[其他]可调叶片轴流式涡轮机排流环的支承结构

说明书

本发明是有关对可调叶片轴流式涡轮机排流环的支承结构所作的改进。

普通的球形轴流式涡轮机是一种可调叶片的轴流式涡轮，它包括有轴向置于水流中的且容装有发电机和主轴的球形体，和安装在球形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球形体的外壳，控制进入转子水流的可调导叶，外导叶壳以及环绕转子的排流环。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。排流环轴向置于外导叶壳和导流管之间，以便减少水流损失，排流环有一半球形内面，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。

排流环固定在逆流端的外导叶壳上，在顺流端排流环及导流管之间留有空隙，以便于安装、拆卸排流环。空隙由活动凸缘装置密封以防水泄漏。

外导叶壳和排流环的组合体未用混凝土之类的材料加以覆盖，而是暴露在外。以各外导叶壳的逆流端点和排流环为转轴，外导叶壳和排流环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，轴流式涡轮机用于低压水头，轴流式涡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，以及转子叶片与排流环相接触。此外，当涡轮机工作于半载或超载状态时，在转子顺流侧易于产生冲击水流，而导致涡流和水压振动的产生。因此，排流环中易于引起振动。特别是由于可调叶片轴流式涡轮机的排流环未用混凝土加以覆盖（如上所述），并由于涡轮机是轴向安装的，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。

普通的排流环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排流环的边缘。

在垂直方向与排流环连成一体的支承脚和混凝土柱的弹簧常数Kc通常要定得比由排流环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：

Kt＝ (Kc·Kb)/(Kb+Kc)

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。

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，排流环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排流环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，使转子叶片与排流环相接触。

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。

如上所述，密封空隙形成于叶片尖和对着叶片尖的排流环之间。密封空隙呈半球形，该半球形在紧接叶片的顺流端有喉部。在喉部的排流环的半径比喉部的各叶片的直径小G1。例如在拆卸涡轮机时，通过水平移动转子而将转子移出球形体。然而，转子在喉部与排流环相碰而使转子无法从球形体中移出。因此，普通的排流环由一垂面分为两半，即左半部和右半部。在移出转子之前，排流环的左半部和右半部水平移出足以确保不与转子接触。因而，发电厂所需的厂房宽度W由下面的等式给出：

W＝2×（E+B+h）+D

这里，D：转子叶片的最大直径;

E：当左半部和右半部水平移动到足以移出转子时，厂房与排流环的一半之间的距离;

B：沿水平和垂直方向的左半部或右半部的比例，和

h：当转子移出时，转子叶片和排流环间的距离。

对于普通涡轮机来说，为安装和拆卸必须使厂房宽度足够大，因而这类涡轮机相当不经济。