[發明專利]混流式水輪機轉輪葉片的出水邊

無效

• 申請號: 201210024873.7
• 申請日: 2012-02-06
• 公開（公告）號: CN102562415A
• 公開（公告）日: 2012-07-11
• 發明（設計）人: 張樹邦;王威;宮讓勤;高海軍;孔凡瑞
• 申請（專利權）人: 哈爾濱電機廠有限責任公司
• 主分類號: F03B3/12
• 分類號: F03B3/12
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域：本發明涉及一種混流式水輪機轉輪葉片的出水邊。

技術背景：轉輪是水輪機最核心的部件，決定了機組對水能的利用率和能否安全穩定運行，而葉片是轉輪的最關鍵的部件。對于大中型混流式水輪機，葉片裂紋問題一直困擾著業內人士，特別是隨著中國水輪機研發和制造技術的不斷進步，以及業主對電站經濟效益越來越高的要求，中國水電站向大容量及超大容量的方向發展，機組尺寸越來越大。隨著混流式轉輪尺寸的增加，葉片裂紋和出口卡門渦問題越發顯得突出。

發明內容：本發明的目的是提供一種能夠減小葉片出口與上冠、下環處的應力，而且有效降低出口的繞流能量，從而防止葉片裂紋和出口卡門渦振動的混流式水輪機轉輪葉片的出水邊。本發明采用如下技術方案：一種混流式水輪機轉輪葉片的出水邊，葉片包括葉片本體、上冠處降應力三角塊和下環處降應力三角塊，在葉片靠近上冠和下環處帶有附加三角形；中三角塊、三角塊的尺寸確定：P1至P2的空間距離為D₁/40～D₁/20且不小于75mm；D1為混流式轉輪進口公稱直徑，P1至P3的空間距離為D₁/30～D₁/15且不小于100mm；P4至P5的空間距離為P1至P2的空間距離的1/2；P4至P6的空間距離為P1至P3的空間距離的1/2；上冠處降應力三角塊2的厚度可選取為0.007～0.008倍D₁，下環處降應力三角塊3的厚度可選取為0.005～0.006倍D₁；葉片出水邊點P3至P6之間部分采用防卡門渦的形狀，葉片出水邊厚度為H，出水邊導圓角度取45°，出水邊導圓半徑R取3～4倍H；葉片在加工制造過程中，P2、P5對應位置的出水邊形狀為方形，在轉輪焊接完成后，P3至P2及P6至P5的出水邊應打磨為防卡門渦出水邊向半圓形出水邊的光滑過渡。

本發明的技術方案會使混流式水輪機在以下方面獲益：

a)加強了葉片出口與上冠、下環連接位置(圖1中2、3區域)的剛強度；轉輪改進前后相關有限元強度分析計算表明，最大工作應力能降低20％左右。

b)通過對葉片與上冠、下環連接位置施加降應力三角塊能有效降低轉輪高應力區的應力，避免葉片與上冠、下環連接位置裂紋的產生，對多個電站的實際應用效果分析，轉輪的大修間隔時間可提高一倍以上。

c)通過采用防卡門渦的出水邊形狀，降低葉片出口卡門渦的能量，有效解決由葉片出口卡門渦引起的振動問題。

d)葉片出口角點在焊接完成前為方形，可提高該位置的剛度，減小數控加工及運輸過程中的變形，并提高該位置的可焊性能。焊接后還可提高三角區的剛度。

附圖說明：

圖1為葉片軸面出水邊示意圖

圖2為圖1的A-A剖視圖

圖3為圖1的I放大圖

圖4為圖1的II放大圖

圖5為葉片俯視圖

具體實施方式：

如圖1、圖5所示，葉片本體1、上冠處降應力三角塊2和下環處降應力三角塊3，在葉片靠近上冠和下環處帶有附加三角形；如圖1、圖5所示，三角塊2、三角塊3的尺寸確定：P1至P2的空間距離為D₁/40～D₁/20且不小于75mm；D₁為混流式轉輪進口公稱直徑，P1至P3的空間距離為D₁/30～D₁/15且不小于100mm；P4至P5的空間距離為P1至P2的空間距離的1/2；P4至P6的空間距離為P1至P3的空間距離的1/2；上冠處降應力三角塊2、下環處降應力三角塊3上冠處降應力三角塊2的厚度可選取為0.007～0.008倍D₁，下環處降應力三角塊3的厚度可選取為0.005～0.006倍D₁；圖1中葉片出水邊點P3至P6之間部分采用防卡門渦的形狀，如圖2中A-A剖面圖所示，其要點在于：葉片出水邊厚度為H，出水邊導圓角度取45°，出水邊導圓半徑R取3～4倍H；葉片在加工制造過程中，圖3中P2、圖4中P5對應位置的出水邊形狀為方形，在轉輪焊接完成后，由圖3中P3至圖3中P2及圖4中P6至圖4中P5的出水邊應打磨為防卡門渦出水邊向半圓形出水邊的光滑過渡。

通過上述降應力三角塊及葉片出水邊形狀的優化設計，使混流式水輪機葉片高應力區應力明顯降低，出口繞流能量大幅減小，有效防止葉片裂紋的產生和葉片出口卡門渦振動問題的出現。