[發明專利]預防水輪機固定導葉卡門渦振動的出水邊截面形狀

無效

• 申請號: 201110184065.2
• 申請日: 2011-07-04
• 公開（公告）號: CN102269104A
• 公開（公告）日: 2011-12-07
• 發明（設計）人: 龐立軍;呂桂萍;陳光輝;鐘蘇
• 申請（專利權）人: 哈爾濱電機廠有限責任公司
• 主分類號: F03B13/18
• 分類號: F03B13/18
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及一種預防水輪機固定導葉卡門渦振動的出水邊截面形狀。

背景技術

目前，發生在水電機組水輪機固定導葉出水邊處的卡門渦振動問題受到了當前業內人士的普遍關注。由卡門渦共振引起的機組振動、異常噪聲以及部件的疲勞破壞等問題，嚴重影響了機組的正常運行，給電站造成了巨大的經濟損失。通常情況下，采用出水邊修型可以起到錯頻、消振效果，可以達到消除卡門渦共振的目的。

發明目的

本發明的目的是提供一種提高固定導葉出水邊處的卡門渦頻率，降低渦列能量的預防水輪機固定導葉卡門渦振動的出水邊截面形狀。本發明的技術方案為：一種預防水輪機固定導葉卡門渦振動的出水邊截面形狀，固定導葉上端面與座環上環板焊接為一體，固定導葉下端面與座環下環板焊接為一體，在固定導葉出水邊中間大部分區域的背壓面為打斜坡光滑過渡，在斜坡結束處采用小R值圓弧過渡。本發明的優點是：①.提高固定導葉出水邊處的卡門渦頻率；②.降低固定導葉尾流區的渦列能量；③.降低固定導葉出水邊處出現卡門渦共振的幾率；④.由于固化了固定導葉出水邊中間大部分區域的截面形狀的最佳形式，減少了需多次進行數值模擬分析才能確定出水邊截面形狀的環節，縮短了固定導葉的結構設計和生產周期。

本發明的工作原理：

由于水輪機固定導葉出水邊處的剛度較弱，容易激發由于水力因素引起的卡門渦共振問題，導致機組出現振動和異常噪聲，在交變載荷的作用下使部件出現疲勞裂紋。在機組運行情況下，上游水庫中的水沿著流道進入水輪機蝸殼，通過座環的固定導葉，途經活動導葉，最終水沖擊轉輪葉片，轉輪葉片在水流的作用下，進行旋轉，從而達到將水的勢能轉換成旋轉機械能的目的，這種旋轉機械能量通過發電機轉子和定子之間的鐵心、磁極、磁軛等，將旋轉機械能轉換成電能，從而達到發電的目的。

本發明的工作過程：

水輪機的主要功能就是將水的勢能轉換成旋轉機械能，而水流在流道通過時固定導葉是主要的過流部件之一。在外界水流的作用下，由于固定導葉出水邊處的剛度較弱，容易激發由于水力因素引起的卡門渦共振問題，導致機組出現振動和異常噪聲，在交變載荷的作用下使部件出現疲勞裂紋。又因為預防和消除卡門渦共振現象的最佳方法是對出水邊進行截面修型。因此對固定導葉出水邊進行合理選型，才能達到保證結構剛強度性能和預防卡門渦共振的目的。

附圖說明

圖1水輪機固定導葉結構圖的主視圖

圖2為圖1的俯視圖

圖3水輪機固定導葉的出水邊截面形狀示意圖

圖4預防水輪機固定導葉卡門渦振動的出水邊截面形狀示意圖

具體實施方式

如圖1、圖2所示，一種預防水輪機固定導葉卡門渦振動的出水邊截面形狀，固定導葉1上端面與座環上環板焊接為一體，如圖3所示，固定導葉下端面與座環下環板焊接為一體，在固定導葉出水邊2中間大部分區域的背壓面為打斜坡光滑過渡，在斜坡結束處采用小R值圓弧過渡。

所述的光滑過渡為：斜坡與固定導葉本體出現的尖角處為倒圓角設計。

通過對固定導葉進行數值模擬分析發現，出水邊為鈍邊設計的固定導葉在尾流區容易出現脫流現象，出現卡門渦列。需要通過對出水邊進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，不同的截面形狀對預防和消除卡門渦列存在一定影響。同時，截面形狀是受到結構剛強度水平限制的。如圖3所示出水邊截面形狀是經過對多種方案進行數值模擬分析對比得出的。本實用型專利是應用數值模擬分析手段，結合固定導葉幾何尺寸的大小和實際運行工況，合理確定的截面形狀。如圖3所示的出水邊截面形狀，可以有效預防固定導葉出水邊處出現卡門渦列，保證在短時間內完成固定導葉的結構設計，縮短分析周期，提高工作效率。

圖4中，L為修型長度，表示固定導葉出水邊的修型長度范圍R1過渡圓角半徑，表示斜坡與固定導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葉正壓面的夾角。