水轮机转轮疲劳裂纹研究进展
李尚奇1
周叶1
李晓超1
卢志扬1
李尚信2
1.中国水利水电科学研究院,北京 1000382.大连海事大学休斯顿国际学院,辽宁 大连 116026
摘要：[目的]揭示新能源规模化并网背景下水轮机叶片疲劳裂纹的诱发机理及防治策略.[方法]从转轮叶片裂纹产生的内、外因素出发,结合不同工况下应力特点阐明了水轮机叶片疲劳产生的基本原理,对当下研究叶片疲劳的方法及研究进展进行详细介绍,分析基于智能算法的疲劳研究.[结果]理论分析方面,水轮机内部结构高度复杂,模型与原型相似率理论发展相对滞后,共同构成了理论分析的根本瓶颈,导致其研究难度显著.数值模拟方面,研究深度不足,当前利用CFD技术开展不同工况转轮疲劳的研究虽有一定基础,但多停留于现象描述,缺乏深度剖析.特别是,针对特定工况下疲劳破坏的内、外因的系统性总结分析尚属空白.研究广度受限,鲜见研究从优化水轮机启停机规律的角度切入,分析其对水力机械疲劳破坏的影响机理,此方向亟待探索.研究效率尚待提高,单流道压力脉动分析作为一种能显著降低数值模拟工作量的有效手段,其应用目前较为匮乏,限制了研究效率的进一步提升.现场试验方面:关键数据缺失,动应力方向是揭示转轮裂纹发展趋势的关键指标,然而目前基于现场试验数据对其进行的深入分析严重不足.测量干扰待究,应变片防护装置对现场应力数据采集精度的影响尚未得到充分评估和论述,构成数据可靠性的潜在威胁.研究对象失衡,现有水轮机疲劳研究过度聚焦于叶片,对导叶在复杂流场中的受力状态及疲劳特性关注甚少,研究视角存在明显失衡.未来发展趋势:机器学习技术展现出巨大潜力,有望为突破上述瓶颈提供新范式.[结论]基于理论分析、数值模拟、实验测量对转轮疲劳裂纹的研究已取得一定成效,但也存在相应瓶颈,未来研究亟须将机器学习与传统方法深度融合,以期发展出更经济、高效的水轮机叶片疲劳分析方法.
关键词：水轮机动应力动静干涉疲劳分析数值模拟流固耦合机器学习
分类号：TK733(水能、水力机械)
资助基金：中国水科院基本科研专项(HM110145B0012023)
论文发表日期：2026-01-30
在线出版日期：2026-09-12（本平台首次上网日期，不代表文献的发表时间）
页数：16( 67-82 )
英文信息