[发明专利]一种改善水轮机偏离最优工况性能的喷水导叶

说明书

本发明公开了一种用于改善水轮机偏离最优工况性能的喷水导叶。包括导叶本体和导叶枢轴的活动导叶，导叶枢轴包括上端轴和下端轴，导叶本体上有对称于导叶叶型中心线、平行设置的两条喷水槽，上端轴的轴中心有孔并延伸至导叶本体与两条喷水槽可开闭联通。本发明在不改变现有的导水机构结构和导叶外表面的前提下，只根据现有的导叶尺寸大小在导叶内部加工上述由1个孔和2条槽组成的喷水导叶流道，在偏离最优工况运行时可通过喷水改善水轮机的水力性能。本发明的喷水导叶适用于混流式或径流式水轮机的导水机构，对于大型机组其产生的效益更为显著。本发明既可用于新机组，也可用于已有电站的老机组改造。

技术领域

本发明属于机械设计制造领域，尤其属于水轮机设计制造领域，特别涉及一种用于改善水轮机偏离最优工况性能的导叶及流道设计技术。

背景技术

混流式或径流式水轮机都设有径向式导水机构，导叶轴线均布在与水轮机转轮同心的圆柱面，即导叶轴线分布圆上。现有的水轮机的导叶都由具有直纹面特征的导叶本体和具有上端轴及下端轴的导叶枢轴组成。设计的导叶数量和导叶轴线分布圆直径与水轮机转轮的直径有相对关系。在水轮机运行过程中通过调节和控制导水机构导叶的开度，即导叶出口角来调节进入转轮的流量、及速度矢量方向。

在混流式或径流式水轮机水力设计中，一般是按最优设计工况参数来匹配导叶的出口角与转轮叶片的进口安放角。在电站的实际运行过程中，要根据电站的实际水力参数和电网调度的负荷变化要求来调节控制水轮机的出力，且大多数时间水轮机是在偏离最优工况下运行。因为电网频率要求水轮机的运行转速是不变的，一般靠导水机构调节流量大小来满足负荷变化要求。由于水轮机转轮叶片是固定的，即转轮叶片进口安放角不变，在偏离最优工况运行时，导叶的出口角与转轮叶片的进口安放角不再匹配，从而造成转轮进口流场分布不合理，导致水轮机的水力性能下降、甚至运行不稳定。为加工方便，导叶的出口边多为方头型，易产卡门涡引起压力脉动。在偏离最优工况运行时，使得混流式或径流式水轮机在运行过程中由转轮叶片与导水机构导叶动静干涉产生周期性的高频压力脉动强度增加，再加之在低负荷下在转轮内产生叶道涡，不仅影响机组运行稳定性，而且导致疲劳破坏并缩短水轮机的寿命。

因此，为了提高混流式或径流式水轮机在偏离最优工况运行时的水力性能，需要从改善转轮的进口流场分布要求的角度来设计一种导叶，既满足水轮机流量调节与控制的要求，又能够在偏离最优工况的一定范围内运行时满足导叶出流角与转轮叶片的进口安放角匹配要求。

发明内容

本发明根据现有技术的不足，公开了一种用于改善水轮机偏离最优工况性能的喷水导叶。本发明要解决的问题是提供一种水轮机导叶设计结构，克服混流式或径流式水轮机在偏离最优工况运行时导叶出口角与转轮叶片进口安放角不再匹配，导致水轮机的水力性能下降的缺陷。

本发明通过以下技术方案实现：

改善水轮机偏离最优工况性能的喷水导叶，所述导叶是包括导叶本体和导叶枢轴的活动导叶，导叶枢轴包括上端轴和下端轴，其特征是：导叶本体上有对称于导叶叶型中心线、平行设置的两条喷水槽，上端轴的轴中心有孔并延伸至导叶本体与两条喷水槽可开闭联通。