[发明专利]一种减轻混流式水轮机大负荷鼓形涡带危害的方法

说明书

本发明公开了一种减轻混流式水轮机鼓形涡带引起压力脉动危害的方法，1)在选择混流式水轮机的转轮时，选择最优工况点单位流量的1.2倍大于额定工况点单位流量的转轮；2)选用泄水锥的出口直径D₅小于转轮出水边与上冠相交处直径D₄的0.4倍；3)对于已发生大负荷鼓形涡压力脉动危害的电站，对转轮进行更新改造时，将转轮内侧的叶片出水边安放角加大3°～5°，本发明的方法能够减小鼓形涡带空腔体积，减小空腔膨胀‑收缩带来的冲击力，减轻其对转轮及尾水管底板等危害；减轻机组振动及降低噪声，避免或减轻转轮的叶片、尾水管底板撕裂危险。

技术领域

本发明涉及一种减轻混流式水轮机大负荷鼓形涡带危害的方法，目的是减轻或消除发生在混流式水轮机大负荷运行区、由鼓形涡压力脉动引起的剧烈振动，属于水力机械技术领域。

背景技术

混流式水轮机尾水管涡带压力脉动是造成机组振动超标、电站不能稳定运行的主要原因之一，给国内外许多水电站带来了机组振动、摆度大和噪音大、厂房振动大等问题，有的甚至造成尾水管撕裂、转轮叶片断裂掉块、厂房剧烈振动等破坏，危害极大。尾水管涡带压力脉动包括两部分，即部分负荷压力脉动和大负荷压力脉动。部分负荷压力脉动常出现在40％～80％导叶开度区，属偏心涡带压力脉动，涡带呈螺旋状。而大负荷涡带压力脉动多发生于额定负荷及超负荷运行区，运行于最大导叶开度附近，涡带多为鼓形(见图1)。该类型涡带最突出的特征是其涡带基本没有偏心，为直涡，在空化系数较小、单位流量较大工况空化空腔直径比较粗，多数呈鼓形或葫芦状。

尾水管直涡虽没有偏心涡带压力脉动那样强大的偏心力，其破坏力一样惊人，常会造成转轮叶片出水边撕裂掉块，尾水管底板开裂，振动和噪声也非常强烈。究其原因，是因为该直涡在较小空化系数下，会发展成鼓形涡或葫芦状涡，会因为空化空腔的膨胀-收缩而产生纵波压力脉动，导致上下游水体的上下窜动，作用在转轮出水边造成转轮叶片断裂，作用在尾水管底板造成底板撕裂。

但是，从已经公开的文献资料来看，过去的研究多着重于尾水管偏心涡带，对直涡研究较少，自然也很少提出能解决该类问题的行之有效措施。因此，有必要研究尾水管直涡压力脉动的产生及危害机理，并在此基础上有针对性的提出减轻该压力脉动的有效措施和方法。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的是提供一种减轻或消除发生在混流式水轮机大负荷运行区、由鼓形涡压力脉动引起的剧烈振动及其危害的方法。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：一种减轻混流式水轮机大负荷鼓形涡带危害的方法，其特征在于，包括：

1)在选择混流式水轮机的转轮时，选择最优工况点单位流量的1.2倍大于额定工况点单位流量的转轮；

2)选用泄水锥的出口直径小于转轮出水边与上冠相交处直径的0.4倍；

3)对于已发生大负荷鼓形涡压力脉动危害的电站，在对转轮进行更新改造时，将转轮内侧靠近上冠处的叶片出水边安放角加大3°～5°。

本发明采用以上技术方案，其具有如下优点：本发明根据最优工况点单位流量和额定工况点单位流量的大小关系对水轮机转轮选择，并对转轮上的泄水锥的出口直径的大小进行限制，能够减轻混流式水轮机在大负荷工况鼓形涡带的危害，对于已发生大负荷鼓形涡压力脉动危害的电站，加大转轮内侧且靠近上冠处的叶片出水边安放角，操作简单方便。本发明的方法仅针对转轮及其泄水锥，没有涉及电站及其它不容易更换水轮机部件，操作简单，更容易实现。

附图说明

图1是混流式水轮机转轮及尾水管鼓形涡结构示意图；

图2是混流式水轮机转轮叶片出水边安放角示意图；

图3是说明叶片出水边安放角和转轮出口环量关系的叶片出水边速度三角形。

具体实施方式