一種出口雙流道混流式水輪機轉輪的制作方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種混流式水輪機轉輪，特別是關于一種應用于大型水電站中的出口雙流道混流式水輪機轉輪。
【背景技術】
[0002]隨著水輪發電機組容量和結構尺寸的不斷增大，水輪機結構支撐在剛強度和固有頻率降低的同時，過流的水流脈動能量卻在增大，所以產生共振危險可能性增加。因此，對于大型水輪發電機組，其運行穩定性問題會更加突出。例如中國的巖灘、巴基斯坦的塔貝拉水電站的水輪機組在不穩定區運行時發生了強烈的振動，造成了機組無法正常運行的后果。以及類似投產的大型水輪機如小浪底、大朝山等水電站的機組在投運后不久即產生水輪機轉輪葉片裂紋等事故。尤其是俄羅斯薩彥-舒申斯克水電站事故的發生，也促使國內外對大型水輪發電機組的安全穩定運行更加重視。
[0003]混流式水輪機尾水管渦帶、動靜干涉以及卡門渦和葉道渦等不穩定流是誘發水輪發電機組振動的主要水力原因。其中水輪機在偏離設計工況的部分負荷運行時，尾水管螺旋形渦帶引起的壓力脈動是引起水輪機組不穩定性最常見的一項重要因素。目前所投產的大型混流式水輪機組都避免不了尾水管螺旋形渦帶工況的存在。如果采用某種方法能夠消除尾水管螺旋形渦帶，不僅可以消除尾水管螺旋形渦帶引起的壓力脈動，防止機組發生共振，提高機組穩定性，還能擴大穩定運行范圍，產生可觀的經濟效益。
【發明內容】
[0004]針對上述問題，本發明的目的是提供一種能夠消除尾水管螺旋形渦帶以增加水輪發電機組穩定性的出口雙流道混流式水輪機轉輪。
[0005]為實現上述目的，本發明采用以下技術方案:一種出口雙流道混流式水輪機轉輪，其特征在于:它包括一個上冠、一個下環、多個固定在所述上冠與所述下環之間的葉片和一個分流板，所述分流板由一個回轉面加厚而成，所述回轉面的回轉中心與所述水輪機的旋轉中心重合，所述分流板的上部與各所述葉片的下部交叉且緊固連接。
[0006]所述分流板將每兩個所述葉片所形成流道靠近出口的部分分隔成兩個均勻的流道。
[0007]所述分流板的回轉母線的上部與所述葉片上的中間流線的后1/3段重合，所述分流板的回轉母線的下部離開所述葉片的下部出口后沿所述中間流線向尾水管進口方向延伸，所述分流板的下端與所述下環的底面平齊。
[0008]所述分流板的厚度取所述葉片翼型最大厚度的1/2。
[0009]本發明由于采取以上技術方案，其具有以下優點:1、本發明由于在混流式水輪機轉輪的葉片上設置一個分流板，分流板由一個回轉面加厚而成，且其上部與各葉片的下部交叉緊固連接，因此，能夠大大降低水輪機轉輪出口處的徑向流速，從而保證水輪機轉輪出口處的流速在渦帶工況下的均勻分布，較普通轉輪增加了渦帶旋轉中心處的流量，提高了葉片出口和尾水管進口之間區域靠近軸中心區的壓力，從而起到了從源頭上消除尾水管螺旋形渦帶的作用。2、本發明中分流板的回轉母線的上部與所述葉片上的中間流線的后1/3段重合，而在葉片間流道流速分布嚴重不均勻的現象基本出現在葉片間流道的后1/3段，因此上述設置方式易于保證葉片間流道的后段的流量均勻性。3、本發明中分流板回轉母線的下部離開葉片的下部出口后沿所述中間流線向尾水管進口方向延伸至與下環的底面平齊，這種設計可以有效提高葉片出口和尾水管進口之間區域渦帶旋轉中心處的壓力，引導水流更加平順地流向尾水管，有效抑制了螺旋形渦帶的產生。4、本發明中分流板的回轉母線采用葉片上中間流線的線型，因此，可以更好的引導水流沿流線均勻流出，減小由分流板造成的沿程摩擦損失。
【附圖說明】
[0010]圖1是本發明混流式水輪機轉輪的縱剖面示意圖；
[0011 ]圖2是對本發明與不帶有分流板的混流式水輪機轉輪的尾水管分別進行CFD數值模擬所得到的渦帶比較圖；
[0012]其中:圖(a)是本發明尾水管的CFD數值模擬結果；圖(b)的不帶有分流板的混流式水輪機轉輪的數值模擬結果；
[0013]圖3是對本發明與不帶有分流板的混流式水輪機轉輪的尾水管分別進行CFD數值模擬所得到速度矢量比較圖；
[0014]其中:圖(a)是本發明尾水管的CFD數值模擬結果；圖(b)的不帶有分流板的混流式水輪機轉輪的數值模擬結果；
[0015]圖4是對本發明的尾水管監測點的壓力脈動頻譜圖；
[0016]其中:圖(a)是本發明的壓力脈動頻譜圖；圖(b)是不帶有分流板的混流式水輪機轉輪的壓力脈動頻譜圖；
[0017]圖5是本發明的尾水管監測點的位置示意圖。
【具體實施方式】
[0018]下面結合附圖和實施例對本發明進行詳細的描述。
[0019]如圖1所示，本發明提出了一種出口雙流道混流式水輪機轉輪，它包括一個上冠1、一個下環2、多個固定連接在上冠I與下環2之間的葉片3和一個分流板4，分流板4由一個回轉面加厚形成，其回轉中心與所述水輪機的旋轉中心重合，分流板4的上部與各葉片3的下部交叉且緊固連接，分流板4的下端與下環2的底面平齊。
[0020]上述實施例中，分流板4位于每兩個葉片3所形成的流道的中間，將兩葉片3之間靠近出口部分的流道分隔成兩個均勻的流道。分流板4在離開葉片3出口后沿流線向尾水管進口方向延伸，下端與下環2的底面平齊，使得葉片3出口處的流量分布更為均勻，同時，引導水流更加平順地流向尾水管，從而減小了葉片3出口和尾水管進口之間區域的徑向流速，提高了該區域渦帶旋轉中心的壓力，有效抑制了螺旋形渦帶的產生。
[0021]上述實施例中，分流板4的回轉母線與葉片3上的中間流線的后(靠近出口端)1/3段重合，并延長至與下環2的底面平齊。由于在葉片3間流道流速分布嚴重不均勻的現象基本出現在葉片3間流道的后1/3段，因此分流板4的母線起點設置在此處，易于保證葉片3間流道的后段的流量均勻性；另一方面，分流板4的母線線型采用葉片3中間流線的線型，可以更好的引導水流沿流線