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机械制造
匡涛,等?基于 ANSYS的水轮机推力轴承动力学分析
基于 ANSYS的水轮机推力轴承动力学分析
匡涛,秦战生
河海大学能源与电气学院,江苏南京211106
摘要:针対某一水轮机结构,推力轴承作为其重要部件,其运转状态的好坏对水轮机运行
的安全性和平稳性产生重大影响。因此对水轮机推力轴承进行动力学仿真及结构分析,研
究推力轴承运动时的特征,为该推力轴承实时监控提供理论支撑,具有十分重要的意义。介
绍了该水轮机轴承内部的运动学关系,建立了该轴承的有限元模型,利用 ANSYS/LS-DYNA
显式动力学模块对该轴承的运动过程进行了仿真,并用IS- PREPOST进行后处理,分析了滚
动轴承在正常情况下,轴承各部件的应カ、位移分布规律,为水轮机推力轴承的正常运转提
供了理论依据
关键词:推力轴承;有限元分析;显式动力学;动态仿真
中图分类号:TH13331;1TP391,9文献标志码:A文章编号:167-5276(2015)01-0038-04
Dynamic Analysis of Turbine Thrust Bearing Based on ANSYS
KUANG Tao, QIN Zhan-sheng
( Hohai University, College of Energy and Electrical Engineering, Nanjing 21110, China)
Abstract: Thrust bearing is a mant mnen of e turbine strucure its quality affects the safety and stability of the turbine
operation There ore its dynamis maion an stuctural analysis an investigation on its movement characteristics are of great
sigificance to thetical suppot for eal-time monitoring. This paper describes the kinematic relations inside the turbine bearing
buils its fii emnt moel a im ases moon of lng bearings by using ANSYS/LS-DYNA explicit dynamics modle. t also
how e stress and am i on of e b eatin er mal onditions y processin e result using L
PREPOST. The theoretical basis is provided for smoothly operating the turbine
Keywords: thrust bearings finite element analysis; explicit dynamics; dynamic simulation
敛性问题。
0引言
ANSYS/IS-DYNA是以非线性动力分析为主,应用
显式时间积分的大型有限元分析程序.在动力学有限元
在水轮机运行中,轴承是安全运行的关键部件之一,分析中,系统的求解方程为:
其运行过程中状态的好坏对水轮机安全构成重大影响,
Ma,+Ca,+Ka,=の,
轴承运行是否稳定关系到水力发电的安全生产。
式中:a,为系统节点的加速度向量;a,为系统节点的速
本文在滚动轴承运动仿真的基础上,根据某实际水轮度向量;a,为系统节点的位移向量;M为系统的质量矩
机推力轴承(推力球轴承)运行情况,采用LS-DYNA显示阵;C为系统的阻尼矩阵:K为系统的刚度矩阵;Q,为系统
动力学对水轮机推力轴承进行分析,获得该类水轮机推力节点载荷向量。
轴承运行的基本特征。
在显式动力学中心差分法中.假定时间=0的位移
a0,速度a。和加速度a。已知。假设时问求解域被等分
1显式动力学基本算法
为a等时问间隔△z,并且0-t时刻内的所有解已经求得
计算目的在于求解+At时刻的解.
有限元软件包含显式算法与隐式算法两个核心算
利用泰勒展开式,将a,+Ar在时刻点r展成泰勒多项
法。隐式算法是基于虚功原理,每一増量步都需要对静式,并取有限项作为a,+4r的近似值:
态平衡方程进行迭代求解,并且在迭代的过程中需要求
解大型线性方程组,这样就占用相当多的计算资源(包
(2
括磁盘空闯和内存等);显式算法采用动力学方稞的一式中:a,の为a,的p次微分。
些差分格式(如广泛使用的中心差分法、线性加速度法
根摒系统求解式(1)为二次微分,取:
和 Newmark法等),不需要直接求解切线刚度,同时也不
需要进行平衡迭代,计算速度快,可节省大量计算时间,
aa=a, +At a, t- a c
只要时间步取的足够小,对于非线性问题一-般不存在收
对式(3)进行求导,省略高阶得
作者简介:匡涛(1988-),男,四川绵阳人,硕土研究生,主要研究方向为流体机械结构。
hutp:∥zHD. chinajourna.ne.CnE-mal: ZZHDQ chainajournal net.cn《机械制造与自动化》