[发明专利]一种可消除水泵水轮机无叶区脱流涡的带水平刃活动导叶

说明书

本申请公开了一种可消除水泵水轮机无叶区脱流涡的带水平刃活动导叶。相关技术的活动导叶超高水头水泵水轮机在高扬程水泵工况运行时顶盖出现45～65Hz左右的异常振动，垂直振动位移超标，严重威胁机组安全稳定运行。顶盖异常振动的主要原因之一为在高扬程水泵工况下转轮出流在竖向分布不均匀，主流方向与活动导叶安放角不一致，导致无叶区内产生脱流涡，脱流涡在无叶区以低于转轮的转频旋转，并与活动导叶相互作用，产生与顶盖振动同频带的高幅压力脉动。该水流脉动作用于顶盖，导致顶盖出现相应频率的流激振动。本申请在活动导叶靠近转轮侧设置水平刃，消除无叶区的脱流涡结构，抑制了水泵水轮机在高扬程水泵工况下由于无叶区脱流涡导致的顶盖振动位移超标问题。

技术领域

本申请涉及流体机械及工程设备的技术领域，尤其涉及一种可消除水泵水轮机无叶区脱流涡的带水平刃活动导叶。

背景技术

近年来，水泵水轮机向超高水头和超大容量发展，但高水头下水泵水轮机振动问题突出，是行业内亟待突破的核心技术问题之一。目前投产运行的多个高水头水泵水轮机在高扬程水泵运行工况下顶盖出现流激振动问题，部分机组轴向振动位移超标。由于以往对转轮流道内水流压力脉动导致的顶盖流激振动机理缺乏深入研究，难以提出有效抑制或消除顶盖振动的措施，极大的限制了机组安全稳定运行。相关技术中，抑制顶盖振动主要依赖于限制水泵运行范围和调整水泵运行协联曲线等来缓解，但其效果不佳。现有措施难以消除无叶区脱流涡导致的水流压力脉动振源，从而解决水泵水轮机顶盖振动超标问题。

发明内容

有鉴于此，本申请提供一种可消除水泵水轮机无叶区脱流涡的带水平刃活动导叶，能够有效抑制高水头水泵水轮机在水泵工况下顶盖的异常振动，保证机组安全稳定运行。

本申请提供一种可消除水泵水轮机无叶区脱流涡的带水平刃活动导叶，包括活动导叶和水平刃结构，所述水平刃结构固定连接于活动导叶的靠近转轮侧中部，并随活动导叶转动，所述活动导叶固设有水平刃，以藉由所述活动导叶水平刃消除存在于叶片、蜗壳之间区域的无叶区脱流涡结构。

可选地，所述水平刃固接于活动导叶靠近转轮表面的中部位置。

可选地，每个所述导叶结构上各连接有水平刃，导叶数与水平刃数相等。

可选地，所述水平刃与活动导叶整体浇筑而成，二者之间不存在焊缝。

可选地，所述水平刃的外表面采用GOE 435AIRFOIL翼型曲线，并与活动导叶尾缘相切，所述尾缘为水泵运行工况的迎水面骨线。

可选地，所述水平刃的翼型曲线在距活动导叶尾缘2/3长度处相交。

可选地，所述水平刃的翼型曲线相交所成的夹角为20～40°。

可选地，所述水平刃翼型伸入无叶区最大尺寸略小于0.5倍的无叶区宽度。

以上提供的一种可消除水泵水轮机无叶区脱流涡的带水平刃活动导叶，一方面在高扬程水泵工况运行时，水平刃能消除无叶区旋转的脱流涡结构，从源头上消除无叶区脱流涡结构产生的水流压力脉动，从而解决由于无叶区区脱流涡导致的顶盖流激振动问题。第二方面，水平刃不会影响其他正常运行工况，尤其是在动静干涉脉动幅值较大的飞逸点附近运行时，水平刃的存在能抑制转轮进口回流，从而减轻无叶区动静干涉压力脉动幅值。相比于相关技术的常规水泵水轮机活动导叶，带水平刃的活动导叶不仅在水泵运行工况时能消除顶盖流激振动源头，提高水泵水轮机在水泵运行工况时的稳定性，而且在水轮机S区能抑制转轮进口回流，从而减轻S区飞逸点动静干涉压力脉动幅值，改善机组运行水力特性。

附图说明

下面结合附图，通过对本申请的具体实施方式详细描述，将使本申请的技术方案及其它有益效果显而易见。

图1为相关技术中未带水平刃活动导叶下高扬程水泵运行工况下无叶区脱流涡结构俯视图。