一种出口双流道混流式水轮机转轮的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种混流式水轮机转轮，特别是关于一种应用于大型水电站中的出口双流道混流式水轮机转轮。
【背景技术】
[0002]随着水轮发电机组容量和结构尺寸的不断增大，水轮机结构支撑在刚强度和固有频率降低的同时，过流的水流脉动能量却在增大，所以产生共振危险可能性增加。因此，对于大型水轮发电机组，其运行稳定性问题会更加突出。例如中国的岩滩、巴基斯坦的塔贝拉水电站的水轮机组在不稳定区运行时发生了强烈的振动，造成了机组无法正常运行的后果。以及类似投产的大型水轮机如小浪底、大朝山等水电站的机组在投运后不久即产生水轮机转轮叶片裂纹等事故。尤其是俄罗斯萨彦-舒申斯克水电站事故的发生，也促使国内外对大型水轮发电机组的安全稳定运行更加重视。
[0003]混流式水轮机尾水管涡带、动静干涉以及卡门涡和叶道涡等不稳定流是诱发水轮发电机组振动的主要水力原因。其中水轮机在偏离设计工况的部分负荷运行时，尾水管螺旋形涡带引起的压力脉动是引起水轮机组不稳定性最常见的一项重要因素。目前所投产的大型混流式水轮机组都避免不了尾水管螺旋形涡带工况的存在。如果采用某种方法能够消除尾水管螺旋形涡带，不仅可以消除尾水管螺旋形涡带引起的压力脉动，防止机组发生共振，提高机组稳定性，还能扩大稳定运行范围，产生可观的经济效益。
【发明内容】
[0004]针对上述问题，本发明的目的是提供一种能够消除尾水管螺旋形涡带以增加水轮发电机组稳定性的出口双流道混流式水轮机转轮。
[0005]为实现上述目的，本发明采用以下技术方案:一种出口双流道混流式水轮机转轮，其特征在于:它包括一个上冠、一个下环、多个固定在所述上冠与所述下环之间的叶片和一个分流板，所述分流板由一个回转面加厚而成，所述回转面的回转中心与所述水轮机的旋转中心重合，所述分流板的上部与各所述叶片的下部交叉且紧固连接。
[0006]所述分流板将每两个所述叶片所形成流道靠近出口的部分分隔成两个均匀的流道。
[0007]所述分流板的回转母线的上部与所述叶片上的中间流线的后1/3段重合，所述分流板的回转母线的下部离开所述叶片的下部出口后沿所述中间流线向尾水管进口方向延伸，所述分流板的下端与所述下环的底面平齐。
[0008]所述分流板的厚度取所述叶片翼型最大厚度的1/2。
[0009]本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点:1、本发明由于在混流式水轮机转轮的叶片上设置一个分流板，分流板由一个回转面加厚而成，且其上部与各叶片的下部交叉紧固连接，因此，能够大大降低水轮机转轮出口处的径向流速，从而保证水轮机转轮出口处的流速在涡带工况下的均匀分布，较普通转轮增加了涡带旋转中心处的流量，提高了叶片出口和尾水管进口之间区域靠近轴中心区的压力，从而起到了从源头上消除尾水管螺旋形涡带的作用。2、本发明中分流板的回转母线的上部与所述叶片上的中间流线的后1/3段重合，而在叶片间流道流速分布严重不均匀的现象基本出现在叶片间流道的后1/3段，因此上述设置方式易于保证叶片间流道的后段的流量均匀性。3、本发明中分流板回转母线的下部离开叶片的下部出口后沿所述中间流线向尾水管进口方向延伸至与下环的底面平齐，这种设计可以有效提高叶片出口和尾水管进口之间区域涡带旋转中心处的压力，引导水流更加平顺地流向尾水管，有效抑制了螺旋形涡带的产生。4、本发明中分流板的回转母线采用叶片上中间流线的线型，因此，可以更好的引导水流沿流线均匀流出，减小由分流板造成的沿程摩擦损失。
【附图说明】
[0010]图1是本发明混流式水轮机转轮的纵剖面示意图；
[0011 ]图2是对本发明与不带有分流板的混流式水轮机转轮的尾水管分别进行CFD数值模拟所得到的涡带比较图；
[0012]其中:图(a)是本发明尾水管的CFD数值模拟结果；图(b)的不带有分流板的混流式水轮机转轮的数值模拟结果；
[0013]图3是对本发明与不带有分流板的混流式水轮机转轮的尾水管分别进行CFD数值模拟所得到速度矢量比较图；
[0014]其中:图(a)是本发明尾水管的CFD数值模拟结果；图(b)的不带有分流板的混流式水轮机转轮的数值模拟结果；
[0015]图4是对本发明的尾水管监测点的压力脉动频谱图；
[0016]其中:图(a)是本发明的压力脉动频谱图；图(b)是不带有分流板的混流式水轮机转轮的压力脉动频谱图；
[0017]图5是本发明的尾水管监测点的位置示意图。
【具体实施方式】
[0018]下面结合附图和实施例对本发明进行详细的描述。
[0019]如图1所示，本发明提出了一种出口双流道混流式水轮机转轮，它包括一个上冠1、一个下环2、多个固定连接在上冠I与下环2之间的叶片3和一个分流板4，分流板4由一个回转面加厚形成，其回转中心与所述水轮机的旋转中心重合，分流板4的上部与各叶片3的下部交叉且紧固连接，分流板4的下端与下环2的底面平齐。
[0020]上述实施例中，分流板4位于每两个叶片3所形成的流道的中间，将两叶片3之间靠近出口部分的流道分隔成两个均匀的流道。分流板4在离开叶片3出口后沿流线向尾水管进口方向延伸，下端与下环2的底面平齐，使得叶片3出口处的流量分布更为均匀，同时，引导水流更加平顺地流向尾水管，从而减小了叶片3出口和尾水管进口之间区域的径向流速，提高了该区域涡带旋转中心的压力，有效抑制了螺旋形涡带的产生。
[0021]上述实施例中，分流板4的回转母线与叶片3上的中间流线的后(靠近出口端)1/3段重合，并延长至与下环2的底面平齐。由于在叶片3间流道流速分布严重不均匀的现象基本出现在叶片3间流道的后1/3段，因此分流板4的母线起点设置在此处，易于保证叶片3间流道的后段的流量均匀性；另一方面，分流板4的母线线型采用叶片3中间流线的线型，可以更好的引导水流沿流线