能夠?qū)Ω鞣N復(fù)雜的固體結(jié)構(gòu)進(jìn)行精確的力學(xué)分析。在主油泵葉輪的結(jié)構(gòu)分析中，Mechanical模塊可以準(zhǔn)確地計(jì)算葉輪在各種載荷作用下的應(yīng)力、應(yīng)變和位移分布，評估葉輪的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和可靠性。通過定義葉輪的材料屬性、幾何模型和邊界條件，Mechanical模塊可以模擬葉輪在高速旋轉(zhuǎn)、流體壓力、溫度變化等多種工況下的力學(xué)響應(yīng)，為葉輪的設(shè)計(jì)和優(yōu)化提供重要的理論依據(jù)。SystemCoupling模塊是ANSYS軟件中實(shí)現(xiàn)流固耦合分析的關(guān)鍵模塊，它負(fù)責(zé)在CFD模塊和結(jié)構(gòu)力學(xué)模塊之間進(jìn)行數(shù)據(jù)傳遞和耦合求解。在主油泵葉輪的流固耦合分析中，SystemCoupling模塊首先將CFX或FLUENT計(jì)算得到的流體壓力、流速等數(shù)據(jù)傳遞給Mechanical模塊，作為結(jié)構(gòu)分析的載荷；然后將Mechanical模塊計(jì)算得到的葉輪位移、應(yīng)力等數(shù)據(jù)反饋給CFX或FLUENT，更新流體的邊界條件。通過這種雙向的數(shù)據(jù)傳遞和迭代計(jì)算，實(shí)現(xiàn)流固耦合的模擬，準(zhǔn)確地預(yù)測葉輪在流固耦合作用下的力學(xué)行為。使用ANSYS軟件進(jìn)行流固耦合分析時(shí)，通常遵循一定的流程。需要對600MW汽輪機(jī)組主油泵葉輪進(jìn)行建模，包括建立葉輪的幾何模型和劃分網(wǎng)格。在建立幾何模型時(shí)，應(yīng)根據(jù)葉輪的實(shí)際尺寸和形狀，使用專業(yè)的建模軟件，如ANSYSDesignModeler，精確地創(chuàng)建葉輪的三維模型。在劃分網(wǎng)格時(shí)，應(yīng)根據(jù)分析的精度要求和計(jì)算資源的限制，合理地選擇網(wǎng)格類型和尺寸。對于流場分析，通常采用四面體網(wǎng)格或六面體網(wǎng)格，以準(zhǔn)確地捕捉流體的流動特性；對于結(jié)構(gòu)分析，通常采用四面體網(wǎng)格或六面體網(wǎng)格，以提高計(jì)算精度和效率。在劃分網(wǎng)格時(shí)，還應(yīng)注意網(wǎng)格的質(zhì)量，避免出現(xiàn)網(wǎng)格畸變、重疊等問題，影響計(jì)算結(jié)果的準(zhǔn)確性。完成建模后，需要設(shè)置邊界條件和載荷。在流場分析中，應(yīng)根據(jù)主油泵葉輪的實(shí)際工作條件，設(shè)置進(jìn)口邊界條件、出口邊界條件、壁面邊界條件等。進(jìn)口邊界條件通常設(shè)置為速度入口或質(zhì)量流量入口，出口邊界條件通常設(shè)置為壓力出口或自由出流，壁面邊界條件通常設(shè)置為無滑移邊界條件。在結(jié)構(gòu)分析中，應(yīng)根據(jù)葉輪的實(shí)際安裝方式和受力情況，設(shè)置固定約束、位移約束、力載荷、壓力載荷等。對于與主軸連接的部位，應(yīng)設(shè)置固定約束，限制葉輪的位移和轉(zhuǎn)動；對于受到流體壓力作用的部位，應(yīng)施加相應(yīng)的壓力載荷。設(shè)置好邊界條件和載荷后，即可進(jìn)行求解計(jì)算。在求解過程中，應(yīng)根據(jù)分析的要求和計(jì)算資源的限制，合理地選擇求解器和求解參數(shù)。對于流場分析，通常選擇CFX或FLUENT求解器，并根據(jù)流體的特性和流動狀態(tài)，設(shè)置合適的求解參數(shù)，如湍流模型、收斂精度等。對于結(jié)構(gòu)分析，通常選擇Mechanical求解器，并根據(jù)葉輪的材料屬性和受力情況，設(shè)置合適的求解參數(shù)，如線性或非線性分析、求解時(shí)間步長等。在求解過程中，應(yīng)密切關(guān)注計(jì)算的收斂情況，及時(shí)調(diào)整求解參數(shù)，確保計(jì)算的順利進(jìn)行。求解完成后，需要對計(jì)算結(jié)果進(jìn)行后處理和分析。ANSYS軟件提供了豐富的后處理功能，如云圖顯示、曲線繪制、數(shù)據(jù)提取等，能夠直觀地展示葉輪的應(yīng)力、應(yīng)變、位移、流速、壓力等參數(shù)的分布情況。通過對計(jì)算結(jié)果的分析，可以評估葉輪的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和可靠性，找出潛在的安全隱患和優(yōu)化空間，為葉輪的設(shè)計(jì)和改進(jìn)提供依據(jù)。可以通過查看應(yīng)力云圖，找出葉輪中應(yīng)力集中的區(qū)域，分析應(yīng)力集中的原因，并提出相應(yīng)的改進(jìn)措施；通過查看位移云圖，了解葉輪在流固耦合作用下的變形情況，評估變形對葉輪性能的影響，并提出相應(yīng)的優(yōu)化方案。四、600MW汽輪機(jī)組主油泵葉輪流場分析4.1建立流場計(jì)算模型為深入探究600MW汽輪機(jī)組主油泵葉輪內(nèi)部的流場特性，首先利用專業(yè)的三維建模軟件，如SolidWorks，依據(jù)主油泵葉輪的實(shí)際尺寸和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，構(gòu)建精確的葉輪流道幾何模型。在建模過程中，對葉輪的葉片形狀、進(jìn)出口直徑、輪轂直徑等關(guān)鍵尺寸進(jìn)行嚴(yán)格把控，確保模型的準(zhǔn)確性。同時(shí)，對葉輪的表面質(zhì)量進(jìn)行優(yōu)化，減少模型表面的瑕疵和不連續(xù)處，以提高后續(xù)計(jì)算的精度。完成幾何模型構(gòu)建后，將其導(dǎo)入到專業(yè)的CFD軟件ANSYSICEMCFD中進(jìn)行網(wǎng)格劃分。網(wǎng)格劃分是流場計(jì)算的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，其質(zhì)量直接影響計(jì)算結(jié)果的準(zhǔn)確性和計(jì)算效率。在劃分網(wǎng)格時(shí)，充分考慮葉輪流道的復(fù)雜幾何形狀和流動特性，采用結(jié)構(gòu)化與非結(jié)構(gòu)化相結(jié)合的網(wǎng)格劃分策略。對于流道中的復(fù)雜區(qū)域，如葉片表面和進(jìn)出口附近，采用非結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格進(jìn)行局部加密，以更準(zhǔn)確地捕捉流體的流動細(xì)節(jié)；對于流道的主體部分，采用結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格，以提高計(jì)算效率。在葉片表面，將網(wǎng)格尺寸設(shè)置為0.5mm，以確保能夠準(zhǔn)確捕捉邊界層內(nèi)的流動信息；在進(jìn)出口附近，將網(wǎng)格尺寸設(shè)置為1mm，以保證對進(jìn)出口處的流動變化有足夠的分辨率；在流道主體部分，將網(wǎng)格尺寸設(shè)置為2mm，以平衡計(jì)算精度和計(jì)算成本。在網(wǎng)格劃分過程中，嚴(yán)格控制網(wǎng)格質(zhì)量，確保網(wǎng)格的正交性、縱橫比和翹曲度等指標(biāo)滿足計(jì)算要求。通過檢查網(wǎng)格質(zhì)量統(tǒng)計(jì)信息，對質(zhì)量較差的網(wǎng)格進(jìn)行手動調(diào)整和優(yōu)化，如合并小網(wǎng)格、刪除重疊網(wǎng)格、調(diào)整網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)位置等，以提高網(wǎng)格的整體質(zhì)量。同時(shí)，利用網(wǎng)格加密技術(shù)，對關(guān)鍵區(qū)域進(jìn)行局部加密，進(jìn)一步提高計(jì)算精度。在葉片表面和進(jìn)出口附近，進(jìn)行2-3次網(wǎng)格加密，以確保對這些區(qū)域的流動特性有更準(zhǔn)確的描述。經(jīng)過精細(xì)的網(wǎng)格劃分，最終得到了高質(zhì)量的葉輪流道網(wǎng)格模型。該模型包含約[X]萬個(gè)網(wǎng)格單元，能夠準(zhǔn)確地模擬主油泵葉輪內(nèi)部的流場特性。通過對網(wǎng)格模型進(jìn)行可視化檢查，確保網(wǎng)格分布合理，無明顯的網(wǎng)格缺陷和異常。利用CFD軟件的網(wǎng)格質(zhì)量評估工具，對網(wǎng)格模型進(jìn)行全面評估，各項(xiàng)質(zhì)量指標(biāo)均滿足計(jì)算要求，為后續(xù)的流場計(jì)算提供了可靠的基礎(chǔ)。4.2設(shè)定邊界條件和求解參數(shù)在完成流場計(jì)算模型的建立后，需為模型設(shè)定合理的邊界條件和求解參數(shù)，以確保流場分析的準(zhǔn)確性和可靠性。對于主油泵葉輪的流場分析，邊界條件的設(shè)定至關(guān)重要。在入口邊界，根據(jù)主油泵的實(shí)際工作情況，采用速度入口邊界條件，將入口速度設(shè)定為[具體數(shù)值]m/s。這一速度值是通過對主油泵的流量和入口截面積進(jìn)行精確計(jì)算得出的，能夠準(zhǔn)確反映實(shí)際工況下潤滑油進(jìn)入葉輪的速度。通過設(shè)置合理的入口速度，可確保模擬的流場與實(shí)際情況相符，為后續(xù)的分析提供可靠的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。出口邊界采用壓力出口邊界條件，出口壓力設(shè)定為[具體數(shù)值]MPa。該壓力值是根據(jù)主油泵出口處的實(shí)際壓力測量值以及系統(tǒng)的壓力要求確定的。在實(shí)際運(yùn)行中，主油泵出口壓力需要滿足一定的范圍，以保證潤滑油能夠順利輸送到機(jī)組的各個(gè)潤滑點(diǎn)。將出口壓力設(shè)定為[具體數(shù)值]MPa，能夠模擬實(shí)際工況下潤滑油從葉輪流出后的壓力狀態(tài)，準(zhǔn)確反映葉輪出口處的流動特性。在壁面邊界條件方面，考慮到潤滑油與葉輪壁面之間的相對運(yùn)動，采用無滑移邊界條件。這意味著在葉輪壁面處，潤滑油的流速與壁面的速度相同，即潤滑油在壁面處的切向速度為零。無滑移邊界條件能夠準(zhǔn)確模擬潤滑油與葉輪壁面之間的相互作用，考慮到了壁面摩擦力對流體流動的影響，使模擬結(jié)果更加接近實(shí)際情況。在求解參數(shù)的選擇上，湍流模型的選擇至關(guān)重要。經(jīng)過對多種湍流模型的對比分析，最終選用標(biāo)準(zhǔn)k-ε湍流模型。該模型在工程計(jì)算中應(yīng)用廣泛，具有計(jì)算效率高、精度滿足工程要求的優(yōu)點(diǎn)。標(biāo)準(zhǔn)k-ε湍流模型通過求解湍動能k和湍動耗散率ε的輸運(yùn)方程，能夠較好地模擬湍流流動中的能量傳遞和耗散過程，準(zhǔn)確預(yù)測主油泵葉輪內(nèi)部的湍流特性。在求解器的選擇上，采用基于壓力的分離求解器。這種求解器適用于不可壓縮流體的流動計(jì)算，能夠有效地處理主油泵葉輪內(nèi)部潤滑油的流動問題?；趬毫Φ姆蛛x求解器通過將壓力和速度的求解過程分開，采用迭代的方法逐步求解流場中的壓力和速度分布，具有計(jì)算穩(wěn)定、收斂速度快的特點(diǎn)。在求解過程中，設(shè)置合適的松弛因子，以控制迭代過程的收斂速度和穩(wěn)定性。松弛因子的取值范圍通常在0.5-1.0之間，通過多次試算，最終確定松弛因子的值為[具體數(shù)值]，以確保求解過程的高效性和穩(wěn)定性。設(shè)置收斂準(zhǔn)則，以判斷計(jì)算結(jié)果是否收斂。在流場分析中，通常將連續(xù)性方程、動量方程和能量方程的殘差設(shè)定為10^-5作為收斂準(zhǔn)則。當(dāng)計(jì)算過程中各方程的殘差小于設(shè)定的收斂準(zhǔn)則時(shí)，認(rèn)為計(jì)算結(jié)果已經(jīng)收斂，此時(shí)得到的流場參數(shù)分布是可靠的。通過嚴(yán)格控制收斂準(zhǔn)則，能夠確保計(jì)算結(jié)果的準(zhǔn)確性和可靠性，為后續(xù)的分析提供可靠的數(shù)據(jù)支持。4.3流場分析結(jié)果與討論4.3.1速度分布通過數(shù)值模擬，得到了主油泵葉輪在額定工況下的內(nèi)部速度矢量圖和流線圖，如圖1和圖2所示。從速度矢量圖中可以清晰地看出，潤滑油在葉輪進(jìn)口處的速度相對較低，隨著葉輪的旋轉(zhuǎn)，在離心力的作用下，潤滑油沿著葉片表面向葉輪出口流動，速度逐漸增大。在葉輪出口處，潤滑油的速度達(dá)到最大值，這是因?yàn)槿~輪出口處的半徑較大，離心力也較大，使得潤滑油獲得了更大的動能。在葉片表面附近，由于粘性力的作用，潤滑油的速度存在明顯的梯度，靠近葉片表面的潤滑油速度較低，而遠(yuǎn)離葉片表面的潤滑油速度較高。這種速度梯度會導(dǎo)致葉片表面受到粘性摩擦力的作用，對葉片的受力和磨損情況產(chǎn)生影響。在葉片的進(jìn)口和出口部位，速度矢量的方向發(fā)生了明顯的變化，這表明在這些部位潤滑油的流動方向發(fā)生了改變，容易產(chǎn)生流動分離和渦流現(xiàn)象，增加了能量損失。流線圖則更直觀地展示了潤滑油在葉輪內(nèi)部的流動軌跡?？梢钥吹?，潤滑油從葉輪進(jìn)口進(jìn)入后，沿著葉片表面形成了較為規(guī)則的流線，這些流線大致呈螺旋狀向葉輪出口延伸。在葉輪的中心區(qū)域，流線相對較為稀疏，說明該區(qū)域的流速較低；而在葉輪的邊緣區(qū)域，流線較為密集，流速較高。這與速度矢量圖的分析結(jié)果一致。在葉片之間的流道中，流線的分布也不均勻。靠近葉片壓力面的流線相對較為密集，流速較高；而靠近葉片吸力面的流線相對較為稀疏，流速較低。這是因?yàn)樵谌~片的壓力面，受到離心力和葉片的作用，潤滑油的壓力較高，流速也相應(yīng)較高；而在葉片的吸力面，壓力較低，流速也較低。這種流速的差異會導(dǎo)致葉片兩側(cè)受到的壓力不均勻，從而產(chǎn)生一個(gè)作用在葉片上的橫向力，對葉片的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和穩(wěn)定性提出了挑戰(zhàn)。速度分布對葉輪性能有著重要的影響。合理的速度分布能夠提高葉輪的水力效率，減少能量損失。如果葉輪內(nèi)部的速度分布不均勻，會導(dǎo)致流動阻力增加，能量損失增大，從而降低葉輪的效率。在葉片表面附近的速度梯度較大，會增加粘性摩擦力，導(dǎo)致能量損失增加；而在葉片進(jìn)口和出口處的流動分離和渦流現(xiàn)象，也會消耗大量的能量。速度分布還會影響葉輪的汽蝕性能。當(dāng)葉輪內(nèi)部的局部流速過高時(shí)，會導(dǎo)致壓力降低，如果壓力降低到潤滑油的汽化壓力以下，就會發(fā)生汽蝕現(xiàn)象。汽蝕會對葉輪表面造成損壞，降低葉輪的使用壽命。因此，在設(shè)計(jì)葉輪時(shí)，需要合理控制速度分布，避免出現(xiàn)過高的流速，以提高葉輪的汽蝕性能。4.3.2壓力分布主油泵葉輪在額定工況下的壓力云圖如圖3所示。從壓力云圖中可以看出，葉輪進(jìn)口處的壓力較低，隨著潤滑油向葉輪出口流動，壓力逐漸升高。在葉輪出口處，壓力達(dá)到最大值，這是由于葉輪的旋轉(zhuǎn)和離心力的作用，使得潤滑油的動能轉(zhuǎn)化為壓力能。在葉片表面，壓力分布呈現(xiàn)出明顯的不均勻性。葉片的壓力面壓力較高，吸力面壓力較低。這是因?yàn)樵谌~片的壓力面，潤滑油受到離心力和葉片的阻擋作用，速度降低，壓力升高；而在葉片的吸力面，潤滑油的流速較高，壓力降低。這種壓力差會產(chǎn)生一個(gè)作用在葉片上的升力，對葉片的受力情況產(chǎn)生重要影響。在葉片的進(jìn)口和出口部位，壓力變化較為劇烈。在葉片進(jìn)口處，由于潤滑油的流速突然增加，壓力會急劇下降，容易出現(xiàn)低壓區(qū)。如果低壓區(qū)的壓力低于潤滑油的汽化壓力，就會發(fā)生汽蝕現(xiàn)象。在葉片出口處，由于潤滑油的流速突然降低，壓力會急劇升高，容易出現(xiàn)高壓區(qū)。高壓區(qū)的存在會增加葉片的受力，對葉片的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度提出了更高的要求。在葉輪的輪轂和輪緣部位，壓力分布也存在一定的差異。輪轂部位的壓力相對較低，輪緣部位的壓力相對較高。這是因?yàn)樵谳嗇灢课唬瑵櫥偷牧魉佥^低，離心力較?。欢谳喚壊课?，潤滑油的流速較高，離心力較大。這種壓力差異會導(dǎo)致葉輪在徑向方向上受到一個(gè)不均勻的力，對葉輪的平衡和穩(wěn)定性產(chǎn)生影響。壓力分布對葉片的作用力主要包括兩個(gè)方面：一是壓力差產(chǎn)生的升力，二是壓力對葉片表面的正壓力。升力會使葉片產(chǎn)生彎曲變形，長期作用下可能導(dǎo)致葉片疲勞損壞；正壓力則會使葉片受到擠壓作用，影響葉片的強(qiáng)度和穩(wěn)定性。如果葉片表面的壓力分布不均勻，會導(dǎo)致葉片局部受力過大，容易出現(xiàn)應(yīng)力集中現(xiàn)象，降低葉片的使用壽命。壓力分布還會影響葉輪的密封性能。如果葉輪與外殼之間的間隙處壓力分布不均勻，會導(dǎo)致潤滑油泄漏，降低葉輪的工作效率。因此，在設(shè)計(jì)葉輪時(shí)，需要合理控制壓力分布，確保葉輪的密封性能良好。4.3.3湍動能分布主油泵葉輪在額定工況下的湍動能分布云圖如圖4所示。從湍動能分布云圖中可以看出，葉輪內(nèi)部的湍動能分布呈現(xiàn)出明顯的不均勻性。在葉輪進(jìn)口和出口部位，湍動能較高，這是因?yàn)樵谶@些部位潤滑油的流速變化較大，流動較為劇烈，容易產(chǎn)生湍流。在葉片表面附近，湍動能也相對較高。這是由于葉片表面的粗糙度以及粘性力的作用，使得潤滑油在葉片表面附近的流動變得不穩(wěn)定，容易產(chǎn)生湍流。而在葉輪的中心區(qū)域，湍動能較低，這是因?yàn)樵搮^(qū)域的流速較低，流動相對較為平穩(wěn)。在葉片之間的流道中，湍動能的分布也不均勻?？拷~片壓力面的區(qū)域湍動能相對較低，而靠近葉片吸力面的區(qū)域湍動能相對較高。這是因?yàn)樵谌~片壓力面，潤滑油的流速較低，流動較為穩(wěn)定；而在葉片吸力面，潤滑油的流速較高，且存在一定的流動分離現(xiàn)象，容易產(chǎn)生湍流。湍動能對流動穩(wěn)定性有著重要的影響。較高的湍動能會使流動變得不穩(wěn)定，增加流動阻力和能量損失。當(dāng)湍動能過高時(shí)，會導(dǎo)致流體的流線變得紊亂，出現(xiàn)渦流和漩渦等現(xiàn)象，這些現(xiàn)象會消耗大量的能量，降低葉輪的效率。湍動能還會影響流體的混合和傳熱性能，對葉輪的工作性能產(chǎn)生間接影響。在葉輪的進(jìn)口和出口部位，由于湍動能較高，流動不穩(wěn)定，容易導(dǎo)致能量損失增加。在葉片表面附近，較高的湍動能會加劇葉片表面的磨損，降低葉片的使用壽命。而在葉輪的中心區(qū)域，由于湍動能較低，流動相對穩(wěn)定，能量損失較小。為了降低湍動能對葉輪性能的不利影響，可以采取一些措施，如優(yōu)化葉輪的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，減小葉片表面的粗糙度，改善進(jìn)口和出口的流動條件等。通過優(yōu)化葉片的形狀和角度，可以使?jié)櫥驮谌~輪內(nèi)的流動更加順暢，減少流速的變化，從而降低湍動能的產(chǎn)生。減小葉片表面的粗糙度，可以降低粘性力的作用，減少湍流的發(fā)生。改善進(jìn)口和出口的流動條件，如采用合理的進(jìn)口導(dǎo)流裝置和出口擴(kuò)壓器等，可以使?jié)櫥驮谶M(jìn)出口處的流動更加平穩(wěn)，降低湍動能。五、600MW汽輪機(jī)組主油泵葉輪結(jié)構(gòu)分析5.1建立結(jié)構(gòu)分析模型在完成流場分析后，將主油泵葉輪的三維模型從建模軟件導(dǎo)入專業(yè)的結(jié)構(gòu)分析軟件ANSYSMechanical中，為后續(xù)的結(jié)構(gòu)分析奠定基礎(chǔ)。導(dǎo)入過程中，確保模型的完整性和準(zhǔn)確性，避免出現(xiàn)模型丟失或變形等問題。在ANSYSMechanical中，對葉輪模型進(jìn)行材料屬性定義。根據(jù)主油泵葉輪的實(shí)際材料，如常用的2Cr13合金鋼，設(shè)置其材料屬性參數(shù)。彈性模量設(shè)定為200GPa，這一數(shù)值反映了材料抵抗彈性變形的能力，決定了葉輪在受力時(shí)的變形程度。泊松比設(shè)置為0.3，它描述了材料在橫向應(yīng)變與縱向應(yīng)變之間的關(guān)系，對葉輪的應(yīng)力分布和變形形態(tài)有重要影響。密度設(shè)為7750kg/m3，該參數(shù)用于計(jì)算葉輪在旋轉(zhuǎn)過程中產(chǎn)生的慣性力，直接關(guān)系到葉輪的動力學(xué)性能。屈服強(qiáng)度定義為440MPa，它是衡量材料開始產(chǎn)生塑性變形時(shí)的應(yīng)力值，對于評估葉輪在工作過程中是否會發(fā)生塑性變形具有重要意義。完成材料屬性定義后，對葉輪模型進(jìn)行網(wǎng)格劃分?？紤]到葉輪結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性，尤其是葉片部分的復(fù)雜形狀，采用四面體網(wǎng)格進(jìn)行劃分。四面體網(wǎng)格具有良好的適應(yīng)性，能夠較好地貼合葉輪的復(fù)雜幾何形狀，準(zhǔn)確地模擬葉輪的力學(xué)行為。在劃分網(wǎng)格時(shí)，運(yùn)用智能網(wǎng)格劃分功能，該功能能夠根據(jù)模型的幾何特征和曲率變化，自動調(diào)整網(wǎng)格的密度和尺寸，提高網(wǎng)格劃分的效率和質(zhì)量。同時(shí)，對葉片等關(guān)鍵部位進(jìn)行局部加密處理，進(jìn)一步細(xì)化網(wǎng)格。在葉片表面，將網(wǎng)格尺寸設(shè)置為1mm，以確保能夠準(zhǔn)確捕捉葉片在受力時(shí)的應(yīng)力應(yīng)變分布情況；在輪轂和輪緣等部位，根據(jù)受力情況和分析精度要求，合理調(diào)整網(wǎng)格尺寸，在保證計(jì)算精度的前提下，控制計(jì)算成本。經(jīng)過精細(xì)的網(wǎng)格劃分，最終得到了高質(zhì)量的葉輪結(jié)構(gòu)網(wǎng)格模型。該模型包含約[X]萬個(gè)單元，節(jié)點(diǎn)數(shù)量達(dá)到[X]萬個(gè)，能夠準(zhǔn)確地模擬主油泵葉輪在各種載荷作用下的力學(xué)響應(yīng)。通過對網(wǎng)格模型進(jìn)行可視化檢查，確保網(wǎng)格分布均勻、合理，無明顯的網(wǎng)格缺陷和異常。利用ANSYSMechanical提供的網(wǎng)格質(zhì)量評估工具，對網(wǎng)格模型進(jìn)行全面評估，各項(xiàng)質(zhì)量指標(biāo)均滿足計(jì)算要求，為后續(xù)的結(jié)構(gòu)分析提供了可靠的基礎(chǔ)。5.2載荷與邊界條件設(shè)定在對600MW汽輪機(jī)組主油泵葉輪進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析時(shí)，準(zhǔn)確設(shè)定載荷與邊界條件是確保分析結(jié)果可靠性的關(guān)鍵步驟，其對模擬葉輪在實(shí)際工況下的力學(xué)行為具有重要意義。在載荷設(shè)定方面，葉輪所受的離心力是一個(gè)重要的載荷來源。由于主油泵葉輪與汽輪機(jī)主軸同步高速旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)速通常為3000rpm，在如此高的轉(zhuǎn)速下，葉輪會產(chǎn)生巨大的離心力。根據(jù)離心力的計(jì)算公式F=m\omega^2r（其中F為離心力，m為葉輪質(zhì)量，\omega為角速度，r為葉輪半徑），可以精確計(jì)算出離心力的大小。在計(jì)算過程中，首先需要準(zhǔn)確獲取葉輪的質(zhì)量分布和幾何尺寸信息，通過對葉輪三維模型的分析，利用軟件的質(zhì)量屬性計(jì)算功能，得到葉輪各個(gè)部分的質(zhì)量。根據(jù)葉輪的轉(zhuǎn)速和半徑，計(jì)算出角速度\omega。將這些參數(shù)代入離心力計(jì)算公式，即可得到葉輪在不同位置所受的離心力大小。離心力會使葉輪的各個(gè)部分受到拉伸作用，對葉輪的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度提出了很高的要求。流體力也是葉輪所受的重要載荷之一。通過前文的流場分析，已經(jīng)獲取了葉輪內(nèi)部潤滑油的壓力分布和流速分布等信息。將流場分析得到的壓力分布結(jié)果作為流體力載荷施加到葉輪的表面。在ANSYSMechanical中，利用軟件的載荷施加功能，將流場分析得到的壓力數(shù)據(jù)映射到葉輪的表面網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)上，從而實(shí)現(xiàn)流體力的準(zhǔn)確施加。流體力會對葉輪的葉片產(chǎn)生壓力和摩擦力，影響葉片的受力和變形情況。在葉片的壓力面，潤滑油的壓力會使葉片受到擠壓作用；在葉片的吸力面，壓力較低，會使葉片受到拉伸作用。這些力的作用會導(dǎo)致葉片產(chǎn)生彎曲變形，長期作用下可能導(dǎo)致葉片疲勞損壞。在邊界條件設(shè)定方面，固定約束是常用的邊界條件之一?？紤]到主油泵葉輪通過鍵與汽輪機(jī)主軸剛性連接，在模擬分析時(shí)，將葉輪與主軸連接的鍵槽部位設(shè)置為固定約束。在ANSYSMechanical中，選擇鍵槽部位的節(jié)點(diǎn)，通過約束這些節(jié)點(diǎn)在三個(gè)方向上的位移和轉(zhuǎn)動自由度，實(shí)現(xiàn)固定約束的設(shè)置。這樣可以模擬葉輪在實(shí)際工作中與主軸的連接狀態(tài)，限制葉輪的整體位移和轉(zhuǎn)動，確保分析結(jié)果的準(zhǔn)確性。除了固定約束，還可以根據(jù)實(shí)際情況設(shè)置其他邊界條件。在葉輪的某些部位，可能存在與其他部件的接觸，此時(shí)可以設(shè)置接觸邊界條件，考慮部件之間的相互作用。如果葉輪與外殼之間存在密封裝置，需要考慮密封裝置對葉輪的約束和作用力，通過設(shè)置合適的接觸邊界條件，模擬密封裝置與葉輪之間的接觸狀態(tài)，分析其對葉輪力學(xué)性能的影響。5.3結(jié)構(gòu)分析結(jié)果與討論5.3.1靜力學(xué)分析結(jié)果在完成載荷與邊界條件設(shè)定后，利用ANSYSMechanical軟件對主油泵葉輪進(jìn)行靜力學(xué)分析。通過求解得到葉輪在工作狀態(tài)下的應(yīng)力和應(yīng)變分布云圖，如圖5和圖6所示。從圖5的應(yīng)力云圖中可以清晰地看到，葉輪在工作過程中，應(yīng)力分布呈現(xiàn)出明顯的不均勻性。在葉片根部與輪轂的連接處，應(yīng)力值相對較高，這是由于該部位是葉片與輪轂的過渡區(qū)域，在離心力和流體力的共同作用下，容易產(chǎn)生應(yīng)力集中現(xiàn)象。具體數(shù)值方面，該區(qū)域的最大應(yīng)力值達(dá)到了[X]MPa，已經(jīng)接近葉輪材料的屈服強(qiáng)度。這表明在實(shí)際工作中，該部位承受著較大的載荷，是葉輪結(jié)構(gòu)中的薄弱環(huán)節(jié)，需要重點(diǎn)關(guān)注。在葉輪的其他部位，應(yīng)力分布相對較為均勻，數(shù)值也相對較低。在葉片的中部和頂部，應(yīng)力值一般在[X]-[X]MPa之間，遠(yuǎn)低于材料的屈服強(qiáng)度。這說明這些部位的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度能夠滿足工作要求，在正常情況下不會出現(xiàn)強(qiáng)度問題。通過對不同工況下的應(yīng)力分布進(jìn)行對比分析，發(fā)現(xiàn)隨著葉輪轉(zhuǎn)速的增加，各部位的應(yīng)力值均呈現(xiàn)出上升趨勢。當(dāng)葉輪轉(zhuǎn)速從3000rpm提高到3600rpm時(shí)，葉片根部與輪轂連接處的最大應(yīng)力值增加了[X]%，達(dá)到了[X]MPa。這是因?yàn)檗D(zhuǎn)速的增加會導(dǎo)致離心力增大，從而使葉輪所受的載荷增加，應(yīng)力水平也隨之提高。圖6為應(yīng)變云圖，展示了葉輪在工作狀態(tài)下的變形情況?？梢钥闯觯~輪的最大應(yīng)變出現(xiàn)在葉片的頂部，這是由于葉片頂部距離旋轉(zhuǎn)中心最遠(yuǎn)，在離心力的作用下，受到的拉伸作用最大，因此變形也最為明顯。具體應(yīng)變數(shù)值為[X]，相對較小，說明葉輪在正常工作狀態(tài)下的變形處于可控范圍內(nèi)，不會對葉輪的性能和結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性產(chǎn)生顯著影響。在輪轂和輪緣部位，應(yīng)變相對較小，這是因?yàn)檫@些部位的結(jié)構(gòu)相對較厚，剛性較大，能夠較好地抵抗變形。通過對不同工況下的應(yīng)變分布進(jìn)行對比分析，發(fā)現(xiàn)隨著葉輪轉(zhuǎn)速的增加，葉片頂部的應(yīng)變也會相應(yīng)增加。當(dāng)葉輪轉(zhuǎn)速從3000rpm提高到3600rpm時(shí)，葉片頂部的應(yīng)變增加了[X]%，達(dá)到了[X]。這表明在高轉(zhuǎn)速工況下，需要更加關(guān)注葉片頂部的變形情況，以確保葉輪的安全運(yùn)行。靜力學(xué)分析結(jié)果表明，主油泵葉輪在工作過程中，葉片根部與輪轂的連接處是應(yīng)力集中的關(guān)鍵區(qū)域，需要采取相應(yīng)的措施來提高該部位的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，如優(yōu)化葉片與輪轂的連接方式、增加過渡圓角等。葉片頂部的變形相對較大，在設(shè)計(jì)和運(yùn)行過程中，需要考慮其對葉輪性能的影響，合理控制葉輪的轉(zhuǎn)速和載荷，以確保葉輪的安全可靠運(yùn)行。5.3.2動力學(xué)分析結(jié)果對主油泵葉輪進(jìn)行動力學(xué)分析，主要是求解其固有頻率和振型，以評估葉輪在工作過程中的振動特性和共振風(fēng)險(xiǎn)。利用ANSYSMechanical軟件，采用BlockLanczos法對葉輪進(jìn)行模態(tài)分析，得到了葉輪的前六階固有頻率和相應(yīng)的振型圖，如表1和圖7-12所示。階數(shù)固有頻率(Hz)1[X1]2[X2]3[X3]4[X4]5[X5]6[X6]表1：主油泵葉輪前六階固有頻率從表1中可以看出，葉輪的前六階固有頻率分別為[X1]Hz、[X2]Hz、[X3]Hz、[X4]Hz、[X5]Hz和[X6]Hz。隨著階數(shù)的增加，固有頻率逐漸增大。這些固有頻率是葉輪自身的振動特性，與葉輪的結(jié)構(gòu)、材料和邊界條件等因素密切相關(guān)。圖7展示了一階振型，葉輪主要呈現(xiàn)出整體的彎曲振動，葉片在同一方向上發(fā)生彎曲變形，這種振動模式可能會導(dǎo)致葉片的疲勞損傷，影響葉輪的使用壽命。二階振型圖（圖8）中，葉輪的振動形態(tài)表現(xiàn)為葉片的扭轉(zhuǎn)振動，葉片繞其自身軸線發(fā)生扭轉(zhuǎn)，這種振動會使葉片受到較大的扭矩作用，容易在葉片根部產(chǎn)生應(yīng)力集中，增加葉片斷裂的風(fēng)險(xiǎn)。三階振型（圖9）中，葉輪的振動呈現(xiàn)出更為復(fù)雜的形態(tài)，既有葉片的彎曲振動，又有葉片之間的相對振動，這種振動模式會導(dǎo)致葉輪內(nèi)部的應(yīng)力分布更加不均勻，進(jìn)一步加劇葉輪的疲勞損傷。四階振型（圖10）主要表現(xiàn)為葉片的局部振動，葉片的部分區(qū)域出現(xiàn)較大的變形，這種局部振動可能會導(dǎo)致葉片表面的磨損加劇，影響葉輪的性能。五階振型（圖11）中，葉輪的振動形態(tài)較為復(fù)雜，既有整體的彎曲振動，又有葉片的局部振動，這種振動模式會使葉輪的受力情況更加復(fù)雜，增加葉輪發(fā)生故障的可能性。六階振型（圖12）主要表現(xiàn)為葉片的高階彎曲振動，葉片的變形呈現(xiàn)出多個(gè)波峰和波谷，這種振動會使葉片受到較大的交變應(yīng)力作用，加速葉片的疲勞破壞。在實(shí)際運(yùn)行中，主油泵葉輪的工作轉(zhuǎn)速為3000rpm，換算為頻率為50Hz。通過對比葉輪的固有頻率與工作頻率，發(fā)現(xiàn)工作頻率與葉輪的各階固有頻率均不接近，這表明在正常工作狀態(tài)下，葉輪發(fā)生共振的風(fēng)險(xiǎn)較低。然而，在啟動、停機(jī)或工況變化等過程中，葉輪的轉(zhuǎn)速可能會發(fā)生變化，當(dāng)轉(zhuǎn)速變化過程中經(jīng)過某些固有頻率的臨界轉(zhuǎn)速時(shí)，就有可能引發(fā)共振現(xiàn)象。共振會導(dǎo)致葉輪的振動幅值急劇增大，使葉輪受到過大的交變應(yīng)力作用，從而加速葉輪的疲勞損傷，甚至可能導(dǎo)致葉輪斷裂，嚴(yán)重威脅汽輪機(jī)組的安全運(yùn)行。為了避免共振的發(fā)生，在汽輪機(jī)組的啟動和停機(jī)過程中，應(yīng)采取快速通過臨界轉(zhuǎn)速的措施，減少葉輪在臨界轉(zhuǎn)速附近的停留時(shí)間。在葉輪的設(shè)計(jì)和優(yōu)化過程中，應(yīng)盡量調(diào)整葉輪的結(jié)構(gòu)參數(shù)，改變其固有頻率，使其與工作頻率和可能出現(xiàn)的激振頻率避開，進(jìn)一步降低共振的風(fēng)險(xiǎn)。六、600MW汽輪機(jī)組主油泵葉輪流固耦合分析6.1流固耦合模型建立在完成主油泵葉輪流場分析和結(jié)構(gòu)分析后，將流場模型和結(jié)構(gòu)模型進(jìn)行關(guān)聯(lián)，建立流固耦合模型。利用ANSYSWorkbench平臺，將CFX或FLUENT模塊計(jì)算得到的流場結(jié)果數(shù)據(jù)導(dǎo)入到SystemCoupling模塊中，同時(shí)將Mechanical模塊計(jì)算得到的結(jié)構(gòu)分析結(jié)果數(shù)據(jù)也導(dǎo)入到該模塊，實(shí)現(xiàn)流場和結(jié)構(gòu)場的耦合計(jì)算。在SystemCoupling模塊中，首先需要準(zhǔn)確識別和設(shè)置流固耦合面。流固耦合面是流體域與固體域相互作用的交界面，在主油泵葉輪中，葉輪表面即為流固耦合面。通過在CFX或FLUENT中定義葉輪表面為流固耦合壁面，在Mechanical中定義相應(yīng)的葉輪表面為耦合面，確保流固耦合面的一致性和準(zhǔn)確性。在定義耦合面時(shí)，仔細(xì)檢查網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)的對應(yīng)關(guān)系，確保流體域和固體域的網(wǎng)格在耦合面上能夠準(zhǔn)確匹配，避免出現(xiàn)數(shù)據(jù)傳遞錯(cuò)誤。設(shè)置數(shù)據(jù)傳遞方式也是建立流固耦合模型的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。在流固耦合分析中，數(shù)據(jù)傳遞主要包括流體對固體的作用力傳遞和固體變形對流體邊界條件的影響傳遞。在ANSYS中，采用雙向數(shù)據(jù)傳遞方式，即流體分析得到的壓力、流速等數(shù)據(jù)傳遞給結(jié)構(gòu)分析，作為結(jié)構(gòu)分析的載荷；結(jié)構(gòu)分析得到的位移、應(yīng)力等數(shù)據(jù)反饋給流體分析，更新流體的邊界條件。這種雙向數(shù)據(jù)傳遞方式能夠準(zhǔn)確模擬流固耦合過程中流體與固體的相互作用，提高分析結(jié)果的準(zhǔn)確性。在數(shù)據(jù)傳遞過程中，需要進(jìn)行插值運(yùn)算，以確保數(shù)據(jù)在不同網(wǎng)格之間的準(zhǔn)確傳遞。ANSYS提供了多種插值方法，如profilepreserving插值法和globallyconservative插值法等。根據(jù)主油泵葉輪的特點(diǎn)和分析要求，選擇profilepreserving插值法。該方法將數(shù)據(jù)接收端的所有節(jié)點(diǎn)映射到數(shù)據(jù)發(fā)射端的相應(yīng)單元上，要傳遞的參數(shù)數(shù)據(jù)在發(fā)射端單元的映射點(diǎn)完成插值后，傳遞給接收端，是一種主動問詢式傳遞方式。通過選擇合適的插值方法和設(shè)置合理的插值參數(shù)，有效提高了數(shù)據(jù)傳遞的精度和穩(wěn)定性，確保了流固耦合分析的順利進(jìn)行。完成流固耦合面設(shè)置和數(shù)據(jù)傳遞方式設(shè)置后，對耦合模型進(jìn)行初始化設(shè)置。設(shè)置迭代計(jì)算的收斂準(zhǔn)則，將力和位移的收斂公差分別設(shè)置為10^-5和10^-6，確保計(jì)算結(jié)果的準(zhǔn)確性和可靠性。同時(shí)，設(shè)置迭代計(jì)算的最大次數(shù)為100次，以避免計(jì)算過程中出現(xiàn)不收斂的情況。在初始化設(shè)置過程中，仔細(xì)檢查各項(xiàng)參數(shù)的設(shè)置，確保耦合模型的初始狀態(tài)符合實(shí)際工況和分析要求。6.2耦合分析結(jié)果與討論6.2.1耦合作用下的應(yīng)力與變形通過對主油泵葉輪流固耦合模型的求解，得到了耦合作用下葉輪的應(yīng)力和變形分布云圖，與未考慮流固耦合時(shí)的結(jié)果進(jìn)行對比分析，能夠深入了解流固耦合作用對葉輪應(yīng)力和變形的影響。在應(yīng)力分布方面，未考慮流固耦合時(shí)，葉輪的應(yīng)力主要由離心力引起，應(yīng)力集中區(qū)域主要出現(xiàn)在葉片根部與輪轂的連接處，這是由于該部位在離心力作用下承受較大的拉伸載荷。而在考慮流固耦合后，應(yīng)力分布發(fā)生了顯著變化。除了離心力的作用外，流體壓力和摩擦力也對葉輪的應(yīng)力分布產(chǎn)生了重要影響。在葉片表面，由于流體壓力的作用，應(yīng)力分布變得更加不均勻。在葉片的壓力面，流體壓力使應(yīng)力進(jìn)一步增大；而在葉片的吸力面，由于壓力較低，應(yīng)力相對較小。在葉片的進(jìn)口和出口部位，由于流體的流速變化較大，產(chǎn)生了較大的流體作用力，導(dǎo)致這些部位的應(yīng)力明顯增加。通過對比應(yīng)力云圖，可以發(fā)現(xiàn)考慮流固耦合后，葉片根部與輪轂連接處的最大應(yīng)力值有所增加，從原來的[X]MPa增加到了[X]MPa，增加了[X]%。這表明流固耦合作用加劇了該部位的應(yīng)力集中程度，對葉輪的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度提出了更高的要求。在葉片的其他部位，應(yīng)力也有不同程度的變化，這說明流固耦合作用改變了葉輪的整體應(yīng)力分布狀態(tài)。在變形方面，未考慮流固耦合時(shí)，葉輪的變形主要是由于離心力引起的拉伸變形，最大變形出現(xiàn)在葉片的頂部，這是因?yàn)槿~片頂部距離旋轉(zhuǎn)中心最遠(yuǎn)，離心力產(chǎn)生的拉伸作用最大。考慮流固耦合后，葉輪的變形不僅受到離心力的影響，還受到流體作用力的影響。流體壓力和摩擦力會使葉片產(chǎn)生彎曲和扭轉(zhuǎn)變形，導(dǎo)致葉輪的變形形態(tài)更加復(fù)雜。對比變形云圖可以看出，考慮流固耦合后，葉片頂部的變形量有所增加，從原來的[X]mm增加到了[X]mm，增加了[X]%。葉片的彎曲和扭轉(zhuǎn)變形也更加明顯，這可能會影響葉輪的動平衡性能，導(dǎo)致葉輪在運(yùn)行過程中產(chǎn)生振動和噪聲。流固耦合作用對葉輪的應(yīng)力和變形產(chǎn)生了顯著影響，使葉輪的應(yīng)力分布更加不均勻，變形形態(tài)更加復(fù)雜。在葉輪的設(shè)計(jì)和分析中，必須充分考慮流固耦合作用，以確保葉輪的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和可靠性。對于應(yīng)力集中的區(qū)域，如葉片根部與輪轂的連接處，需要采取相應(yīng)的加強(qiáng)措施，如優(yōu)化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、增加材料厚度等，以提高葉輪的承載能力。對于變形較大的部位，如葉片頂部，需要考慮其對葉輪性能的影響，采取相應(yīng)的措施進(jìn)行控制，如調(diào)整葉片的形狀和尺寸，以減少變形量，提高葉輪的動平衡性能。6.2.2疲勞壽命預(yù)測基于流固耦合分析結(jié)果，采用疲勞分析理論對主油泵葉輪的疲勞壽命進(jìn)行預(yù)測，對于評估葉輪的可靠性和制定合理的維護(hù)策略具有重要意義。疲勞分析理論主要基于材料的疲勞特性和載荷譜，通過計(jì)算材料在交變載荷作用下的應(yīng)力循環(huán)次數(shù)，來預(yù)測結(jié)構(gòu)的疲勞壽命。在本研究中，采用了基于S-N曲線的疲勞壽命預(yù)測方法。S-N曲線是描述材料在不同應(yīng)力水平下的疲勞壽命的曲線，通過實(shí)驗(yàn)測定得到。根據(jù)葉輪材料的特性和相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，獲取了葉輪材料的S-N曲線數(shù)據(jù)。在流固耦合分析中，已經(jīng)得到了葉輪在工作過程中的應(yīng)力分布情況。通過對不同位置的應(yīng)力時(shí)間歷程進(jìn)行提取，得到了葉輪各部位的應(yīng)力譜。將應(yīng)力譜與S-N曲線相結(jié)合，利用疲勞壽命預(yù)測公式進(jìn)行計(jì)算，得到了葉輪不同部位的疲勞壽命。計(jì)算結(jié)果表明，葉輪的疲勞壽命分布呈現(xiàn)出明顯的不均勻性。在葉片根部與輪轂的連接處，由于應(yīng)力集中程度較高，疲勞壽命相對較短，約為[X]次循環(huán)。這是因?yàn)樵摬课辉诠ぷ鬟^程中承受著較大的交變應(yīng)力，容易導(dǎo)致材料疲勞損傷。而在葉輪的其他部位，如葉片的中部和頂部，疲勞壽命相對較長，分別約為[X]次循環(huán)和[X]次循環(huán)。這是因?yàn)檫@些部位的應(yīng)力水平相對較低，材料的疲勞損傷發(fā)展相對較慢。與設(shè)計(jì)壽命相比，葉片根部與輪轂連接處的疲勞壽命明顯低于設(shè)計(jì)要求，存在較大的安全隱患。這表明在該部位需要采取更加嚴(yán)格的監(jiān)測和維護(hù)措施，如定期進(jìn)行無損檢測，及時(shí)發(fā)現(xiàn)和處理潛在的疲勞裂紋，以確保葉輪的安全運(yùn)行。對于其他部位，雖然疲勞壽命滿足設(shè)計(jì)要求，但也需要密切關(guān)注其疲勞損傷的發(fā)展情況，合理安排維護(hù)計(jì)劃，以延長葉輪的使用壽命。通過對葉輪疲勞壽命的預(yù)測，還可以評估不同工況對葉輪疲勞壽命的影響。在高轉(zhuǎn)速、高負(fù)荷等工況下，葉輪所承受的應(yīng)力水平會增加，疲勞壽命會相應(yīng)縮短。因此，在實(shí)際運(yùn)行中，應(yīng)盡量避免葉輪在惡劣工況下長時(shí)間運(yùn)行，合理調(diào)整機(jī)組的運(yùn)行參數(shù)，以降低葉輪的疲勞損傷，提高其可靠性。七、基于流固耦合分析的葉輪優(yōu)化設(shè)計(jì)7.1優(yōu)化目標(biāo)與設(shè)計(jì)變量確定在600MW汽輪機(jī)組主油泵葉輪的設(shè)計(jì)中，提高葉輪強(qiáng)度、降低變形以及延長疲勞壽命是至關(guān)重要的優(yōu)化目標(biāo)，這些目標(biāo)對于保障汽輪機(jī)組的安全穩(wěn)定運(yùn)行、提高能源利用效率具有重要意義。提高葉輪強(qiáng)度是確保葉輪在復(fù)雜工況下可靠運(yùn)行的關(guān)鍵。葉輪在工作過程中，不僅要承受高速旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的離心力，還要承受流體介質(zhì)的壓力以及溫度變化等多種載荷的共同作用。在高溫、高壓的工作環(huán)境下，葉輪材料