CN106021678A - 水轮机固定导叶钝边出水边卡门涡频率预估方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种水轮机固定导叶钝边出水边卡门涡频率预估方法。测量水轮机固定导叶的出水边夹角、出水边钝边厚度、出水边分布直径、出口角和高度等基本参数。利用流速计算公式，计算水轮机固定导叶出水边流速范围。利用水轮机固定导叶钝边出水边的斯特鲁哈尔数计算公式，计算针对特定固定导叶翼型的斯特鲁哈尔数。基于上述参数，利用经典公式计算固定导叶出水边卡门涡频率。该方法的优点是：水轮机固定导叶钝边出水边斯特鲁哈尔数计算公式可以有针对性的预估特定固定导叶翼型的斯特鲁哈尔数，能够显著提高水轮机固定导叶钝边出水边卡门涡频率预估的准确性，满足在设计阶段消除卡门涡共振危险的设计要求，对保证水轮机安全稳定运行具有重要意义。

Description

水轮机固定导叶钝边出水边卡门涡频率预估方法

技术领域：

本发明涉及水轮机固定导叶钝边出水边卡门涡频率预估方法。

背景技术：

固定导叶是水轮机主要过流部件之一，在水轮机运行过程中，存在固定导叶出水边设计不合理而引起卡门涡共振的可能。卡门涡共振会引起水轮机振动、噪声增大，甚至使固定导叶发生破坏、严重危害水轮机安全运行，因此必须对水轮机固定导叶出水边卡门涡频率进行预估，并与固定导叶水中固有频率进行对比，确保两者相互避开，避免共振发生。

目前，在水轮机固定导叶钝边出水边卡门涡频率预估时，通常利用卡门涡频率理论公式进行计算，公式中的斯特鲁哈尔数通常采用圆形截面的斯特鲁哈尔数取值。

这种水轮机固定导叶出水边卡门涡频率预估方法的缺点是：圆形截面的斯特鲁哈尔数并不适合于水轮机固定导叶出水边的卡门涡频率计算，导致计算结果与实际值存在非常大的偏差，只能在发生卡门涡共振以后，再采取措施进行补救，这种方法已经不能满足在设计阶段消除卡门涡共振危险的设计要求。

发明内容：

本发明提供了一种水轮机固定导叶钝边出水边卡门涡频率预估方法。测量水轮机固定导叶的出水边夹角、出水边钝边厚度、出水边分布直径、出口角和高度等基本参数。利用流速计算公式，计算水轮机固定导叶出水边流速范围。利用水轮机固定导叶钝边出水边的斯特鲁哈尔数计算公式，计算针对特定固定导叶翼型的斯特鲁哈尔数。基于上述参数，利用经典公式计算固定导叶出水边卡门涡频率。该方法的优点是：水轮机固定导叶钝边出水边斯特鲁哈尔数计算公式可以有针对性的预估特定固定导叶翼型的斯特鲁哈尔数，能够显著提高水轮机固定导叶钝边出水边卡门涡频率预估的准确性，满足在设计阶段消除卡门涡共振危险的设计要求，对保证水轮机安全稳定运行具有重要意义。本发明的技术方案为：

1)测量水轮机固定导叶出水边夹角，测量固定导叶出水边钝边厚度，测量固定导叶出流角，测量固定导叶出水边分布直径，测量固定导叶高度；

2)计算水轮机固定导叶出水边流速范围，计算公式如下：

$v_{min}=\frac{Q_{min}}{(\mathrm{\π}\·d\·B)\·sin\mathrm{\α}}$

$v_{max}=\frac{Q_{max}}{(\mathrm{\π}\·d\·B)\·sin\mathrm{\α}}$

式中v_min，v_max分别为固定导叶出水边最小流速和最大流速，

Q_min，Q_max分别为水轮机最小流量和最大流量，

π为圆周率，

d为固定导叶出水边分布直径，

B为固定导叶高度，

α为固定导叶出流角；

3)利用水轮机固定导叶钝边出水边的斯特鲁哈尔数计算公式，计算针对特定固定导叶翼型的斯特鲁哈尔数，公式如下：

S＝0.186-0.004β

式中S为斯特鲁哈尔数，

β为出水边夹角。

4)基于上述参数，利用经典公式计算固定导叶出水边卡门涡频率，计算公式如下：

$f_{\min }=S\frac{v_{min}}{t}$

$f_{max}=S\frac{v_{max}}{t}$

式中f_min，f_max为卡门涡频率，

t为脱流厚度，取值为出水边钝边厚度。

技术效果：

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

现有的水轮机固定导叶钝边出水边卡门涡频率预估方法中，圆形截面的斯特鲁哈尔数并不适合于水轮机固定导叶出水边的卡门涡频率计算，导致计算结果与实际值存在非常大的偏差，只能在发生卡门涡共振以后，再采取措施进行补救，这种方法已经不能满足在设计阶段消除卡门涡共振危险的设计要求。

本发明提供了一种水轮机固定导叶钝边出水边卡门涡频率预估方法。测量水轮机固定导叶的出水边夹角、出水边钝边厚度、出水边分布直径、出口角和高度等基本参数。利用流速计算公式，计算水轮机固定导叶出水边流速范围。利用水轮机固定导叶钝边出水边的斯特鲁哈尔数计算公式，计算针对特定固定导叶翼型的斯特鲁哈尔数。基于上述参数，利用经典公式计算固定导叶出水边卡门涡频率。该方法的优点是：水轮机固定导叶钝边出水边斯特鲁哈尔数计算公式可以有针对性的预估特定固定导叶翼型的斯特鲁哈尔数，能够显著提高水轮机固定导叶钝边出水边卡门涡频率预估的准确性，满足在设计阶段消除卡门涡共振危险的设计要求，对保证水轮机安全稳定运行具有重要意义。

附图说明：

图1为水轮机固定导叶钝边出水边卡门涡频率预估方法流程图；

图2为水轮机固定导叶俯视图；

图3为水轮机局部主视图；

图4为水轮机固定导叶翼型图。

具体实施方式：

如图1所示，水轮机固定导叶钝边出水边卡门涡频率预估方法流程图，方法步骤如下：

1)测量水轮机固定导叶出水边夹角，测量固定导叶出水边钝边厚度，测量固定导叶出流角，测量固定导叶出水边分布直径，测量固定导叶高度；

2)计算水轮机固定导叶出水边流速范围，计算公式如下：

$v_{min}=\frac{Q_{min}}{(\mathrm{\π}\·d\·B)\·sin\mathrm{\α}}$

$v_{max}=\frac{Q_{max}}{(\mathrm{\π}\·d\·B)\·sin\mathrm{\α}}$

式中v_min，v_max分别为固定导叶出水边最小流速和最大流速，

Q_min，Q_max分别为水轮机最小流量和最大流量，

π为圆周率，

d为固定导叶出水边分布直径，

B为固定导叶高度，

α为固定导叶出流角；

3)利用水轮机固定导叶钝边出水边的斯特鲁哈尔数计算公式，计算针对特定固定导叶翼型的斯特鲁哈尔数，公式如下：

S＝0.186-0.004β

式中S为斯特鲁哈尔数，

β为出水边夹角。

4)基于上述参数，利用经典公式计算固定导叶出水边卡门涡频率，计算公式如下：

$f_{\min }=S\frac{v_{min}}{t}$

$f_{max}=S\frac{v_{max}}{t}$

式中f_min，f_max为卡门涡频率，

t为脱流厚度，取值为出水边钝边厚度。

如图2所示，水轮机固定导叶俯视图，固定导叶沿着水轮机周向均匀布置，图中可见固定导叶、固定导叶出水边、固定导叶出流角、固定导叶出水边分布直径的指示。

如图3所示，水轮机局部主视图，图中可见固定导叶、固定导叶出水边、固定导叶高度的指示。

如图4所示，水轮机固定导叶翼型图，图中可见固定导叶、固定导叶出水边、固定导叶出水边夹角、固定导叶出水边钝边厚度的指示。

Claims (1)

1.一种水轮机固定导叶钝边出水边卡门涡频率预估方法，其特征是：包括如下步骤：

1)测量水轮机固定导叶(1)出水边(2)夹角(3)，测量固定导叶(1)出水边(2)钝边厚度(4)，测量固定导叶(1)出流角(5)，测量固定导叶(1)出水边(2)分布直径(6)，测量固定导叶(1)高度(7)；

2)计算水轮机固定导叶(1)出水边(2)流速范围，计算公式如下：

$v_{min}=\frac{Q_{min}}{(\mathrm{\π}\·d\·B)\·sin\mathrm{\α}}$

$v_{max}=\frac{Q_{max}}{(\mathrm{\π}\·d\·B)\·sin\mathrm{\α}}$

式中v_min，v_max分别为固定导叶(1)出水边(2)最小流速和最大流速，

Q_min，Q_max分别为水轮机最小流量和最大流量，

π为圆周率，

d为固定导叶(1)出水边(2)分布直径(6)，

B为固定导叶(1)高度(7)，

α为固定导叶(1)出流角(5)；

3)利用水轮机固定导叶(1)钝边出水边(2)的斯特鲁哈尔数计算公式，计算针对特定固定导叶(1)翼型的斯特鲁哈尔数，公式如下：

S＝0.186-0.004β

式中S为斯特鲁哈尔数，

β为出水边(2)夹角(3)；

4)基于上述参数，利用经典公式计算固定导叶(1)出水边(2)卡门涡频率，计算公式如下：

$f_{\min }=S\frac{v_{min}}{t}$

$f_{max}=S\frac{v_{max}}{t}$

式中f_min，f_max为卡门涡频率，

t为脱流厚度，取值为出水边(2)钝边厚度(4)。