[实用新型]预防水轮机固定导叶卡门涡振动的出水边截面形状

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种预防水轮机固定导叶卡门涡振动的出水边截面形状。 

背景技术

目前，发生在水电机组水轮机固定导叶出水边处的卡门涡振动问题受到了当前业内人士的普遍关注。由卡门涡共振引起的机组振动、异常噪声以及部件的疲劳破坏等问题，严重影响了机组的正常运行，给电站造成了巨大的经济损失。通常情况下，采用出水边修型可以起到错频、消振效果，可以达到消除卡门涡共振的目的。 

发明内容

本实用新型的目的是提供一种提高固定导叶出水边处的卡门涡频率，降低涡列能量的预防水轮机固定导叶卡门涡振动的出水边截面形状。本实用新型的技术方案为：一种预防水轮机固定导叶卡门涡振动的出水边截面形状，固定导叶上端面与座环上环板焊接为一体，固定导叶下端面与座环下环板焊接为一体，在固定导叶出水边中间大部分区域的背压面为打斜坡光滑过渡，在斜坡结束处采用小R值圆弧过渡。本实用新型的优点是：①.提高固定导叶出水边处的卡门涡频率；②.降低固定导叶尾流区的涡列能量；③.降低固定导叶出水边处出现卡门涡共振的几率；④.由于固化了固定导叶出水边中间大部分区域 的截面形状的最佳形式，减少了需多次进行数值模拟分析才能确定出水边截面形状的环节，缩短了固定导叶的结构设计和生产周期。 

本实用新型的工作原理： 

由于水轮机固定导叶出水边处的刚度较弱，容易激发由于水力因素引起的卡门涡共振问题，导致机组出现振动和异常噪声，在交变载荷的作用下使部件出现疲劳裂纹。在机组运行情况下，上游水库中的水沿着流道进入水轮机蜗壳，通过座环的固定导叶，途经活动导叶，最终水冲击转轮叶片，转轮叶片在水流的作用下，进行旋转，从而达到将水的势能转换成旋转机械能的目的，这种旋转机械能量通过发电机转子和定子之间的铁心、磁极、磁轭等，将旋转机械能转换成电能，从而达到发电的目的。 

本实用新型的工作过程： 

水轮机的主要功能就是将水的势能转换成旋转机械能，而水流在流道通过时固定导叶是主要的过流部件之一。在外界水流的作用下，由于固定导叶出水边处的刚度较弱，容易激发由于水力因素引起的卡门涡共振问题，导致机组出现振动和异常噪声，在交变载荷的作用下使部件出现疲劳裂纹。又因为预防和消除卡门涡共振现象的最佳方法是对出水边进行截面修型。因此对固定导叶出水边进行合理选型，才能达到保证结构刚强度性能和预防卡门涡共振的目的。 

附图说明

图1水轮机固定导叶结构图的主视图 

图2为图1的俯视图 

图3水轮机固定导叶的出水边截面形状示意图 

图4预防水轮机固定导叶卡门涡振动的出水边截面形状示意图 

具体实施方式

如图1、图2所示，一种预防水轮机固定导叶卡门涡振动的出水边截面形状，固定导叶1上端面与座环上环板焊接为一体，如图3所示，固定导叶下端面与座环下环板焊接为一体，在固定导叶出水边2中间大部分区域的背压面为打斜坡光滑过渡，在斜坡结束处采用小R值圆弧过渡。 

所述的光滑过渡为：斜坡与固定导叶本体出现的尖角处为倒圆角设计。 

通过对固定导叶进行数值模拟分析发现，出水边为钝边设计的固定导叶在尾流区容易出现脱流现象，出现卡门涡列。需要通过对出水边进行截面修型来消除卡门涡列。如图2所示，在选择合理截面形状方案的过程中，不同的截面形状对预防和消除卡门涡列存在一定影响。同时，截面形状是受到结构刚强度水平限制的。如图3所示出水边截面形状是经过对多种方案进行数值模拟分析对比得出的。本实用型专利是应用数值模拟分析手段，结合固定导叶几何尺寸的大小和实际运行工况，合理确定的截面形状。如图3所示的出水边截面形状，可以有效预防固定导叶出水边处出现卡门涡列，保证在短时间内完成固定导叶的结构设计，缩短分析周期，提高工作效率。 

图4中，L为修型长度，表示固定导叶出水边的修型长度范围R1过渡圆角半径，表示斜坡与固定导叶本体所形成的尖角处的倒圆 角半径R2圆弧半径，表示固定导叶出水边尾部圆弧半径θ斜坡角度，表示修型斜坡与固定导叶正压面的夹角。