[其他]卧轴转桨式水轮机转子室的支承结构

说明书

卧轴转桨式水轮机转子室的支承结构有相互连接的上半部和下半部支承部件，上半部支承部件可拆卸地与水轮机转子室及下半部支承部件相连。转子室被分为上下两半，上半部由上半部支承部件支承，以便通过移动上半部支承部件来垂直移动转子室的上半部和下半部，也可使转子轴向移出而不与任何其它部件接触。上半部支承部件为管状，内装有减振器以减弱转子室中的振动。

本发明是有关对卧轴转浆式水轮机的转子室的支承结构所作的改进。

普通的灯泡形轴流式水轮机是一种卧轴转桨式水轮机，它包括有轴向置于水流中的且容装有发电机和主轴的灯泡体，和安装在灯泡体的末端且与主轴相连的转子，还有用以将水导入转子的环绕灯泡体的外壳，控制进入转子水流的可调导叶，外导叶壳以及环绕转子的转子室。转子有许多可调导叶，该叶片尖的设置应使叶片尖旋转的轨迹呈半球形，以便叶片在打开或关闭时，其叶片尖都能置于同样的半球形旋转轨道上。转子室轴向置于外导叶壳和导流管之间，以便减少水流损失，转子室有一半球形内面，其内面对着转子上的叶片尖，其间形成很小的密封空隙，其内面与半球形同心，因而紧挨转子顺流侧形成喉部。喉部的直径小于转子叶片的直径。

转子室固定在逆流端的外导叶壳上，在下游端转子室及导流管之间留有空隙，以便于安装、拆卸转子室。空隙由活动凸缘装置密封以防水泄漏。

外导叶壳和转子室的组合体未用混凝土之类的材料加以覆盖，而是暴露在外。以各外导叶壳的上游端点和转子室为转轴，外导叶壳和转子室由于它们自身的重量和水的重量而偏斜。这种偏斜随着涡轮机功率的增加而增大。起初，卧轴式水轮机用于低压水头，卧轴式水轮机中采用的管状结构的壳体的厚度比其它各类水轮机的要薄，因而管状结构的刚度小，结果它的弹簧常数和自然振动频率也小。当自然振动频率与由水压引起的振动频率fr相一致时，便产生了共振，因而有时便导致大的麻烦，比如结构断裂，以及转子叶片与转子室相接触。此外，当水轮机工作于半载或超载状态时，在转子下游侧易于产生冲击水流，而导致涡流和水压振动的产生。因此，转子室中易于引起振动。特别是由于卧轴转桨式水轮机的转子室未用混凝土加以覆盖（如上所述），并由于水轮机是轴向安装的，管状结构易于弯曲，而抗弯曲刚度和弹簧常数不能足够大，因而有时产生共振和非同寻常的振动。

普通的转子室由一对支承脚和混凝土柱来支承，该混凝土柱与支承脚和混凝土台或基座相连。各支承脚安装在喉部转子室的边缘。

在垂直方向与转子室连成一体的支承脚和混凝土柱的弹簧常数Kc通常要定得比由转子室和外导叶壳构成的轴向管状结构的弯曲弹簧常数Kb值高。下面为总弹簧常数Kt的等式：

Kc要比Kb大得多，因此Kt差不多等于Kb。也就是说，管状结构的弹簧弯曲常数仅取决于弯曲弹簧常数。支承脚和混凝土柱一旦安装完毕就无法调整其刚度，因此一旦由总弹簧常数Kt所定的管状结构的自然振动频率fn等于水压振动频率fr，结构就会产生共振，便出现上述的大麻烦。其中，M为管状结构的质量。

目前，在设计阶段还不足以准确地预料是否会产生共振。因此，这类麻烦就有可能相对频繁地产生。如上所述，转子室的支承脚和混凝土柱构成的支承结构不能改变刚度，因此除加固结构外无法转移由转子室和外导叶壳构成的管状结构的共振点。这种加固耗费大量时间和资金，此外还有技术上的困难，因为由加固而引起的变形必须要小。

此外，当水轮机处于开机或紧急停机这类转换操作时，瞬间便会产生大幅度的振动。

在普通结构中，振动体，也就是支承架和管状结构，不能提高减振效力。减振效力不得不仅仅依赖于由结构材料内部产生的摩擦而实现固体减振，因此，瞬间产生的大幅度振动不易消除，振动体长期处于危险状态。同时，结构可能会出现问题，使转子叶片与转子室相接触。

此外，普通的结构除了与振动有关的问题之外，从经济角度看也有缺陷。