[其他]臥軸轉槳式水輪機轉子室的支承結構

在審

• 申請號: 101986000004992
• 申請日: 1986-08-19
• 公開（公告）號: CN1005582B
• 公開（公告）日: 1989-10-25
• 發明（設計）人: 河井壽一郎;柳田勛
• 申請（專利權）人: 株式會社日立制作所
• 代理公司: 中國國際貿易促進委員會專利代理部
• 代理人: 馬江立;陳申賢

臥軸轉槳式水輪機轉子室的支承結構有相互連接的上半部和下半部支承部件，上半部支承部件可拆卸地與水輪機轉子室及下半部支承部件相連。轉子室被分為上下兩半，上半部由上半部支承部件支承，以便通過移動上半部支承部件來垂直移動轉子室的上半部和下半部，也可使轉子軸向移出而不與任何其它部件接觸。上半部支承部件為管狀，內裝有減振器以減弱轉子室中的振動。

本發明是有關對臥軸轉漿式水輪機的轉子室的支承結構所作的改進。

普通的燈泡形軸流式水輪機是一種臥軸轉槳式水輪機，它包括有軸向置于水流中的且容裝有發電機和主軸的燈泡體，和安裝在燈泡體的末端且與主軸相連的轉子，還有用以將水導入轉子的環繞燈泡體的外殼，控制進入轉子水流的可調導葉，外導葉殼以及環繞轉子的轉子室。轉子有許多可調導葉，該葉片尖的設置應使葉片尖旋轉的軌跡呈半球形，以便葉片在打開或關閉時，其葉片尖都能置于同樣的半球形旋轉軌道上。轉子室軸向置于外導葉殼和導流管之間，以便減少水流損失，轉子室有一半球形內面，其內面對著轉子上的葉片尖，其間形成很小的密封空隙，其內面與半球形同心，因而緊挨轉子順流側形成喉部。喉部的直徑小于轉子葉片的直徑。

轉子室固定在逆流端的外導葉殼上，在下游端轉子室及導流管之間留有空隙，以便于安裝、拆卸轉子室。空隙由活動凸緣裝置密封以防水泄漏。

外導葉殼和轉子室的組合體未用混凝土之類的材料加以覆蓋，而是暴露在外。以各外導葉殼的上游端點和轉子室為轉軸，外導葉殼和轉子室由于它們自身的重量和水的重量而偏斜。這種偏斜隨著渦輪機功率的增加而增大。起初，臥軸式水輪機用于低壓水頭，臥軸式水輪機中采用的管狀結構的殼體的厚度比其它各類水輪機的要薄，因而管狀結構的剛度小，結果它的彈簧常數和自然振動頻率也小。當自然振動頻率與由水壓引起的振動頻率fr相一致時，便產生了共振，因而有時便導致大的麻煩，比如結構斷裂，以及轉子葉片與轉子室相接觸。此外，當水輪機工作于半載或超載狀態時，在轉子下游側易于產生沖擊水流，而導致渦流和水壓振動的產生。因此，轉子室中易于引起振動。特別是由于臥軸轉槳式水輪機的轉子室未用混凝土加以覆蓋（如上所述），并由于水輪機是軸向安裝的，管狀結構易于彎曲，而抗彎曲剛度和彈簧常數不能足夠大，因而有時產生共振和非同尋常的振動。

普通的轉子室由一對支承腳和混凝土柱來支承，該混凝土柱與支承腳和混凝土臺或基座相連。各支承腳安裝在喉部轉子室的邊緣。

在垂直方向與轉子室連成一體的支承腳和混凝土柱的彈簧常數Kc通常要定得比由轉子室和外導葉殼構成的軸向管狀結構的彎曲彈簧常數Kb值高。下面為總彈簧常數Kt的等式：

Kc要比Kb大得多，因此Kt差不多等于Kb。也就是說，管狀結構的彈簧彎曲常數僅取決于彎曲彈簧常數。支承腳和混凝土柱一旦安裝完畢就無法調整其剛度，因此一旦由總彈簧常數Kt所定的管狀結構的自然振動頻率fn等于水壓振動頻率fr，結構就會產生共振，便出現上述的大麻煩。其中，M為管狀結構的質量。

目前，在設計階段還不足以準確地預料是否會產生共振。因此，這類麻煩就有可能相對頻繁地產生。如上所述，轉子室的支承腳和混凝土柱構成的支承結構不能改變剛度，因此除加固結構外無法轉移由轉子室和外導葉殼構成的管狀結構的共振點。這種加固耗費大量時間和資金，此外還有技術上的困難，因為由加固而引起的變形必須要小。

此外，當水輪機處于開機或緊急停機這類轉換操作時，瞬間便會產生大幅度的振動。

在普通結構中，振動體，也就是支承架和管狀結構，不能提高減振效力。減振效力不得不僅僅依賴于由結構材料內部產生的摩擦而實現固體減振，因此，瞬間產生的大幅度振動不易消除，振動體長期處于危險狀態。同時，結構可能會出現問題，使轉子葉片與轉子室相接觸。

此外，普通的結構除了與振動有關的問題之外，從經濟角度看也有缺陷。