專利名稱：預(yù)防水輪機(jī)固定導(dǎo)葉卡門渦振動(dòng)的出水邊截面形狀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種預(yù)防水輪機(jī)固定導(dǎo)葉卡門渦振動(dòng)的出水邊截面形狀。
背景技術(shù)：
目前，發(fā)生在水電機(jī)組水輪機(jī)固定導(dǎo)葉出水邊處的卡門渦振動(dòng)問題受到了當(dāng)前業(yè)內(nèi)人士的普遍關(guān)注。由卡門渦共振引起的機(jī)組振動(dòng)、異常噪聲以及部件的疲勞破壞等問題， 嚴(yán)重影響了機(jī)組的正常運(yùn)行，給電站造成了巨大的經(jīng)濟(jì)損失。通常情況下，采用出水邊修型可以起到錯(cuò)頻、消振效果，可以達(dá)到消除卡門渦共振的目的。發(fā)明目的本發(fā)明的目的是提供一種提高固定導(dǎo)葉出水邊處的卡門渦頻率，降低渦列能量的預(yù)防水輪機(jī)固定導(dǎo)葉卡門渦振動(dòng)的出水邊截面形狀。本發(fā)明的技術(shù)方案為一種預(yù)防水輪機(jī)固定導(dǎo)葉卡門渦振動(dòng)的出水邊截面形狀，固定導(dǎo)葉上端面與座環(huán)上環(huán)板焊接為一體，固定導(dǎo)葉下端面與座環(huán)下環(huán)板焊接為一體，在固定導(dǎo)葉出水邊中間大部分區(qū)域的背壓面為打斜坡光滑過渡，在斜坡結(jié)束處采用小R值圓弧過渡。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是①.提高固定導(dǎo)葉出水邊處的卡門渦頻率；②.降低固定導(dǎo)葉尾流區(qū)的渦列能量；③.降低固定導(dǎo)葉出水邊處出現(xiàn)卡門渦共振的幾率；④.由于固化了固定導(dǎo)葉出水邊中間大部分區(qū)域的截面形狀的最佳形式，減少了需多次進(jìn)行數(shù)值模擬分析才能確定出水邊截面形狀的環(huán)節(jié)，縮短了固定導(dǎo)葉的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和生產(chǎn)周期。本發(fā)明的工作原理由于水輪機(jī)固定導(dǎo)葉出水邊處的剛度較弱，容易激發(fā)由于水力因素引起的卡門渦共振問題，導(dǎo)致機(jī)組出現(xiàn)振動(dòng)和異常噪聲，在交變載荷的作用下使部件出現(xiàn)疲勞裂紋。在機(jī)組運(yùn)行情況下，上游水庫(kù)中的水沿著流道進(jìn)入水輪機(jī)蝸殼，通過座環(huán)的固定導(dǎo)葉，途經(jīng)活動(dòng)導(dǎo)葉，最終水沖擊轉(zhuǎn)輪葉片，轉(zhuǎn)輪葉片在水流的作用下，進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，從而達(dá)到將水的勢(shì)能轉(zhuǎn)換成旋轉(zhuǎn)機(jī)械能的目的，這種旋轉(zhuǎn)機(jī)械能量通過發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子和定子之間的鐵心、磁極、磁軛等，將旋轉(zhuǎn)機(jī)械能轉(zhuǎn)換成電能，從而達(dá)到發(fā)電的目的。本發(fā)明的工作過程水輪機(jī)的主要功能就是將水的勢(shì)能轉(zhuǎn)換成旋轉(zhuǎn)機(jī)械能，而水流在流道通過時(shí)固定導(dǎo)葉是主要的過流部件之一。在外界水流的作用下，由于固定導(dǎo)葉出水邊處的剛度較弱，容易激發(fā)由于水力因素引起的卡門渦共振問題，導(dǎo)致機(jī)組出現(xiàn)振動(dòng)和異常噪聲，在交變載荷的作用下使部件出現(xiàn)疲勞裂紋。又因?yàn)轭A(yù)防和消除卡門渦共振現(xiàn)象的最佳方法是對(duì)出水邊進(jìn)行截面修型。因此對(duì)固定導(dǎo)葉出水邊進(jìn)行合理選型，才能達(dá)到保證結(jié)構(gòu)剛強(qiáng)度性能和預(yù)防卡門渦共振的目的。


圖1水輪機(jī)固定導(dǎo)葉結(jié)構(gòu)圖的主視2為圖1的俯視圖
圖3水輪機(jī)固定導(dǎo)葉的出水邊截面形狀示意4預(yù)防水輪機(jī)固定導(dǎo)葉卡門渦振動(dòng)的出水邊截面形狀示意圖
具體實(shí)施例方式如圖1、圖2所示，一種預(yù)防水輪機(jī)固定導(dǎo)葉卡門渦振動(dòng)的出水邊截面形狀，固定導(dǎo)葉1上端面與座環(huán)上環(huán)板焊接為一體，如圖3所示，固定導(dǎo)葉下端面與座環(huán)下環(huán)板焊接為一體，在固定導(dǎo)葉出水邊2中間大部分區(qū)域的背壓面為打斜坡光滑過渡，在斜坡結(jié)束處采用小R值圓弧過渡。所述的光滑過渡為斜坡與固定導(dǎo)葉本體出現(xiàn)的尖角處為倒圓角設(shè)計(jì)。通過對(duì)固定導(dǎo)葉進(jìn)行數(shù)值模擬分析發(fā)現(xiàn)，出水邊為鈍邊設(shè)計(jì)的固定導(dǎo)葉在尾流區(qū)容易出現(xiàn)脫流現(xiàn)象，出現(xiàn)卡門渦列。需要通過對(duì)出水邊進(jìn)行截面修型來消除卡門渦列。如圖 2所示，在選擇合理截面形狀方案的過程中，不同的截面形狀對(duì)預(yù)防和消除卡門渦列存在一定影響。同時(shí)，截面形狀是受到結(jié)構(gòu)剛強(qiáng)度水平限制的。如圖3所示出水邊截面形狀是經(jīng)過對(duì)多種方案進(jìn)行數(shù)值模擬分析對(duì)比得出的。本實(shí)用型專利是應(yīng)用數(shù)值模擬分析手段，結(jié)合固定導(dǎo)葉幾何尺寸的大小和實(shí)際運(yùn)行工況，合理確定的截面形狀。如圖3所示的出水邊截面形狀，可以有效預(yù)防固定導(dǎo)葉出水邊處出現(xiàn)卡門渦列，保證在短時(shí)間內(nèi)完成固定導(dǎo)葉的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，縮短分析周期，提高工作效率。圖4中，L為修型長(zhǎng)度，表示固定導(dǎo)葉出水邊的修型長(zhǎng)度范圍Rl過渡圓角半徑，表示斜坡與固定導(dǎo)葉本體所形成的尖角處的倒圓角半徑R2圓弧半徑，表示固定導(dǎo)葉出水邊尾部圓弧半徑θ斜坡角度，表示修型斜坡與固定導(dǎo)葉正壓面的夾角。
權(quán)利要求
1.一種預(yù)防水輪機(jī)固定導(dǎo)葉卡門渦振動(dòng)的出水邊截面形狀，其特征是固定導(dǎo)葉(1) 上端面與座環(huán)上環(huán)板焊接為一體，固定導(dǎo)葉下端面與座環(huán)下環(huán)板焊接為一體，在固定導(dǎo)葉出水邊O)中間大部分區(qū)域的背壓面為打斜坡光滑過渡，在斜坡結(jié)束處采用小R值圓弧過渡。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種預(yù)防水輪機(jī)固定導(dǎo)葉卡門渦振動(dòng)的出水邊截面形狀，其特征是所述的光滑過渡為斜坡與固定導(dǎo)葉本體出現(xiàn)的尖角處為倒圓角設(shè)計(jì)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種預(yù)防水輪機(jī)固定導(dǎo)葉卡門渦振動(dòng)的出水邊截面形狀，固定導(dǎo)葉上端面與座環(huán)上環(huán)板焊接為一體，下端面與座環(huán)下環(huán)板焊接為一體，在固定導(dǎo)葉出水邊中間大部分區(qū)域的背壓面進(jìn)行打斜坡光滑過渡設(shè)計(jì)，并在斜坡結(jié)束處采用小R值圓弧過渡。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是①.提高固定導(dǎo)葉出水邊處的卡門渦頻率；②.降低固定導(dǎo)葉尾流區(qū)的渦列能量；③.降低固定導(dǎo)葉出水邊處出現(xiàn)卡門渦共振的幾率；④.由于固化了固定導(dǎo)葉出水邊中間大部分區(qū)域的截面形狀的最佳形式，減少了需多次進(jìn)行數(shù)值模擬分析才能確定出水邊截面形狀的環(huán)節(jié)，縮短了固定導(dǎo)葉的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和生產(chǎn)周期。
文檔編號(hào)F03B13/18GK102269104SQ20111018406
公開日2011年12月7日 申請(qǐng)日期2011年7月4日 優(yōu)先權(quán)日2011年7月4日
發(fā)明者呂桂萍, 龐立軍, 鐘蘇, 陳光輝 申請(qǐng)人:哈爾濱電機(jī)廠有限責(zé)任公司