专利名称：混流式水轮机变频转轮的制作方法
技术领域：
混流式水轮机变频转轮属于水轮机制造领域技术。
背景技术：
近十几年来，国内外大、中型水轮发电机组不同程度地出现了振动和转轮裂纹等稳定性问题，如大古力、古里、岩滩、五强溪、李家峡、二滩、小浪底等水电站，严重地影响了机组的正常运行，其后果是缩短机组的检修周期、缩短转轮寿命、或避负荷运行，给电站造成了巨大的经济损失。由于水轮机稳定性问题的频繁出现，导致用户在签订的合同书上将其作为第一要素提出。水轮机转轮是水轮机能量转化的核心部件，其稳定性问题，已成为近年来水轮机领域的热门而尖端的研究课题。
现有的混流式水轮机转轮的叶片形状相同，在以典型的等节距方式布置在上冠、和下环之间，即以水轮机转动中心线为圆心，所有叶片的进水边与上冠的交点、与下环的交点，均在同一圆周上；在以水轮机转动中心线为圆心，所有叶片的出水边与上冠的交点、与下环的交点，也均在同一圆周上。该结构转轮的缺点是在偏离最优工况时，转轮进口脱流严重，导致稳定性下降，转轮出口涡带能量大引起振动、噪音大，严重的将造成叶片裂纹。其主要原因是传统的转轮不能将不利的能量进行衰减，而使压力脉动的频率增高和幅值加大。
发明的内容为了提高混流式水轮机转轮运行的稳定性，本发明的变频转轮如图1、2所示，包括一个上冠1、一个下环4和若干个连接在该上冠和下环之间的曲面形叶片2与叶片3。每一叶片有一正对水轮机中、上游导流机构的进水边和正对下游的出水边。其技术特征是曲面形叶片有两种，一种为基础叶片2，另一种为变频叶片3(图3中黑粗线表示其轴面上的进、出水边)，两种不同的叶片沿流动方向间隔并交错地布置，与变频叶片相比，基础叶片进水边更靠近上游侧，与基础叶片相比，变频叶片出水边更靠近下游侧。由于本发明转轮，相邻的两种不同叶片在上冠和下环间交错布置，在偏离最优工况时，使变频叶片进水边可以打散由基础叶片形成的部分大旋涡，削弱了脱流的能量，改善了转轮运行的稳定性；同时转轮出口边通过变频叶片减小了出口环量与压力脉动的频率和幅值，具有更加宽广的稳定运行范围，而且保持常规转轮的其它性能指标。从变频转轮和已有转轮的流动特征图5、图6可见，已有的转轮不具有本发明转轮的优点。本发明变频转轮技术可应用与开发新的水轮机产品，也可以直接使用在已有的混流式水轮机中，因水轮机的结构保持不变，对改造已有水轮机转轮带来方便。本发明的转轮适合于所有水头和流量的混流式水轮机。
图1变频转轮装配主视2变频转轮装配仰视3变频转轮叶片轴面示意4变频转轮叶片轴面特征5变频转轮的流动特征6已有转轮的流动特征中1上冠 2基础叶片 3变频叶片 4下环图3中ABCD为基础叶片的轴面；A1B1C1D1为变频叶片的轴面；φ为A点的直径(公称直径)。基础叶片相关点、线的定义点A为基础叶片进水边与下环的交点，点B为基础叶片出水边与下环的交点，点C为基础叶片出水边与上冠的交点，点D为基础叶片进水边与上冠的交点，线AD为基础叶片的进水边，线BC为基础叶片的出水边。变频叶片相关点、线的定义点A1为变频叶片进水边与下环的交点，点B1为变频叶片出水边与下环的交点，点C1为变频叶片出水边与上冠的交点，点D1为基础叶片进水边与上冠的交点，线A1D1为变频叶片的进水边，线B1C1为变频叶片的出水边。曲线DD1CC1为上冠轴面流线的一部分；曲线AA1BB1为下环流线的一部分。
图4中按流量在上冠和下环间等分的三条流线，分别为EE1E’E1’，FF1F’F1’，GG1G’G1’。点E、F、G分别为三条流线与基础叶片进水边的交点，点E1、F1、G1分别为三条流线与变频叶片进水边的交点，点E’、F’、G’分别为三条流线与基础叶片出水边的交点，点E1’、F1’、G1’分别为三条流线与变频叶片出水边的交点。
描述基础叶片与变频叶片进口布置位置差异的尺寸分别为弧长DD1，EE1，FF1，GG1，AA1；描述基础叶片与变频叶片出口布置位置差异的尺寸分别为CC1，E’E1’，F’F1’，GG1’，BB1；前已述及，φ为A点的直径(公称直径)。
具体实施例方式本发明变频转轮是在上冠1与下环4之间，沿流动方向间隔并交错地布置着若干个基础叶片2和变频叶片3，如图1、2所示，即安装1个基础叶片，相邻安装1个变频叶片，其叶片间隔的个数根据转轮的性能要求而定，基础叶片和变频叶片在进水边与下环的交点A与A1不重合，且点A较A1更靠近上游侧；在出水边与上冠的交点B与B1不重合，且点B1较B更靠近下游侧；点C与C1不重合，且点C1较C更靠近下游侧；点D与D1不重合，且点D较D1更靠近上游侧。基础叶片与变频叶片进口布置位置差异的尺寸比值如图4所示，在进口侧弧长DD1/φ、弧长EE1/φ、弧长FF1/φ、弧长GG1/φ、弧长AA1/φ大于等于1.5％；基础叶片与变频叶片出口布置位置差异的尺寸比值，在出口侧，弧长CC1/φ、弧长E’E1’/φ、弧长F’F1’/φ、弧长GG1’/φ、弧长BB1/φ大于等于1.0％。
权利要求
1.混流式水轮机变频转轮，包括一个上冠、一个下环和若干个连接在上冠和下环之间的曲面形叶片，每一叶片有一正对水轮机中、上游导流机构的进水边和正对下游的出水边，其特征是，在上冠和下环之间的曲面形叶片为沿流动方向间隔并交错地布置着两种叶片，一种为基础叶片一种为变频叶片，与变频叶片相比，基础叶片的进水边更靠近上游侧，与基础叶片相比，变频叶片的出水边更靠近下游侧。
2.根据权利要求1所述的混流式水轮机变频转轮，其特征是相邻的基础叶片和变频叶片在进水边与下环的交点A与A1不重合，且点A较A1更靠近上游侧；点B与B1不重合，且点B1较B更靠近下游侧；在出水边与上冠的交点C与C1不重合，且点C1较C更靠近下游侧；点D与D1不重合，且点D较D1更靠近上游侧。
3.根据权利要求1所述的混流式水轮机变频转轮，其特征是基础叶片与变频叶片进口布置位置差异的尺寸与公称直径φ的比值，即弧长DD1/φ、弧长EE1/φ、弧长FF1/φ、弧长GG1/φ、弧长AA1/φ均大于等于1.5％，基础叶片与变频叶片出口布置位置差异的尺寸与公称直径φ的比值，即弧长CC1/φ、弧长E’E1’/φ、弧长F’F1’/φ、弧长GG1’/φ、弧长BB1/φ均大于等于1.0％。
4.根据权利要求1所述的混流式水轮机变频转轮，其特征是两种叶片的间隔数量，根据不同的转轮性能而定。
全文摘要
本发明的混流式水轮机变频转轮，包括一个上冠、一个下环和若干个连接在该上冠和下环之间的曲面形基础叶片和变频叶片。两种不同的叶片沿流动方向间隔并交错地布置，基础叶片进水边更靠近上游侧，变频叶片出水边更靠近下游侧，使得变频叶片进水边可以打散由基础叶片形成的部分大旋涡，削弱了脱流的能量，改善了转轮运行的稳定性，同时转轮出口通过变频叶片减小了出口环量和压力脉动的频率和幅值，具有更加宽广的稳定运行范围。本发明变频转轮技术可以应用与开发新的水轮机产品，也可以直接使用在已有的混流式水轮机中，对改造已有水轮机转轮带来方便。
文档编号F03B3/18GK1530538SQ03121720
公开日2004年9月22日 申请日期2003年3月14日 优先权日2003年3月14日
发明者魏显著 申请人:哈尔滨电机厂有限责任公司