反击式水轮机固定导叶尾翼的制作方法

本实用新型涉及到水轮机技术领域，尤其涉及一种反击式水轮机固定导叶尾翼。

背景技术：

反击式水轮机的固定导叶具有两个功能，其一，作为过流部件，将来自水轮机蜗壳的水流均匀地导入活动导叶；其二，作为受力部件，将整个水轮发电机组的重量传递到混凝土基础上。由于反击式水轮机水力设计技术的进步，采用最新技术设计的固定导叶很少出现水力弹性共振问题。但有两个原因仍使这一共振现象在一些已投运的反击式水轮机上偶有发生，一是现有的水力设计技术还难于对固定导叶出口卡门涡街的频率进行准确预测；二是反击式水轮机的大型化和固定导叶厚度的减小使得固定导叶的刚度降低，从而降低了固定导叶的固有频率，增大了固定导叶出口卡门涡街频率与固有频率重合而产生共振的可能性。一旦出现这种共振，水轮机运行中将出现啸声，并在很短的时间内造成固定导叶裂纹。

卡门涡街的形成主要是固定导叶型线设计不良，在固定导叶正、背面出口附近产生流动分离，正、背面的流动分离涡呈交错脱离所致。卡门涡街的频率为其中fk为卡门涡街频率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；V为边界层外的主流速度m/s；t为脱流的尾迹宽度m，该尾迹宽度为固定导叶出水边厚度、正面边界层厚度、背面边界层厚度三者之和。

一旦固定导叶出口卡门涡街频率与固定导叶在水下的低阶固有频率相等或相近，就会出现水力弹性共振。要消除此共振，理论上只需将两种频率错开即可，即要么提高卡门涡街频率，要么提高固定导叶的固有频率。而从已投运反击式水轮机工程实践的可行性上讲，通过增加固定导叶刚度来提高其固有频率变得十分困难。因此，在现有技术中，通常不采用改变固定导叶固有频率的方法，而主要采用提高固定导叶出口卡门涡街频率的方法来消除这种共振。采用提高卡门涡街频率的方法不仅错开了与固定导叶固有频率重合，还能大大降低卡门涡街的能量，因为卡门涡街频率一旦提高，其涡街的能量将大大削弱，从而极大地降低了卡门涡街激起共振的可能性。

现有技术中，为了提高固定导叶出口卡门涡街频率，最常用的方法是对固定导叶背面进行修型，通过修改固定导叶出水边附近固定导叶背面的型线，并减薄固定导叶出水边的厚度，减少固定导叶出水边脱流，降低固定导叶出水边脱流点尾迹宽度，提高卡门涡街频率，降低涡街能量，从而达到消除共振的目的。然而采用这种修型方法却存在以下缺点，其一，由于卡门涡街频率和固定导叶固有频率理论上很难准确给出，因此固定导叶尾部的修型量很难确定，也就是说，对固定导叶出水边进行修型不能确保一蹴而就，很多情况下需要进行多次修型才能彻底消除卡门涡街引起的共振问题，工程实施难度大，周期长，成本也高；其二，固定导叶是反击式水轮机最重要的受力部件，对固定导叶出水边进行修型多少会降低固定导叶的机械强度；其三，对固定导叶出水边进行修型多少会改变固定导叶的固有频率，这也为卡门涡街激振频率与固定导叶固有频率之间的错频带来了新的不确定性。

公开号为CN 201047332Y，公开日为2008年04月16日的中国专利文献公开了一种水轮机座环，包括上环板和下环板、周向均布焊接在上环板和下环板之间的一个个固定导叶、与上环板焊接的上固定圈和上固定环、与下环板焊接的下固定圈和下固定环，其特征是：所述上固定圈和上固定环焊接在上环板的下端面，上固定环外圆上焊接有环形导流板，环形导流板与上环板之间均布焊接有筋板；下固定圈和下固定环焊接在下环板的上端面，下固定环外圆上焊接有环形导流板，环形导流板与下环板之间均布焊接有筋板。

该专利文献公开的水轮机座环，由于固定导叶的结构设计不合理，固定导叶出口卡门涡街频率与固定导叶固有频率容易重合，产生水力弹性共振，致使固定导叶产生裂纹。

技术实现要素：

本实用新型为了克服上述现有技术的缺陷，提供一种反击式水轮机固定导叶尾翼，本实用新型直接将尾翼焊装在固定导叶出水边上，能够提高卡门涡街的激振频率，降低卡门涡街的激振能量，从而达到将固定导叶出口卡门涡街频率与固定导叶固有频率错开消除共振的目的，避免产生裂纹，整个工程实施难度小，周期短，成本低。

本实用新型通过下述技术方案实现：

反击式水轮机固定导叶尾翼，包括安装在固定导叶出水边中部的尾翼本体，其特征在于：所述尾翼本体呈柱状，尾翼本体的横截面呈梯形，由尾翼底边、尾翼出水边、第一尾翼侧边和第二尾翼侧边围成，所述尾翼底边长度与固定导叶出水边长度相等，尾翼底边与固定导叶出水边固定连接，所述尾翼底边与尾翼出水边平行，且尾翼底边长度大于尾翼出水边长度。

所述尾翼底边的一侧开有呈45度的第一焊接坡口，另一侧开有呈45度的第二焊接坡口，第一焊接坡口和第二焊接坡口对称布置，尾翼底边与固定导叶出水边通过焊接连接。

所述尾翼出水边的厚度为3-5毫米。

所述尾翼本体的上端与固定导叶出水边的上端之间的间距为固定导叶出水边高度的1-5％，尾翼本体的下端与固定导叶出水边的下端之间的间距为固定导叶出水边高度的1-5％。

本实用新型的工作原理如下：

固定导叶尾翼是一种装焊在固定导叶出水边上的小镶条，是局部的，其对反击式水轮机的水力特性和机械性能均无负面影响，固定导叶尾翼采用特定横截面为梯形的形状，能够提高卡门涡街的激振频率，降低卡门涡街的激振能量，从而达到将固定导叶出口卡门涡街频率与固定导叶固有频率错开消除共振的目的。

本实用新型的有益效果主要表现在以下方面：

一、本实用新型，“尾翼本体呈柱状，尾翼本体的横截面呈梯形，由尾翼底边、尾翼出水边、第一尾翼侧边和第二尾翼侧边围成，尾翼底边长度与固定导叶出水边长度相等，尾翼底边与固定导叶出水边固定连接，尾翼底边与尾翼出水边平行，且尾翼底边长度大于尾翼出水边长度”，使用时，直接将尾翼焊装在固定导叶出水边上，而且能够提高卡门涡街的激振频率，降低卡门涡街的激振能量，从而达到将固定导叶出口卡门涡街频率与固定导叶固有频率错开消除共振的目的，避免产生裂纹，整个工程实施难度小，周期短，成本低。

二、本实用新型，尾翼底边的一侧开有呈45度的第一焊接坡口，另一侧开有呈45度的第二焊接坡口，第一焊接坡口和第二焊接坡口对称布置，尾翼底边与固定导叶出水边通过焊接连接，不仅能够减少现场焊接对固定导叶的影响，保障整体强度，而且能够减少现场装焊固定导叶尾翼的工作量。

三、本实用新型，尾翼本体的上端与固定导叶出水边的上端之间的间距为固定导叶出水边高度的1-5％，尾翼本体的下端与固定导叶出水边的下端之间的间距为固定导叶出水边高度的1-5％，使得尾翼本体的上端与反击式水轮机的上环板间以及尾翼本体的下端与反击式水轮机的下环板间各自具备一留空距离，能够保持反击式水轮机的座环及固定导叶的固有频率不变，提高错开卡门涡街频率和固定导叶固有频率的准确性；留空距离为固定导叶出水边高度的1-5％，能够沿固定导叶高度方向让尾翼本体尽可能多地覆盖固定导叶出水边区域。

附图说明

下面结合说明书附图和具体实施方式对本实用新型作进一步的具体说明，其中：

图1为本实用新型安装在反击式水轮机固定导叶上的示意图；

图2为本实用新型的截面示意图；

图3为本实用新型与固定导叶出水边连接的截面图；

图中标记：1、尾翼本体，2、尾翼底边，3、尾翼出水边，4、第一尾翼侧边，5、第二尾翼侧边，6、第一焊接坡口，7、第二焊接坡口。

具体实施方式

实施例1

参见图1和图2，反击式水轮机固定导叶尾翼，包括安装在固定导叶出水边中部的尾翼本体1，所述尾翼本体1呈柱状，尾翼本体1的横截面呈梯形，由尾翼底边2、尾翼出水边3、第一尾翼侧边4和第二尾翼侧边5围成，所述尾翼底边2长度与固定导叶出水边长度相等，尾翼底边2与固定导叶出水边固定连接，所述尾翼底边2与尾翼出水边3平行，且尾翼底边2长度大于尾翼出水边3长度。

本实施例为最基本的实施方式，“尾翼本体呈柱状，尾翼本体的横截面呈梯形，由尾翼底边、尾翼出水边、第一尾翼侧边和第二尾翼侧边围成，尾翼底边长度与固定导叶出水边长度相等，尾翼底边与固定导叶出水边固定连接，尾翼底边与尾翼出水边平行，且尾翼底边长度大于尾翼出水边长度”，使用时，直接将尾翼焊装在固定导叶出水边上，而且能够提高卡门涡街的激振频率，降低卡门涡街的激振能量，从而达到将固定导叶出口卡门涡街频率与固定导叶固有频率错开消除共振的目的，避免产生裂纹，整个工程实施难度小，周期短，成本低。

实施例2

参见图1和图3，反击式水轮机固定导叶尾翼，包括安装在固定导叶出水边中部的尾翼本体1，所述尾翼本体1呈柱状，尾翼本体1的横截面呈梯形，由尾翼底边2、尾翼出水边3、第一尾翼侧边4和第二尾翼侧边5围成，所述尾翼底边2长度与固定导叶出水边长度相等，尾翼底边2与固定导叶出水边固定连接，所述尾翼底边2与尾翼出水边3平行，且尾翼底边2长度大于尾翼出水边3长度。

所述尾翼底边2的一侧开有呈45度的第一焊接坡口6，另一侧开有呈45度的第二焊接坡口7，第一焊接坡口6和第二焊接坡口7对称布置，尾翼底边2与固定导叶出水边通过焊接连接。

本实施例为一较佳实施方式，尾翼底边的一侧开有呈45度的第一焊接坡口，另一侧开有呈45度的第二焊接坡口，第一焊接坡口和第二焊接坡口对称布置，尾翼底边与固定导叶出水边通过焊接连接，不仅能够减少现场焊接对固定导叶的影响，保障整体强度，而且能够减少现场装焊固定导叶尾翼的工作量。

实施例3

参见图1和图3，反击式水轮机固定导叶尾翼，包括安装在固定导叶出水边中部的尾翼本体1，所述尾翼本体1呈柱状，尾翼本体1的横截面呈梯形，由尾翼底边2、尾翼出水边3、第一尾翼侧边4和第二尾翼侧边5围成，所述尾翼底边2长度与固定导叶出水边长度相等，尾翼底边2与固定导叶出水边固定连接，所述尾翼底边2与尾翼出水边3平行，且尾翼底边2长度大于尾翼出水边3长度。

所述尾翼底边2的一侧开有呈45度的第一焊接坡口6，另一侧开有呈45度的第二焊接坡口7，第一焊接坡口6和第二焊接坡口7对称布置，尾翼底边2与固定导叶出水边通过焊接连接。

所述尾翼出水边3的厚度为3毫米。

所述尾翼本体1的上端与固定导叶出水边的上端之间的间距为固定导叶出水边高度的1％，尾翼本体1的下端与固定导叶出水边的下端之间的间距为固定导叶出水边高度的1％。

本实施例为又一较佳实施方式。

实施例4

参见图1和图3，反击式水轮机固定导叶尾翼，包括安装在固定导叶出水边中部的尾翼本体1，所述尾翼本体1呈柱状，尾翼本体1的横截面呈梯形，由尾翼底边2、尾翼出水边3、第一尾翼侧边4和第二尾翼侧边5围成，所述尾翼底边2长度与固定导叶出水边长度相等，尾翼底边2与固定导叶出水边固定连接，所述尾翼底边2与尾翼出水边3平行，且尾翼底边2长度大于尾翼出水边3长度。

所述尾翼底边2的一侧开有呈45度的第一焊接坡口6，另一侧开有呈45度的第二焊接坡口7，第一焊接坡口6和第二焊接坡口7对称布置，尾翼底边2与固定导叶出水边通过焊接连接。

所述尾翼出水边3的厚度为4毫米。

所述尾翼本体1的上端与固定导叶出水边的上端之间的间距为固定导叶出水边高度的3％，尾翼本体1的下端与固定导叶出水边的下端之间的间距为固定导叶出水边高度的3％。

本实施例为又一较佳实施方式。

实施例5

参见图1和图3，反击式水轮机固定导叶尾翼，包括安装在固定导叶出水边中部的尾翼本体1，所述尾翼本体1呈柱状，尾翼本体1的横截面呈梯形，由尾翼底边2、尾翼出水边3、第一尾翼侧边4和第二尾翼侧边5围成，所述尾翼底边2长度与固定导叶出水边长度相等，尾翼底边2与固定导叶出水边固定连接，所述尾翼底边2与尾翼出水边3平行，且尾翼底边2长度大于尾翼出水边3长度。

所述尾翼底边2的一侧开有呈45度的第一焊接坡口6，另一侧开有呈45度的第二焊接坡口7，第一焊接坡口6和第二焊接坡口7对称布置，尾翼底边2与固定导叶出水边通过焊接连接。

所述尾翼出水边3的厚度为5毫米。

所述尾翼本体1的上端与固定导叶出水边的上端之间的间距为固定导叶出水边高度的5％，尾翼本体1的下端与固定导叶出水边的下端之间的间距为固定导叶出水边高度的5％。

本实施例为最佳实施方式。