[發明專利]一種改造混流式水輪機止漏環處消除強振的方法

有效

• 申請號: 200810229284.6
• 申請日: 2008-12-04
• 公開（公告）號: CN101440771A
• 公開（公告）日: 2009-05-27
• 發明（設計）人: 徐珍懋;張雪源;劉春林;方仁治;陳凱
• 申請（專利權）人: 東北電力科學研究院有限公司
• 主分類號: F03B11/04
• 分類號: F03B11/04
• 代理公司: 沈陽智龍專利事務所
• 代理人: 宋鐵軍

一、技術領域：本發明涉及混流式水輪機止漏環結構，特別是按本方法改造后，混流式水輪機由尾水管脈動壓力引起的強振基本消除，屬于水輪發電機組主要部件轉輪領域的結構改進。

二、背景技術：近20幾年，我國新投產的大型混流式水輪發電機組，普遍存在尾水管壓力脈動大，造成水輪機葉片裂紋，機組存在強振區必須避開運行問題。例如劉家峽機組在20~30％額定出力，尾水管脈動壓力達20％(ΔH/H)左右，脈動壓力頻率為1.2倍額定轉頻。機組功率50％左右尾水管渦帶脈動壓力10％，頻率為0.2~0.25倍轉頻，這兩個強振區范圍占額度功率60％以上，必須避開運行。劉家峽機組強振特點帶有普遍性，尤其是渦帶脈動壓力區，更是混流式水輪機都存在的必然規律。因此，必須尋找一種降低混流式水輪機尾水管脈動壓力行之有效方法。通過大量試驗證明，對水輪機轉輪止漏環改造是一種明智選擇。中外專利文獻表明，該項改造技術還沒有先例，必須不失時機地將這一技術開發出來。

三、發明內容：

1、發明目的：本發明提供一種混流式水輪機止漏環結構的改進，其目的在于解決混流式水輪發電機組存在強振的問題，拓寬水輪發電機組穩定運行范圍。

2、技術方案：本發明是通過以下技術方案來實現的：

一種改造混流式水輪機止漏環處消除強振的方法，其特征在于：該方法是?在混流式水輪發電機葉片的止漏環處的進口間隙要大于或等于止漏環處的出口間隙。

所述的止漏環設置在出口。

在混流式水輪發電機葉片的止漏環處設有兩道進口間隙。

電站下游水位要低于止漏環高程。

3、優點及效果：本發明通過改造混流式水輪機止漏環結構，能夠基本消除由混流式水輪機尾水管脈動壓力引起的強振，杜絕了因水管脈動壓力引起的水輪機葉片裂紋，完全解決了這方面的機組維修，同時也解決了強振區必須避開運行的問題，拓寬水輪發電機組穩定運行范圍。

四、附圖說明：

圖1為傳統止漏環的主要結構示意圖；

圖2為本發明止漏環的主要結構示意圖；

圖3為放大因數與水導擺度關系圖(b₁≥b₂)；

圖4為放大因數與水導擺度關系圖(b₁<b₂)；

圖5為本發明從物理概念上的理解圖；

圖6為圖1和圖2在一個混流式水輪機上的體現圖。

五、具體實施方式：

混流式水輪機傳統結構的止漏環(見圖1所示)(b₁<b₂)，這種止漏環結構普遍存在自激脈動壓力，是造成水輪機強振的主要原因。采用兩道止漏環見(圖2)(b₁＝b₂)是一種“零反饋結構”，是對機組穩定和效率都有好處的好結構。若將止漏環設在出口(b₁>b₂)也可以減少脈動壓力，但間隙值太小易發生碰磨，建議設計采用(b₁≥b₂)原則適當選擇間隙。另外電站的運行經驗和實測也證明，當電站下游水位低于止漏環高程時，不論何種結構止漏環，?都不會發生自激脈動壓力，這是機組發生強振的外因，因此在設計水輪機安裝高程時盡量高一些，這對機組穩定運行和檢修方便都有好處。

我們從實踐中發現，尾水管脈動壓力的頻率一般都是和水輪機擺度(即轉輪橫向位移)相同。可見尾水管脈動壓力與轉輪止漏環空間壓力有關，這也在我們實測中得到證實。所以本發明人認為原形水輪機尾水管壓力過高，就是由于轉輪止漏環擺度“自激振動”，放大了水輪機原有的初始脈動壓力造成的。所謂“自激振動”就是在一個振動系統內，振動的外力和振動的幅值有函數關系，且是正反饋。即在某工況運行時，初始的外力引起一定的振幅(擺度)，這個振幅又反饋一個外力，增大的外力又使振幅增大、、、、，這種正反饋惡性循環，會使振動的外力被放大數倍甚至幾十倍，因此機組出現強振。

止漏環空間為什么會發生自激脈動壓力，這與止漏環結構有關，止漏環空間是一個漏水過流空間，傳統結構如圖1，運行中由于轉輪的擺度，引起止漏環間隙周期性變化，造成流體的動量變化，從而自激該空間流體壓力脈動。壓力脈動的幅值與擺度成正比，其頻率與擺度相同。我們根據實踐經驗，理論推求，止漏環空間壓力脈動公式如下：