[發明專利]反擊式水輪機的座環

在審

• 申請號: 201810374133.3
• 申請日: 2018-04-24
• 公開（公告）號: CN108386304A
• 公開（公告）日: 2018-08-10
• 發明（設計）人: 石清華;龔莉;龔英;周小南;劉輝
• 申請（專利權）人: 東方電氣集團東方電機有限公司
• 主分類號: F03B3/18
• 分類號: F03B3/18;F03B3/00;F03B11/00
• 代理公司: 成都天嘉專利事務所(普通合伙) 51211
• 代理人: 趙凱

本發明公開了一種反擊式水輪機的座環，屬于水輪機技術領域，包括上環板、下環板和固定于上環板和下環板之間的多個固定導葉，其特征在于：所述固定導葉上設置有尾翼，尾翼固定在固定導葉的出水邊中部上，所述尾翼呈柱狀，尾翼的橫截面呈梯形，由尾翼底邊、尾翼出水邊、第一尾翼側邊和第二尾翼側邊圍成，尾翼底邊長度與固定導葉的出水邊長度相等，所述尾翼底邊與尾翼出水邊平行，且尾翼底邊長度大于尾翼出水邊長度。本發明能夠提高卡門渦街的激振頻率，降低卡門渦街的激振能量，能夠將固定導葉出口卡門渦街頻率與固定導葉固有頻率錯開，防止產生水力彈性共振，避免固定導葉發生裂紋和水輪機產生嘯聲，保障水輪機的工作穩定性。

技術領域

本發明涉及到水輪機技術領域，尤其涉及一種反擊式水輪機的座環。

背景技術

反擊式水輪機的固定導葉具有兩個功能，其一，作為過流部件，將來自水輪機蝸殼的水流均勻地導入活動導葉；其二，作為受力部件，將整個水輪發電機組的重量傳遞到混凝土基礎上。由于反擊式水輪機水力設計技術的進步，采用最新技術設計的固定導葉很少出現水力彈性共振問題。但有兩個原因仍使這一共振現象在一些已投運的反擊式水輪機上偶有發生，一是現有的水力設計技術還難于對固定導葉出口卡門渦街的頻率進行準確預測；二是反擊式水輪機的大型化和固定導葉厚度的減小使得固定導葉的剛度降低，從而降低了固定導葉的固有頻率，增大了固定導葉出口卡門渦街頻率與固有頻率重合而產生共振的可能性。一旦出現這種共振，水輪機運行中將出現嘯聲，并在很短的時間內造成固定導葉裂紋。

卡門渦街的形成主要是固定導葉型線設計不良，在固定導葉正、背面出口附近產生流動分離，正、背面的流動分離渦呈交錯脫落所致。卡門渦街的頻率為其中f_k為卡門渦街頻率Hz；S為斯特魯哈數，它與雷諾數有關，在反擊式水輪機中，S＝0.18～0.24；V為邊界層外的主流速度m/s；t為脫流的尾跡寬度m，該尾跡寬度為固定導葉出水邊厚度、正面邊界層厚度、背面邊界層厚度三者之和。一旦固定導葉出口卡門渦街頻率與固定導葉在水下的低階固有頻率相等或相近，就會出現水力彈性共振。要消除此共振，理論上只需將兩種頻率錯開即可，即要么提高卡門渦街頻率，要么提高固定導葉的固有頻率。而從已投運反擊式水輪機工程實踐的可行性上講，通過增加固定導葉剛度來提高其固有頻率變得十分困難。因此，在現有技術中，通常不采用改變固定導葉固有頻率的方法，而主要采用提高固定導葉出口卡門渦街頻率的方法來消除這種共振。采用提高卡門渦街頻率的方法不僅錯開了與固定導葉固有頻率重合，還能大大降低卡門渦街的能量，因為卡門渦街頻率一旦提高，其渦街的能量將大大削弱，從而極大地降低了卡門渦街激起共振的可能性。

現有技術中，為了提高固定導葉出口卡門渦街頻率，最常用的方法是對固定導葉背面進行修型，通過修改固定導葉出水邊附近固定導葉背面的型線，并減薄固定導葉出水邊的厚度，減少固定導葉出水邊脫流，降低固定導葉出水邊脫流點尾跡寬度，提高卡門渦街頻率，降低渦街能量，從而達到消除共振的目的。然而采用這種修型方法卻存在以下缺點，其一，由于卡門渦街頻率和固定導葉固有頻率理論上很難準確給出，因此固定導葉尾部的修型量很難確定，也就是說，對固定導葉出水邊進行修型不能確保一蹴而就，很多情況下需要進行多次修型才能徹底消除卡門渦街引起的共振問題，工程實施難度大，周期長，成本也高；其二，固定導葉是反擊式水輪機最重要的受力部件，對固定導葉出水邊進行修型多少會降低固定導葉的機械強度；其三，對固定導葉出水邊進行修型多少會改變固定導葉的固有頻率，這也為卡門渦街激振頻率與固定導葉固有頻率之間的錯頻帶來了新的不確定性。

公開號為CN 201047332Y，公開日為2008年04月16日的中國專利文獻公開了一種水輪機座環，包括上環板和下環板、周向均布焊接在上環板和下環板之間的一個個固定導葉、與上環板焊接的上固定圈和上固定環、與下環板焊接的下固定圈和下固定環，其特征是：所述上固定圈和上固定環焊接在上環板的下端面，上固定環外圓上焊接有環形導流板，環形導流板與上環板之間均布焊接有筋板；下固定圈和下固定環焊接在下環板的上端面，下固定環外圓上焊接有環形導流板，環形導流板與下環板之間均布焊接有筋板。