潮流能水轮机转子系统动力学特性研究

水动力性能和安全可靠性是评价潮流能水轮机的两个基本指标，在水轮机设计阶段需要对其结构振动与可靠性开展研究与评价。本文采用有限元法推导竖轴等臂长和变臂长水轮机转子系统的横向振动模型，基于动量定理的流管法建立了不同变臂长方案的流体激励模型，采用Newmark数值仿真计算了水轮机转子系统的动力学响应。最后搭建潮流能水轮机结构振动实验台，测试水轮机的振动特性。研究结果表明：和等臂长相比，变臂长水轮机流体激励波动幅值增加，且变结构回转体对质量矩阵的影响不容忽略。竖轴水轮机的动力学响应存在复杂的倍频振动，实验结果从定性角度验证了数值模拟结果。本文的研究为竖轴水轮机的设计、运行和振动预测提供了基本的动力学参考，然而仍迫切需要加强潮流水轮机结构振动、可靠性的研究工作。