一种减轻混流式水轮机尾水管偏心涡带危害的方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN106640481A(43)申请公布日2017.05.10(21)申请号201611116021.5F03B3/12(2006.01)(22)申请日2016.12.07(71)申请人中国水利水电科学研究院地址100038北京市海淀区复兴路甲一号水科院机电所申请人北京中水科水电科技开发有限公司(72)发明人徐洪泉廖翠林孟晓超李铁友王万鹏陆力赵立策王武昌徐国珍范小付孟静梁璐(74)专利代理机构北京纪凯知识产权代理有限公司11245代理人徐宁何家鹏(51)Int.Cl.F03B11/00(2006.01)F03B11/02(2006.01)权利要求书1页说明书3页附图3页(54)发明名称一种减轻混流式水轮机尾水管偏心涡带危害的方法(57)摘要本发明涉及一种减轻混流式水轮机尾水管偏心涡带危害的方法，包括对水轮机的以下四个方面的优化：1)增大蜗壳末端直径，并从蜗壳进口到蜗壳末端等比例加大蜗壳的各断面直径；2)减小叶片的出水边与水平面之间的夹角；3)选用比常规泄水锥更长的泄水锥；4)选用更高的尾水管。CN106640481ACN106640481A权利要求书1/1页1.一种减轻混流式水轮机尾水管偏心涡带危害的方法，包括对水轮机的以下四个方面的优化：1)增大蜗壳末端直径，并从蜗壳进口到蜗壳末端等比例加大蜗壳的各断面直径；2)减小叶片的出水边与水平面之间的夹角；3)选用比常规泄水锥更长的泄水锥；4)选用更高的尾水管。2.如权利要求1所述的一种减轻混流式水轮机尾水管偏心涡带危害的方法，其特征在于：增大后的蜗壳末端直径比按等环量设计蜗壳末端直径大10％～15％。3.如权利要求1所述的一种减轻混流式水轮机尾水管偏心涡带危害的方法，其特征在于：叶片的出水边与水平面之间的夹角由现有的10°～25°减小至8°～22°，并且越靠近上冠处夹角减小量越大。4.如权利要求1所述的一种减轻混流式水轮机尾水管偏心涡带危害的方法，其特征在于：所选用是泄水锥长度达到转轮出口直径的0.2～0.3倍。5.如权利要求1所述的一种减轻混流式水轮机尾水管偏心涡带危害的方法，其特征在于：所选用的尾水管高度达到或超过3倍转轮出口直径。2CN106640481A说明书1/3页一种减轻混流式水轮机尾水管偏心涡带危害的方法技术领域[0001]本发明涉及一种减轻混流式水轮机尾水管偏心涡带危害的方法，属于水轮机技术领域。背景技术[0002]混流式水轮机尾水管偏心涡带是造成水轮机压力脉动超标、水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、转轮叶片裂纹、厂房剧烈振动等破坏，危害极大。“尾水管偏心涡带压力脉动”又称“部分负荷压力脉动”，常出现在40％～80％导叶开度区。尾水管偏心涡带如图1照片所示，呈螺旋状。由空化空腔形成的涡带除自转外，还绕偏离于尾水管几何中心的“轴线”公转，故又被称为“螺旋进动式涡带”(见图2)。该类型涡带最突出的特征是其涡带“偏心”公转，其偏心距的大小又可近似的反映涡带压力脉动幅值的大小。[0003]尾水管偏心涡带压力脉动属低频压力脉动，其频率通常为水轮机转速频率的0.2～0.5倍。由于其频率低，压力脉动幅值大，国内的岩滩电站压力脉动幅值甚至高达电站水头的43.9％，破坏力惊人，因此倍受关注，国内外都进行了大量的研究和探索，发现了许多现象和规律，也积累了大量的研究资料和解决涡带稳定性问题的经验。[0004]但是，从已经公开的文献资料来看，这些研究还不够深入，尤其是缺乏对偏心涡带产生及危害机理的本质性认识，在如何减轻偏心涡带危害方面的研究进展缓慢。上世纪曾经在尾水管探索采用的同轴套筒、稳流片、导流栅等限制涡带措施因其降低效率、结构难稳固等问题被逐渐弃用，只有补气目前仍被广泛采用，但因其会造成效率下降而属于无奈选择。近20年来，尽管随着计算机CFD技术的快速发展和进步，通过对水轮机的优化设计，在水轮机效率提高、空化性能改善的基础上，其水力稳定性也相应有一定提高，偏心涡带压力脉动幅度有所降低，但这多属于连带效应，并不清楚是哪项改进起主要作用，带来何种效果，自然也难以推而广之。[0005]因此，有必要研究尾水管偏心涡带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[0006]针对上述问题，本发明的目的是提供一种减轻混流式水轮机尾水管偏心涡带危害的方法，该方法是在弄清尾水管偏心涡带的产生原因的基础上提出的，能够有效减轻甚至消除尾水管偏心涡带的危害。[0007]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尾水管偏心涡带危害的方法，包括对水轮机的以下四个方面的优化：1)增大蜗