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抽水蓄能機組轉輪的結構特點分析

2019年01月21日來源:中國冶金裝備網閱讀數:分享到:

混流式水泵水輪機組的轉輪由上冠、葉片和下環組成,葉片數量少,但長而薄,一般為6-10個,如績溪和陽蓄采用5+5長短葉片。葉片包角很大,過流通道狹長。隨著水泵水輪機應用水頭的提高,如敦化和陽江700m水頭段,轉輪變得十分扁平,外緣的圓周轉速很高,最高達到了112.6m/s。由于其特有的結構特征,水泵水流機的結構在滿足水力設計的條件后,主要問題就是對轉輪葉片的應力控制和提高其抗疲勞性能。

較高水頭水泵水輪機的轉輪由于其特有形狀,葉片所受作用力和常規水輪機葉片受力不同。常規水輪機的轉輪葉片高度大而流線長度小,各個葉片近似固結于上冠的平板,葉片所承受的作用力主要為水壓力所形成的彎曲應力,在飛逸時離心力部分抵消了這部分彎曲應力。

但是水泵水輪機特別是高水頭水泵水輪機的葉片較長,同時葉片的包角很大,與上冠和下環連接處較長,故葉片承受水壓力作用的彎曲力并不大,葉片應力主要由離心力形成。正常運行時,葉片上有水力負荷,一部分離心力被抵消,故葉片應力最小。作旋轉備用時因為葉片上水壓力小,應力反而大,甩負荷轉速上升時主要是離心力起作用,故應力最大。所以在飛逸條件下,離心力的影響特別突出。

由于水泵水輪機轉輪葉片與導葉之間的干擾大,造成葉片的動應力較常規機組要大。近年來,有限元方法已廣泛用于轉輪應力和變形的計算,在轉輪設計時,使葉片應力分布均勻不出現過度應力集中,并使轉輪在水中的固有頻率與激振頻率(水力沖擊頻率)的足夠的間隔,有效避免共振現象的發生,使轉輪的動應力降低到材料的疲勞限度以下,以確保轉輪在使用壽命內周期性變動荷載下不產生任何裂紋、斷裂或有害變形。

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