專利名稱：活動導(dǎo)葉的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
活動導(dǎo)葉技術(shù)領(lǐng)域[0001]本實用新型涉及一款混流式水輪機用活動導(dǎo)葉，能夠顯著提高混流式水力發(fā)電機 組在部分負(fù)荷的水力穩(wěn)定性能。
背景技術(shù)：
[0002]目前，大型混流式水輪機水力設(shè)計和結(jié)構(gòu)設(shè)計的主要任務(wù)是保持和進一步提高機 組的能量特性，進一步擴大水輪機的穩(wěn)定運行范圍，提高機組可利用率。由于電網(wǎng)調(diào)度的需 要，許多水電站作為調(diào)峰電站運行，水輪機運行在偏離最優(yōu)點的部分負(fù)荷工況區(qū)在所難免， 而在部分負(fù)荷工況下運行往往會發(fā)生機組振動。因此提高部分負(fù)荷區(qū)的水力穩(wěn)定性是非常 有意義的。[0003]大量的研究工作揭示，混流式水輪機轉(zhuǎn)輪的流體動力學(xué)特性是影響水力振動的根 本原因。當(dāng)水輪機在部分負(fù)荷工況(小開度和小流量)運行時，水流通過小開度的導(dǎo)水機 構(gòu)后突然擴散，在轉(zhuǎn)輪進口處軸面速度減小而圓周速度增大，在離心力的作用下大部分水 流沿近下環(huán)區(qū)域的葉片流道通過轉(zhuǎn)輪，在近上冠區(qū)域的轉(zhuǎn)輪流道和轉(zhuǎn)輪中心。形成回流區(qū)、 死水區(qū)和如圖1所示的氣蝕渦帶。氣蝕渦帶的形成主要取決于導(dǎo)葉開度的大小，基本上不 受水頭變化和裝置氣蝕系數(shù)(吸出高度)變化的影響。氣蝕渦帶的形成、消逝和運動形態(tài) 具有極不穩(wěn)定的隨機瞬變特性，它是可能產(chǎn)生強烈的低頻壓力脈動的主要振源，壓力脈動 頻率一般為轉(zhuǎn)速頻率的1/5 1/2。[0004]由于混流式水輪機是固定葉片式的水力機械，在偏離最優(yōu)工況時，活動導(dǎo)葉開度 的變化造成水流角度發(fā)生變化，必然對葉片的壓力面或吸力面進行沖擊，引起脫流、漩渦， 降低效率，甚至進一步發(fā)展形成葉道渦，產(chǎn)生中、高頻的壓力脈動，對機組的穩(wěn)定工作構(gòu)成 威脅。例如，巴基斯坦塔貝拉電站13#、14#機組在高水頭(135.6 m)、60%出力運行時就出 現(xiàn)了嚴(yán)重的葉道渦，被迫停機檢查，發(fā)現(xiàn)葉片進口上冠處和尾水管進口處出現(xiàn)了裂縫。[0005]葉道渦的產(chǎn)生主要是由于轉(zhuǎn)輪葉片進水邊的沖角過大引起的，由于從上冠到下 環(huán)，葉片進口邊的安放角不同，且從導(dǎo)葉出口到葉片進口的距離不同，使葉片靠上冠部分對 水流角度變化比較敏感，一般情況下，在高水頭、小開度運行時，葉片進水邊靠上冠部分先 出現(xiàn)葉道渦。[0006]圖2所示是某典型混流式水輪機的綜合特性曲線，在最優(yōu)點的左邊，導(dǎo)葉開度較 小的運行范圍內(nèi)出現(xiàn)了葉道渦初生線及葉道渦發(fā)展線。通常水電站都將此區(qū)域標(biāo)識為“禁 止運行區(qū)域”。發(fā)明內(nèi)容[0007]為了提高混流式水輪機在部分負(fù)荷時的穩(wěn)定性，擴大水輪機組的安全穩(wěn)定運行范 圍，本實用新型設(shè)計了一款新型的異性導(dǎo)葉，該導(dǎo)葉結(jié)構(gòu)簡單，而且對原機組的設(shè)計改動較 小，因此實用效果明顯。[0008]本實用新型所采用的技術(shù)方案是活動導(dǎo)葉通過在現(xiàn)有的活動導(dǎo)葉出口增加一個小翼，來改變導(dǎo)葉出口的幾何角度，增大了部分負(fù)荷活動導(dǎo)葉小開度工況下的液流角，從而減少了轉(zhuǎn)輪葉片頭部的水流沖擊。[0009]導(dǎo)葉出口和轉(zhuǎn)輪葉片之間的無葉區(qū)可以認(rèn)為水流做自由渦運動，假設(shè)導(dǎo)葉出口液流角為％,導(dǎo)葉出水邊半徑為轉(zhuǎn)輪葉片進口絕對液流角為O1，轉(zhuǎn)輪葉片進口半徑為I 。則#，由速度合成三角形法則有■_ ccI Λπι_β βΤ,=為轉(zhuǎn)輪進口的相對液流角，ρ 為轉(zhuǎn)輪進口絕對速i A _ ■ Aa_._asterW度的切向分量，c·=^-為為轉(zhuǎn)輪進口軸面速度，TJ為旋轉(zhuǎn)線速度。￥=爲(wèi)為轉(zhuǎn)輪葉片進口幾何角度與液流角度的差值，當(dāng)=0時，葉片進口的沖擊最小，隨著水輪機運行偏離最優(yōu)工況點的程度加大^也隨之加大。常規(guī)的活動導(dǎo)葉從下到上的截面形狀和位置相同，導(dǎo)葉安放角相同，導(dǎo)葉區(qū)水流的出流角相同。在高水頭、小流量工況下，由于混流式水輪機固有的特點，相同出流角的導(dǎo)葉區(qū)水流進入轉(zhuǎn)輪區(qū)后，在轉(zhuǎn)輪的上冠的沖角句J比下環(huán)大，上冠背面的脫流嚴(yán)重，可能形成葉道渦。[0010]本實用新型的特點是通過在活動導(dǎo)葉出水邊設(shè)計新型的〃小翼〃結(jié)構(gòu)，實際上是改變了水流的出流角度；通過幾何參數(shù)的優(yōu)化，最終達到減緩或消除部分負(fù)荷工況下的轉(zhuǎn)輪葉片進口沖擊。


[0011] 圖1為本實用新型結(jié)構(gòu)示意圖；[0012]圖2所示的氣蝕渦帶；[0013]圖3混流式水輪機綜合特性曲線；[0014]圖4常規(guī)導(dǎo)葉的速度矢量圖；[0015]圖5新型導(dǎo)葉的速度矢量圖；[0016]圖6本實用新型結(jié)構(gòu)方案A的示意圖-軸面投影圖；[0017]圖7本實用新型結(jié)構(gòu)方案B的示意圖-軸面投影圖；[0018]圖8本實用新型結(jié)構(gòu)方案A的示意圖-立體圖；[0019]圖9本實用新型結(jié)構(gòu)方案B的示意圖-立體圖；[0020]圖10本實用新型結(jié)構(gòu)示意圖-導(dǎo)葉與轉(zhuǎn)輪區(qū)域俯視投影圖；[0021]圖11本實用新型結(jié)構(gòu)示意圖-導(dǎo)葉與轉(zhuǎn)輪區(qū)域俯視投影圖。
具體實施方式
[0022]活動導(dǎo)葉，其特征在于在現(xiàn)有的活動導(dǎo)葉出口增加一個小翼。
權(quán)利要求1.活動導(dǎo)葉，其特征在于在活動導(dǎo)葉出口增加一個小翼。
專利摘要本實用新型涉及的活動導(dǎo)葉通過在現(xiàn)有的活動導(dǎo)葉出口增加一個小翼，來改變導(dǎo)葉出口的幾何角度，增大了部分負(fù)荷活動導(dǎo)葉小開度工況下的液流角，通過幾何參數(shù)的優(yōu)化，最終達到減緩或消除部分負(fù)荷工況下的轉(zhuǎn)輪葉片進口沖擊。
文檔編號F03B3/18GK202883215SQ20122008914
公開日2013年4月17日 申請日期2012年3月12日 優(yōu)先權(quán)日2012年3月12日
發(fā)明者劉勝柱 申請人:浙江富春江水電設(shè)備股份有限公司