專利名稱：混流式水輪機(jī)變頻轉(zhuǎn)輪的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
混流式水輪機(jī)變頻轉(zhuǎn)輪屬于水輪機(jī)制造領(lǐng)域技術(shù)。
背景技術(shù)：
近十幾年來，國內(nèi)外大、中型水輪發(fā)電機(jī)組不同程度地出現(xiàn)了振動和轉(zhuǎn)輪裂紋等穩(wěn)定性問題，如大古力、古里、巖灘、五強溪、李家峽、二灘、小浪底等水電站，嚴(yán)重地影響了機(jī)組的正常運行，其后果是縮短機(jī)組的檢修周期、縮短轉(zhuǎn)輪壽命、或避負(fù)荷運行，給電站造成了巨大的經(jīng)濟(jì)損失。由于水輪機(jī)穩(wěn)定性問題的頻繁出現(xiàn)，導(dǎo)致用戶在簽訂的合同書上將其作為第一要素提出。水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪是水輪機(jī)能量轉(zhuǎn)化的核心部件，其穩(wěn)定性問題，已成為近年來水輪機(jī)領(lǐng)域的熱門而尖端的研究課題。
現(xiàn)有的混流式水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪的葉片形狀相同，在以典型的等節(jié)距方式布置在上冠、和下環(huán)之間，即以水輪機(jī)轉(zhuǎn)動中心線為圓心，所有葉片的進(jìn)水邊與上冠的交點、與下環(huán)的交點，均在同一圓周上；在以水輪機(jī)轉(zhuǎn)動中心線為圓心，所有葉片的出水邊與上冠的交點、與下環(huán)的交點，也均在同一圓周上。該結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)輪的缺點是在偏離最優(yōu)工況時，轉(zhuǎn)輪進(jìn)口脫流嚴(yán)重，導(dǎo)致穩(wěn)定性下降，轉(zhuǎn)輪出口渦帶能量大引起振動、噪音大，嚴(yán)重的將造成葉片裂紋。其主要原因是傳統(tǒng)的轉(zhuǎn)輪不能將不利的能量進(jìn)行衰減，而使壓力脈動的頻率增高和幅值加大。
發(fā)明的內(nèi)容為了提高混流式水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪運行的穩(wěn)定性，本發(fā)明的變頻轉(zhuǎn)輪如圖1、2所示，包括一個上冠1、一個下環(huán)4和若干個連接在該上冠和下環(huán)之間的曲面形葉片2與葉片3。每一葉片有一正對水輪機(jī)中、上游導(dǎo)流機(jī)構(gòu)的進(jìn)水邊和正對下游的出水邊。其技術(shù)特征是曲面形葉片有兩種，一種為基礎(chǔ)葉片2，另一種為變頻葉片3(圖3中黑粗線表示其軸面上的進(jìn)、出水邊)，兩種不同的葉片沿流動方向間隔并交錯地布置，與變頻葉片相比，基礎(chǔ)葉片進(jìn)水邊更靠近上游側(cè)，與基礎(chǔ)葉片相比，變頻葉片出水邊更靠近下游側(cè)。由于本發(fā)明轉(zhuǎn)輪，相鄰的兩種不同葉片在上冠和下環(huán)間交錯布置，在偏離最優(yōu)工況時，使變頻葉片進(jìn)水邊可以打散由基礎(chǔ)葉片形成的部分大旋渦，削弱了脫流的能量，改善了轉(zhuǎn)輪運行的穩(wěn)定性；同時轉(zhuǎn)輪出口邊通過變頻葉片減小了出口環(huán)量與壓力脈動的頻率和幅值，具有更加寬廣的穩(wěn)定運行范圍，而且保持常規(guī)轉(zhuǎn)輪的其它性能指標(biāo)。從變頻轉(zhuǎn)輪和已有轉(zhuǎn)輪的流動特征圖5、圖6可見，已有的轉(zhuǎn)輪不具有本發(fā)明轉(zhuǎn)輪的優(yōu)點。本發(fā)明變頻轉(zhuǎn)輪技術(shù)可應(yīng)用與開發(fā)新的水輪機(jī)產(chǎn)品，也可以直接使用在已有的混流式水輪機(jī)中，因水輪機(jī)的結(jié)構(gòu)保持不變，對改造已有水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪帶來方便。本發(fā)明的轉(zhuǎn)輪適合于所有水頭和流量的混流式水輪機(jī)。


圖1變頻轉(zhuǎn)輪裝配主視2變頻轉(zhuǎn)輪裝配仰視3變頻轉(zhuǎn)輪葉片軸面示意4變頻轉(zhuǎn)輪葉片軸面特征5變頻轉(zhuǎn)輪的流動特征6已有轉(zhuǎn)輪的流動特征中1上冠 2基礎(chǔ)葉片 3變頻葉片 4下環(huán)圖3中ABCD為基礎(chǔ)葉片的軸面；A1B1C1D1為變頻葉片的軸面；φ為A點的直徑(公稱直徑)?；A(chǔ)葉片相關(guān)點、線的定義點A為基礎(chǔ)葉片進(jìn)水邊與下環(huán)的交點，點B為基礎(chǔ)葉片出水邊與下環(huán)的交點，點C為基礎(chǔ)葉片出水邊與上冠的交點，點D為基礎(chǔ)葉片進(jìn)水邊與上冠的交點，線AD為基礎(chǔ)葉片的進(jìn)水邊，線BC為基礎(chǔ)葉片的出水邊。變頻葉片相關(guān)點、線的定義點A1為變頻葉片進(jìn)水邊與下環(huán)的交點，點B1為變頻葉片出水邊與下環(huán)的交點，點C1為變頻葉片出水邊與上冠的交點，點D1為基礎(chǔ)葉片進(jìn)水邊與上冠的交點，線A1D1為變頻葉片的進(jìn)水邊，線B1C1為變頻葉片的出水邊。曲線DD1CC1為上冠軸面流線的一部分；曲線AA1BB1為下環(huán)流線的一部分。
圖4中按流量在上冠和下環(huán)間等分的三條流線，分別為EE1E’E1’，F(xiàn)F1F’F1’，GG1G’G1’。點E、F、G分別為三條流線與基礎(chǔ)葉片進(jìn)水邊的交點，點E1、F1、G1分別為三條流線與變頻葉片進(jìn)水邊的交點，點E’、F’、G’分別為三條流線與基礎(chǔ)葉片出水邊的交點，點E1’、F1’、G1’分別為三條流線與變頻葉片出水邊的交點。
描述基礎(chǔ)葉片與變頻葉片進(jìn)口布置位置差異的尺寸分別為弧長DD1，EE1，F(xiàn)F1，GG1，AA1；描述基礎(chǔ)葉片與變頻葉片出口布置位置差異的尺寸分別為CC1，E’E1’，F(xiàn)’F1’，GG1’，BB1；前已述及，φ為A點的直徑(公稱直徑)。
具體實施例方式本發(fā)明變頻轉(zhuǎn)輪是在上冠1與下環(huán)4之間，沿流動方向間隔并交錯地布置著若干個基礎(chǔ)葉片2和變頻葉片3，如圖1、2所示，即安裝1個基礎(chǔ)葉片，相鄰安裝1個變頻葉片，其葉片間隔的個數(shù)根據(jù)轉(zhuǎn)輪的性能要求而定，基礎(chǔ)葉片和變頻葉片在進(jìn)水邊與下環(huán)的交點A與A1不重合，且點A較A1更靠近上游側(cè)；在出水邊與上冠的交點B與B1不重合，且點B1較B更靠近下游側(cè)；點C與C1不重合，且點C1較C更靠近下游側(cè)；點D與D1不重合，且點D較D1更靠近上游側(cè)。基礎(chǔ)葉片與變頻葉片進(jìn)口布置位置差異的尺寸比值如圖4所示，在進(jìn)口側(cè)弧長DD1/φ、弧長EE1/φ、弧長FF1/φ、弧長GG1/φ、弧長AA1/φ大于等于1.5％；基礎(chǔ)葉片與變頻葉片出口布置位置差異的尺寸比值，在出口側(cè)，弧長CC1/φ、弧長E’E1’/φ、弧長F’F1’/φ、弧長GG1’/φ、弧長BB1/φ大于等于1.0％。
權(quán)利要求
1.混流式水輪機(jī)變頻轉(zhuǎn)輪，包括一個上冠、一個下環(huán)和若干個連接在上冠和下環(huán)之間的曲面形葉片，每一葉片有一正對水輪機(jī)中、上游導(dǎo)流機(jī)構(gòu)的進(jìn)水邊和正對下游的出水邊，其特征是，在上冠和下環(huán)之間的曲面形葉片為沿流動方向間隔并交錯地布置著兩種葉片，一種為基礎(chǔ)葉片一種為變頻葉片，與變頻葉片相比，基礎(chǔ)葉片的進(jìn)水邊更靠近上游側(cè)，與基礎(chǔ)葉片相比，變頻葉片的出水邊更靠近下游側(cè)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的混流式水輪機(jī)變頻轉(zhuǎn)輪，其特征是相鄰的基礎(chǔ)葉片和變頻葉片在進(jìn)水邊與下環(huán)的交點A與A1不重合，且點A較A1更靠近上游側(cè)；點B與B1不重合，且點B1較B更靠近下游側(cè)；在出水邊與上冠的交點C與C1不重合，且點C1較C更靠近下游側(cè)；點D與D1不重合，且點D較D1更靠近上游側(cè)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的混流式水輪機(jī)變頻轉(zhuǎn)輪，其特征是基礎(chǔ)葉片與變頻葉片進(jìn)口布置位置差異的尺寸與公稱直徑φ的比值，即弧長DD1/φ、弧長EE1/φ、弧長FF1/φ、弧長GG1/φ、弧長AA1/φ均大于等于1.5％，基礎(chǔ)葉片與變頻葉片出口布置位置差異的尺寸與公稱直徑φ的比值，即弧長CC1/φ、弧長E’E1’/φ、弧長F’F1’/φ、弧長GG1’/φ、弧長BB1/φ均大于等于1.0％。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的混流式水輪機(jī)變頻轉(zhuǎn)輪，其特征是兩種葉片的間隔數(shù)量，根據(jù)不同的轉(zhuǎn)輪性能而定。
全文摘要
本發(fā)明的混流式水輪機(jī)變頻轉(zhuǎn)輪，包括一個上冠、一個下環(huán)和若干個連接在該上冠和下環(huán)之間的曲面形基礎(chǔ)葉片和變頻葉片。兩種不同的葉片沿流動方向間隔并交錯地布置，基礎(chǔ)葉片進(jìn)水邊更靠近上游側(cè)，變頻葉片出水邊更靠近下游側(cè)，使得變頻葉片進(jìn)水邊可以打散由基礎(chǔ)葉片形成的部分大旋渦，削弱了脫流的能量，改善了轉(zhuǎn)輪運行的穩(wěn)定性，同時轉(zhuǎn)輪出口通過變頻葉片減小了出口環(huán)量和壓力脈動的頻率和幅值，具有更加寬廣的穩(wěn)定運行范圍。本發(fā)明變頻轉(zhuǎn)輪技術(shù)可以應(yīng)用與開發(fā)新的水輪機(jī)產(chǎn)品，也可以直接使用在已有的混流式水輪機(jī)中，對改造已有水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪帶來方便。
文檔編號F03B3/18GK1530538SQ03121720
公開日2004年9月22日 申請日期2003年3月14日 優(yōu)先權(quán)日2003年3月14日
發(fā)明者魏顯著 申請人:哈爾濱電機(jī)廠有限責(zé)任公司