[发明专利]一种水轮机转轮叶片卡门涡共振修型的方法

说明书

本发明提供了一种水轮机转轮叶片卡门涡共振修型的方法，涉及水力发电技术领域。方法包括：获取发生卡门涡共振现象的水轮机转轮叶片出水边流速分布、卡门涡共振频率以及叶片出水边的厚度分布，确定在叶片出水边的卡门涡分离区域范围；在叶片出水边的卡门涡分离区域范围上进行橡胶材料粘贴操作；对粘贴有橡胶材料的水轮机转轮叶片进行变负荷运行测试，判断卡门涡共振现象是否消除；根据卡门涡共振现象是否消除的结果，对一部分橡胶材料进行移位或铲除操作，并继续进行变负荷运行测试，确定叶片卡门涡共振修型区域；根据水轮机转轮叶片固有频率，重设置卡门涡频率，确定在叶片卡门涡共振修型区域上的修型厚度尺寸，进行叶片修型操作。

技术领域

本发明涉及水力发电技术领域，尤其涉及一种水轮机转轮叶片卡门涡共振修型的方法。

背景技术

目前，随着我国水电事业的大力发展，大量电站与机组相继通过启动调试试运行投入了商业运行。不过在启动调试期间部分机组，尤其是大、中型机组发生了严重的振动问题。经测试分析其原因均为水轮机转轮叶片出水边卡门涡引发的共振现象。卡门涡共振的机理如下：过水水流绕过转轮叶片的表面，在叶片出水边脱流产生卡门涡列(卡门涡产生示意图如图1所示)，脱流的卡门涡列施加一个交变的周期激励作用于叶片上。当卡门涡频率与转轮的固有频率一致或相近时，且激振能量足够，将出现卡门涡共振现象。这将引起转轮叶片的疲劳破坏，直接影响机组的安全稳定运行。

现有技术中为了解决卡门涡共振现象造成的水轮机转轮叶片的振动问题，一般采用对水轮机转轮叶片进行修型，即改变水轮机转轮叶片的型线，通常是对转轮叶片出水边进行非对称削薄处理，这种措施能提高出水边卡门涡脱落频率，降低激振能量，从而起到消除或减轻卡门涡共振的作用。然而目前的叶片修型操作仅是根据人为经验来一点点对叶片进行修型，从而改变出水边厚度，经过多次修型后，才能达到消除或减轻卡门涡共振的效果，其过程较为繁琐复杂。

发明内容

本发明的实施例提供一种水轮机转轮叶片卡门涡共振修型的方法，以解决目前的叶片修型操作仅是根据人为经验来一点点对叶片进行修型，需经过多次修型后，才能达到消除或减轻卡门涡共振的效果，其过程较为繁琐复杂的问题。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种水轮机转轮叶片卡门涡共振修型的方法，包括：

获取发生卡门涡共振现象的水轮机转轮叶片出水边流速分布、卡门涡共振频率以及叶片出水边的厚度分布，确定在叶片出水边的卡门涡分离区域范围；

在叶片出水边的卡门涡分离区域范围上进行橡胶材料粘贴操作；

对粘贴有橡胶材料的水轮机转轮叶片进行变负荷运行测试，判断卡门涡共振现象是否消除；

根据卡门涡共振现象是否消除的结果，对水轮机转轮叶片上的一部分橡胶材料进行移位或铲除操作，并继续进行变负荷运行测试，确定叶片卡门涡共振修型区域；

根据预先获知的水轮机转轮叶片固有频率，重设置卡门涡频率，并确定在叶片卡门涡共振修型区域上的修型厚度尺寸；

根据所述修型厚度尺寸在叶片卡门涡共振修型区域上进行叶片修型操作。

具体的，所述获取发生卡门涡共振现象的水轮机转轮叶片出水边流速分布、卡门涡共振频率以及叶片出水边的厚度分布，确定在叶片出水边的卡门涡分离区域范围，包括：

根据卡门涡频率计算公式：确定卡门涡共振频率对应的厚度范围d；其中，f_k为所述卡门涡共振频率；S_h为斯特劳哈数，S_h等于0.22至0.25；w为水轮机转轮叶片出水边流速；

根据卡门涡共振频率对应的厚度范围d在叶片出水边的厚度分布中选取与厚度范围d对应的区域范围作为卡门涡分离区域范围。