[发明专利]混流式水轮机转轮叶片出口边修型方法

说明书

本发明公开了一种混流式水轮机转轮叶片出口边修型方法，包括以下步骤：a、截出叶片翼型，确定叶片出口边修型区域；b、修型后叶片背面型线与修型前叶片背面型线通过圆弧过渡，半径R为修型前叶片出口边厚度t₁的4‑7倍；c、确定叶片出口边修型最终几何尺寸；d、确定子母样板和叶片背面圆弧样板尺寸并一体加工；e、在叶片出口边上划线，确定修型后叶片出口背压边最终位置；f、调整叶片出口边角度直至满足子母样板尺寸；g、修磨叶片背面圆弧，直到满足叶片背面圆弧样板尺寸。本发明能预防或消除因转轮出口卡门涡街诱发的叶片水力弹性共振所产生的水轮机啸声和叶片裂纹，提高混流式水轮机转轮的结构整体性和水轮机的运行安全性。

技术领域

本发明涉及到水轮机领域，尤其涉及一种混流式水轮机转轮叶片出口边修型方法。

背景技术

在混流式水轮机所有流动致振问题中，因转轮叶片出口卡门涡街诱发的共振是一种破坏力极强的水力弹性振动。这种共振一旦出现，水轮机运行时会出现啸声，并在很短时间内引起转轮叶片大面积裂纹。由混流式水轮机转轮叶片出口卡门涡街诱发的共振通常出现在转轮具有高流速的运行区，即通常出现在混流式水轮机的高负荷运行区。此外，啸声的频率高，且啸声的频率随着水轮机负荷的增加而增大。因此，在实际工程中，准确识别这种共振现象并不困难。

引起共振的根本原因是转轮叶片出口卡门涡街的频率与转轮叶片在水下的固有频率重合或相近。

混流式水轮机转轮叶片出口卡门涡街的频率可以用下列公式计算：式中，f_k为卡门涡街频率，单位Hz；S为斯特鲁哈数，它与雷诺数有关，在反击式水轮机中，S＝0.18-0.24；W为叶片边界层外的相对速度，单位m/s；t为脱流的尾迹宽度，单位m，该尾迹宽度为叶片出口边厚度、叶片正面边界层厚度、叶片背面边界层厚度三者之和。就目前的技术而言，虽然通过转轮叶片流体动力学分析可以准确给出叶片边界层外的相对速度W，但要准确计算叶片出口边脱流的尾迹宽度t仍有难度。其次，由于斯特鲁哈数S与雷诺数相关，针对水轮机转轮叶片出口卡门涡街频率的计算，斯特鲁哈数S仍只能采用实验室对平板或圆柱等绕流体的实验结果，是一个经验值。因此，在转轮叶片设计阶段仍然无法准确计算出转轮叶片出口卡门涡街的频率。

此外，就目前的技术而言，转轮叶片在水下的固有频率还难于通过模态分析准确地定量确定，这也为错开卡门涡街频率与转轮叶片水下固有频率带来新的难度。因此，目前的情况是，只有在混流式水轮机投入运行后被确认确实出现了转轮叶片出口卡门涡街诱发共振时，才能被动的进行补救。

处理该共振问题最有效的方法是通过修型叶片出口边型线来提高混流式水轮机转轮叶片出口卡门涡街的泄出频率，以便与转轮叶片的水下固有频率错开。提高转轮叶片出口卡门涡街泄出频率的另一个好处是，卡门涡街频率一旦提高，涡街能量将减弱，能量小的涡街很难激起共振。

公开号为CN 97143455A，公开日为2017年09月08日的中国专利文献公开了一种减轻混流式水泵水轮机无叶区压力脉动危害的方法，其特征在于，包括对混流式水泵水轮机所做的以下两方面的优化：1)将混流式水泵水轮机转轮高压侧叶片倾斜布置，使叶片的进水边骨线与轴线方向的夹角Φ不小于15°；2)在保证混流式水泵水轮机转轮及其叶片刚强度要求的基础上再增加2～3个叶片，其目的是减小转轮高压侧叶道间距，以缩小脱流漩涡的发展空间。

该专利文献公开的减轻混流式水泵水轮机无叶区压力脉动危害的方法，是在无叶区压力脉动产生原因的基础上提出的，仅能够减轻混流式水泵水轮机无叶区压力脉动的危害，不能预防或消除因转轮出口卡门涡街诱发叶片水力弹性共振所产生的水轮机啸声和转轮叶片裂纹。

发明内容

本发明为了克服上述现有技术的缺陷，提供一种混流式水轮机转轮叶片出口边修型方法，本发明通过对混流式水轮机转轮叶片出口边背面型线进行修型，能够有效预防或消除因转轮出口卡门涡街诱发的叶片水力弹性共振所产生的水轮机啸声和转轮叶片裂纹，从而提高混流式水轮机转轮的结构整体性和水轮机的运行安全性。