CN108843478B - 一种水轮机转轮叶片卡门涡共振修型的方法 - Google Patents
一种水轮机转轮叶片卡门涡共振修型的方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN108843478B CN108843478B CN201810635096.7A CN201810635096A CN108843478B CN 108843478 B CN108843478 B CN 108843478B CN 201810635096 A CN201810635096 A CN 201810635096A CN 108843478 B CN108843478 B CN 108843478B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- karman vortex
- blade
- water outlet
- resonance
- modification
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 201
- 238000002715 modification method Methods 0.000 title claims abstract description 12
- 230000004048 modification Effects 0.000 claims abstract description 104
- 238000012986 modification Methods 0.000 claims abstract description 104
- 239000000463 material Substances 0.000 claims abstract description 68
- 238000000926 separation method Methods 0.000 claims abstract description 43
- 238000012360 testing method Methods 0.000 claims abstract description 36
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 31
- 238000009826 distribution Methods 0.000 claims abstract description 23
- 230000009467 reduction Effects 0.000 claims description 12
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 claims description 6
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 claims description 6
- 239000003822 epoxy resin Substances 0.000 claims description 6
- 229920000647 polyepoxide Polymers 0.000 claims description 6
- 238000005488 sandblasting Methods 0.000 claims description 6
- 230000010349 pulsation Effects 0.000 claims description 4
- 238000005498 polishing Methods 0.000 claims description 3
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 abstract description 5
- 238000010248 power generation Methods 0.000 abstract description 2
- 230000008569 process Effects 0.000 description 13
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 10
- 238000011282 treatment Methods 0.000 description 8
- 238000004590 computer program Methods 0.000 description 7
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 5
- 230000005284 excitation Effects 0.000 description 4
- 230000006870 function Effects 0.000 description 4
- 238000007493 shaping process Methods 0.000 description 4
- 230000008859 change Effects 0.000 description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 3
- 238000003860 storage Methods 0.000 description 3
- 201000004569 Blindness Diseases 0.000 description 2
- 230000008439 repair process Effects 0.000 description 2
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 230000008034 disappearance Effects 0.000 description 1
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 1
- 230000002427 irreversible effect Effects 0.000 description 1
- 230000007774 longterm Effects 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 1
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 1
- 230000000737 periodic effect Effects 0.000 description 1
- 238000004088 simulation Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- F03B—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS
- F03B3/00—Machines or engines of reaction type; Parts or details peculiar thereto
- F03B3/12—Blades; Blade-carrying rotors
- F03B3/121—Blades, their form or construction
-
- G—PHYSICS
- G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
- G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
- G06F30/00—Computer-aided design [CAD]
- G06F30/10—Geometric CAD
- G06F30/17—Mechanical parametric or variational design
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
- Y02E10/20—Hydro energy
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Geometry (AREA)
- Theoretical Computer Science (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Pure & Applied Mathematics (AREA)
- Mathematical Optimization (AREA)
- Evolutionary Computation (AREA)
- Mathematical Analysis (AREA)
- Computational Mathematics (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Hydraulic Turbines (AREA)
Abstract
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。
Description
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，fk为所述卡门涡共振频率；Sh为斯特劳哈数，Sh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。
具体的，所述叶片出水边的卡门涡分离区域范围包括叶片出水边靠上冠区域范围、叶片出水边靠下环区域范围以及介于叶片出水边靠上冠区域范围和叶片出水边靠下环区域范围之间的中心区域范围。
具体的，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，包括：
在叶片出水边的正面和背面标记卡门涡分离区域范围；
对标记出的卡门涡分离区域范围进行打磨处理，并对打磨处理后的区域进行清洗操作；
对清洗操作后的卡门涡分离区域范围进行喷砂操作；
对喷砂操作后的卡门涡分离区域范围采用环氧树脂进行橡胶材料粘贴操作，并待所述环氧树脂固化。
具体的，所述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，包括：
预先获取发生卡门涡共振现象时的水轮机机组运行负荷；
将水轮机机组开机并网，并采用阶梯式升负荷方式，将水轮机机组负荷升至所述运行负荷；
测量水轮机顶盖振动和水轮机压力脉动的幅值；
若水轮机顶盖振动中卡门涡共振频率对应的分频幅值相对于预先获知的卡门涡共振现象对应的顶盖振动中卡门涡共振频率对应的分频幅值的减小量达到一第一百分比，且水轮机压力脉动中卡门涡共振频率对应的分频幅值相对于预先获知的卡门涡共振现象对应的压力脉动中卡门涡共振频率对应的分频幅值的减小量达到一第二百分比，则确定卡门涡共振现象消除；
若水轮机顶盖振动中卡门涡共振频率对应的分频幅值相对于预先获知的卡门涡共振现象对应的顶盖振动中卡门涡共振频率对应的分频幅值的减小量未达到所述第一百分比，或水轮机压力脉动中卡门涡共振频率对应的分频幅值相对于预先获知的卡门涡共振现象对应的压力脉动中卡门涡共振频率对应的分频幅值的减小量未达到所述第二百分比，则确定卡门涡共振现象未消除。
具体的，所述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，包括：
在确定卡门涡共振现象未消除时，将卡门涡分离区域范围的橡胶材料铲除并进行一至多次向叶片进水边方向移动一预设距离后再次粘贴，直至进行一至多次粘贴后，卡门涡共振现象消除；
在确定卡门涡共振现象消除时，将叶片出水边靠上冠区域范围和叶片出水边靠下环区域范围的橡胶材料铲除，保留叶片出水边中心区域范围的橡胶材料；重新对中心区域范围粘贴有橡胶材料的水轮机转轮叶片进行变负荷运行测试，确定卡门涡共振现象是否出现；
在确定卡门涡共振现象未出现时，将中心区域范围正面的橡胶材料铲除，保留叶片出水边中心区域范围背面的橡胶材料，重新对中心区域范围背面粘贴有橡胶材料的水轮机转轮叶片进行变负荷运行测试，确定卡门涡共振现象是否再次出现；
在确定卡门涡共振现象再次出现时，确定中心区域范围正面为叶片卡门涡共振修型区域；
在确定卡门涡共振现象未再次出现时，确定中心区域范围背面为叶片卡门涡共振修型区域；
在确定卡门涡共振现象出现时，将叶片出水边靠上冠区域范围或叶片出水边靠下环区域范围确定为叶片卡门涡共振修型区域；在叶片出水边靠上冠区域范围上重新粘贴橡胶材料，并进行变负荷运行测试，确定卡门涡共振现象是否又一次出现；若又一次出现，则确定叶片出水边靠下环区域范围为卡门涡修型区域；否则若未又一次出现，则确定叶片出水边靠上冠区域范围为卡门涡修型区域；再根据叶片出水边正面和背面粘贴橡胶材料的情况，重新进行变负荷运行测试，确定叶片出水边正面或背面为卡门涡修型区域。
具体的，所述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，包括：
预先获知水轮机转轮叶片的一至多阶固有频率；
根据所述一至多阶固有频率，重设置卡门涡频率，使得重设置的卡门涡频率与所述一至多阶固有频率相错开10％以上；
根据公式：
确定叶片卡门涡共振修型区域的理想厚度范围；其中，fk′为重设置的卡门涡频率；d′为叶片卡门涡共振修型区域的理想厚度范围；Sh为斯特劳哈数；w为水轮机转轮叶片出水边流速；
根据叶片卡门涡共振修型区域的实际厚度和理想厚度范围，确定在叶片卡门涡共振修型区域上的修型厚度尺寸。
本发明实施例提供的一种水轮机转轮叶片卡门涡共振修型的方法，首先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；然后，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；之后，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；之后，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；之后，可以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；从而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。可见，本发明实施例可以确定叶片卡门涡共振修型区域以及修型厚度尺寸，避免了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。另外，本发明实施例可以避免频繁的修型处理对叶片型线的破坏，本发明的方法可使得水轮机转轮的能量性能与稳定性变化较小。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为卡门涡产生示意图；
图2为本发明实施例提供的一种水轮机转轮叶片卡门涡共振修型的方法流程图一；
图3为本发明实施例提供的一种水轮机转轮叶片卡门涡共振修型的方法流程图二；
图4为本发明实施例中的发生卡门涡共振现象的水轮机转轮叶片及周围结构的三维模型示意图；
图5为本发明实施例中的水轮机转轮叶片及其周围结构的示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
值得说明的是，在实现本发明实施例的过程中，发明人发现现有技术采用如下方式来进行水轮机转轮叶片修型：
现有技术大多是计算出水边处分离流的尾迹的厚度，然而却不能给出卡门涡分离点的确切位置，也就不能确定卡门涡修型的具体范围。因此，现有技术更多是根据经验的方式来对叶片进行修型处理。具体的处理过程如下：
(1)根据测试得到的卡门涡共振频率、叶片出水边厚度和转轮固有频率计算结果(或测试结果)，估算叶片出水边需要削薄的尺寸，即修型量。
(2)根据估算的修型量，对整个叶片出水边进行削薄处理，并向出水边内侧平滑过渡处理。
(3)再次测量，检查卡门涡共振的改善情况。根据测试结果，结合经验确定下一步的修型方案。
(4)重复步骤(2)与步骤(3)，直至卡门涡修型处理达到满意效果。
出现卡门涡共振的机组基本上是按照该现有技术，进行多次修型后才解决卡门涡共振问题的。其修型工作量巨大：对所有叶片出水边的正背面进行修型处理，若是巨型混流式水轮机，其转轮叶片数为13或15个，叶片出水边尺寸大，这将使得修型工作量是很大的。其修型次数多：因为修型是根据人为经验的，大部分情况下需要多次修型处理才能达到满意的效果。其修型存在盲目性：因为具体需要修型的区域未知，而是凭经验估算进行的修型处理，这存在一定的盲目性。盲目修型会破坏转轮叶片的型线，可能会使得转轮的能量性能下降较多，机组的长期运行将会产生巨大的经济损失。此外，还有可能会影响水轮机的水力性能，即水压脉动变大，从而影响机组在未发生卡门涡共振负荷区域运行的稳定性能。
为了克服上述现有技术中的问题，如图2所示，本发明实施例提供一种水轮机转轮叶片卡门涡共振修型的方法，包括：
步骤101、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。
步骤102、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。
步骤103、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。
步骤104、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。
步骤105、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。
步骤106、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。
本发明实施例提供的一种水轮机转轮叶片卡门涡共振修型的方法，可以确定叶片卡门涡共振修型区域以及修型厚度尺寸，避免了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。另外，本发明实施例可以避免频繁的修型处理对叶片型线的破坏，本发明的方法可使得水轮机转轮的能量性能与稳定性变化较小。
为了使本领域的技术人员更好的了解本发明，下面结合具体的实例以及附图列举一个更为详细的实施例，如图3所示，本发明实施例提供一种水轮机转轮叶片卡门涡共振修型的方法，包括：
步骤201、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。
目前，可以通过三维模型建立软件来建立水轮机相关的蜗壳、导叶、水轮机转轮、尾水管等结构的三维模型，利用有限元计算软件，设定计算的边界条件(过机流量)，可以仿真计算得到水轮机转轮叶片出水边流速分布。另外，通过三维模型可以获知叶片出水边的厚度分布。具体的三维模型示意图如图4所示。另外该卡门涡共振频率可通过预先测试得到。
步骤202、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，fk为所述卡门涡共振频率；Sh为斯特劳哈数，在混流式水轮机转轮的情况下，Sh一般等于0.22至0.25；w为水轮机转轮叶片出水边流速。
步骤203、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。
具体的，如图5所示，所述叶片出水边的卡门涡分离区域范围可包括叶片出水边靠上冠区域范围301(靠近上冠302)、叶片出水边靠下环区域范围303(靠近下环304)以及介于叶片出水边靠上冠区域范围301和叶片出水边靠下环区域范围303之间的中心区域范围305，另外根据图4中箭头方向表示的水流方向，卡门涡分离区域范围位于叶片出水边306，而远离叶片进水边307。该中心区域范围303一般占叶片出水边306长度的五分之一。该叶片出水边靠上冠区域范围301、叶片出水边靠下环区域范围303和中心区域范围305可以根据卡门涡分离区域范围的长度来划分，但不仅局限于此。
步骤204、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。
该具体的粘贴操作过程可以为：
在叶片出水边的正面(即图5中所显示的面)和背面(即图5所显示的面的背面)标记卡门涡分离区域范围。对标记出的卡门涡分离区域范围进行打磨处理，并对打磨处理后的区域进行清洗操作。对清洗操作后的卡门涡分离区域范围进行喷砂操作。对喷砂操作后的卡门涡分离区域范围采用环氧树脂进行橡胶材料粘贴操作，并待所述环氧树脂固化。
此处进行橡胶材料粘贴操作的原因是，在粘贴橡胶材料后，可破坏叶片出水边的流态，从而破坏此前发生共振的卡门涡，以便于叶片卡门涡共振修型区域的确定。
步骤205、预先获取发生卡门涡共振现象时的水轮机机组运行负荷。
步骤206、将水轮机机组开机并网，并采用阶梯式升负荷方式，将水轮机机组负荷升至所述运行负荷。
步骤207、测量水轮机顶盖振动和水轮机压力脉动的幅值。
在步骤207之后执行步骤208或者步骤209。
步骤208、若水轮机顶盖振动中卡门涡共振频率对应的分频幅值相对于预先获知的卡门涡共振现象对应的顶盖振动中卡门涡共振频率对应的分频幅值的减小量达到一第一百分比，且水轮机压力脉动中卡门涡共振频率对应的分频幅值相对于预先获知的卡门涡共振现象对应的压力脉动中卡门涡共振频率对应的分频幅值的减小量达到一第二百分比，则确定卡门涡共振现象消除。
在步骤208之后继续执行步骤211。
步骤209、若水轮机顶盖振动中卡门涡共振频率对应的分频幅值相对于预先获知的卡门涡共振现象对应的顶盖振动中卡门涡共振频率对应的分频幅值的减小量未达到所述第一百分比，或水轮机压力脉动中卡门涡共振频率对应的分频幅值相对于预先获知的卡门涡共振现象对应的压力脉动中卡门涡共振频率对应的分频幅值的减小量未达到所述第二百分比，则确定卡门涡共振现象未消除。
在步骤209之后继续执行步骤210。
步骤210、在确定卡门涡共振现象未消除时，将卡门涡分离区域范围的橡胶材料铲除并进行一至多次向叶片进水边方向移动一预设距离后再次粘贴，直至进行一至多次粘贴后，卡门涡共振现象消除。
在确定卡门涡共振现象未消除时，表示卡门涡分离区域范围存在偏差，因此需要将橡胶材料铲除并进行一至多次向叶片进水边方向移动一预设距离后再次粘贴。在该一至多次向叶片进水边方向移动一预设距离后再次粘贴的过程中，可进行多次步骤206至步骤209的过程，以确定卡门涡共振现象是否消除。
在步骤210之后继续执行步骤211。
步骤211、在确定卡门涡共振现象消除时，将叶片出水边靠上冠区域范围和叶片出水边靠下环区域范围的橡胶材料铲除，保留叶片出水边中心区域范围的橡胶材料；重新对中心区域范围粘贴有橡胶材料的水轮机转轮叶片进行变负荷运行测试，确定卡门涡共振现象是否出现。
具体的，重新对中心区域范围粘贴有橡胶材料的水轮机转轮叶片进行变负荷运行测试，确定卡门涡共振现象是否出现，其过程可以如上述步骤206至步骤209所述，此处不再赘述。此处步骤211的原因是因为中心区域范围的刚度一般最低，最容易被卡门涡激发而发生共振现象。
在步骤211之后继续执行步骤212或步骤213。
步骤212、在确定卡门涡共振现象未出现时，将中心区域范围正面的橡胶材料铲除，保留叶片出水边中心区域范围背面的橡胶材料，重新对中心区域范围背面粘贴有橡胶材料的水轮机转轮叶片进行变负荷运行测试，确定卡门涡共振现象是否再次出现。
具体的，重新对中心区域范围背面粘贴有橡胶材料的水轮机转轮叶片进行变负荷运行测试，确定卡门涡共振现象是否再次出现，其过程可以如上述步骤206至步骤209所述，此处不再赘述。
在步骤212之后执行步骤214或者步骤215。
步骤213、在确定卡门涡共振现象出现时，将叶片出水边靠上冠区域范围或叶片出水边靠下环区域范围确定为叶片卡门涡共振修型区域；在叶片出水边靠上冠区域范围上重新粘贴橡胶材料，并进行变负荷运行测试，确定卡门涡共振现象是否又一次出现；若又一次出现，则确定叶片出水边靠下环区域范围为卡门涡修型区域；否则若未又一次出现，则确定叶片出水边靠上冠区域范围为卡门涡修型区域；再根据叶片出水边正面和背面粘贴橡胶材料的情况，重新进行变负荷运行测试，确定叶片出水边正面或背面为卡门涡修型区域。
在步骤213之后继续执行步骤216。
步骤214、在确定卡门涡共振现象再次出现时，确定中心区域范围正面为叶片卡门涡共振修型区域。
在步骤214之后继续执行步骤216。
步骤215、在确定卡门涡共振现象未再次出现时，确定中心区域范围背面为叶片卡门涡共振修型区域。
在步骤215之后继续执行步骤216。
步骤216、预先获知水轮机转轮叶片的一至多阶固有频率，根据所述一至多阶固有频率，重设置卡门涡频率，使得重设置的卡门涡频率与所述一至多阶固有频率相错开10％以上。
即重设置的卡门涡频率要小于第一阶的固有频率，或者可处于两个固有频率之间，以避免与固有频率相同，也即需要令卡门涡共振频率达到一个与一至多阶固有频率不同的频率，从而避免后续发生卡门涡共振。
步骤217、根据公式：
确定叶片卡门涡共振修型区域的理想厚度范围。
其中，fk′为重设置的卡门涡频率；d′为叶片卡门涡共振修型区域的理想厚度范围；Sh为斯特劳哈数；w为水轮机转轮叶片出水边流速。
步骤218、根据叶片卡门涡共振修型区域的实际厚度和理想厚度范围，确定在叶片卡门涡共振修型区域上的修型厚度尺寸。
步骤219、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。
由于叶片修型的操作是不可逆的，因此在进行修型时实际修型厚度要略小于修型厚度尺寸，以在后续进行变负荷运行测试，确定是否达到了卡门涡共振现象消失的效果。
本发明实施例提供的一种水轮机转轮叶片卡门涡共振修型的方法，首先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；然后，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；之后，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；之后，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；之后，可以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；从而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。可见，本发明实施例可以确定叶片卡门涡共振修型区域以及修型厚度尺寸，避免了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。另外，本发明实施例可以避免频繁的修型处理对叶片型线的破坏，本发明的方法可使得水轮机转轮的能量性能与稳定性变化较小。
本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
本发明中应用了具体实施例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。
Claims (7)
1.一种水轮机转轮叶片卡门涡共振修型的方法，其特征在于，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；
如果卡门涡共振现象未消除，对水轮机转轮叶片上的一部分橡胶材料进行铲除及移位操作，如果卡门涡共振现象消除，对水轮机转轮叶片上的一部分橡胶材料进行铲除操作；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。
2.根据权利要求1所述的水轮机转轮叶片卡门涡共振修型的方法，其特征在于，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，fk为所述卡门涡共振频率；Sh为斯特劳哈数，Sh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。
3.根据权利要求2所述的水轮机转轮叶片卡门涡共振修型的方法，其特征在于，所述叶片出水边的卡门涡分离区域范围包括叶片出水边靠上冠区域范围、叶片出水边靠下环区域范围以及介于叶片出水边靠上冠区域范围和叶片出水边靠下环区域范围之间的中心区域范围。
4.根据权利要求3所述的水轮机转轮叶片卡门涡共振修型的方法，其特征在于，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，包括：
在叶片出水边的正面和背面标记卡门涡分离区域范围；
对标记出的卡门涡分离区域范围进行打磨处理，并对打磨处理后的区域进行清洗操作；
对清洗操作后的卡门涡分离区域范围进行喷砂操作；
对喷砂操作后的卡门涡分离区域范围采用环氧树脂进行橡胶材料粘贴操作，并待所述环氧树脂固化。
5.根据权利要求4所述的水轮机转轮叶片卡门涡共振修型的方法，其特征在于，所述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，包括：
预先获取发生卡门涡共振现象时的水轮机机组运行负荷；
将水轮机机组开机并网，并采用阶梯式升负荷方式，将水轮机机组负荷升至所述运行负荷；
测量水轮机顶盖振动和水轮机压力脉动的幅值；
若水轮机顶盖振动中卡门涡共振频率对应的分频幅值相对于预先获知的卡门涡共振现象对应的顶盖振动中卡门涡共振频率对应的分频幅值的减小量达到一第一百分比，且水轮机压力脉动中卡门涡共振频率对应的分频幅值相对于预先获知的卡门涡共振现象对应的压力脉动中卡门涡共振频率对应的分频幅值的减小量达到一第二百分比，则确定卡门涡共振现象消除；
若水轮机顶盖振动中卡门涡共振频率对应的分频幅值相对于预先获知的卡门涡共振现象对应的顶盖振动中卡门涡共振频率对应的分频幅值的减小量未达到所述第一百分比，或水轮机压力脉动中卡门涡共振频率对应的分频幅值相对于预先获知的卡门涡共振现象对应的压力脉动中卡门涡共振频率对应的分频幅值的减小量未达到所述第二百分比，则确定卡门涡共振现象未消除。
6.根据权利要求5所述的水轮机转轮叶片卡门涡共振修型的方法，其特征在于，所述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，包括：
在确定卡门涡共振现象未消除时，将卡门涡分离区域范围的橡胶材料铲除并进行一至多次向叶片进水边方向移动一预设距离后再次粘贴，直至进行一至多次粘贴后，卡门涡共振现象消除；
在确定卡门涡共振现象消除时，将叶片出水边靠上冠区域范围和叶片出水边靠下环区域范围的橡胶材料铲除，保留叶片出水边中心区域范围的橡胶材料；重新对中心区域范围粘贴有橡胶材料的水轮机转轮叶片进行变负荷运行测试，确定卡门涡共振现象是否出现；
在确定卡门涡共振现象未出现时，将中心区域范围正面的橡胶材料铲除，保留叶片出水边中心区域范围背面的橡胶材料，重新对中心区域范围背面粘贴有橡胶材料的水轮机转轮叶片进行变负荷运行测试，确定卡门涡共振现象是否再次出现；
在确定卡门涡共振现象再次出现时，确定中心区域范围正面为叶片卡门涡共振修型区域；
在确定卡门涡共振现象未再次出现时，确定中心区域范围背面为叶片卡门涡共振修型区域；
在确定卡门涡共振现象出现时，将叶片出水边靠上冠区域范围或叶片出水边靠下环区域范围确定为叶片卡门涡共振修型区域；在叶片出水边靠上冠区域范围上重新粘贴橡胶材料，并进行变负荷运行测试，确定卡门涡共振现象是否又一次出现；若又一次出现，则确定叶片出水边靠下环区域范围为卡门涡修型区域；否则若未又一次出现，则确定叶片出水边靠上冠区域范围为卡门涡修型区域；再根据叶片出水边正面和背面粘贴橡胶材料的情况，重新进行变负荷运行测试，确定叶片出水边正面或背面为卡门涡修型区域。
7.根据权利要求6所述的水轮机转轮叶片卡门涡共振修型的方法，其特征在于，所述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，包括：
预先获知水轮机转轮叶片的一至多阶固有频率；
根据所述一至多阶固有频率，重设置卡门涡频率，使得重设置的卡门涡频率与所述一至多阶固有频率相错开10％以上；
根据公式：
确定叶片卡门涡共振修型区域的理想厚度范围；其中，fk′为重设置的卡门涡频率；d′为叶片卡门涡共振修型区域的理想厚度范围；Sh为斯特劳哈数；w为水轮机转轮叶片出水边流速；
根据叶片卡门涡共振修型区域的实际厚度和理想厚度范围，确定在叶片卡门涡共振修型区域上的修型厚度尺寸。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201810635096.7A CN108843478B (zh) | 2018-06-20 | 2018-06-20 | 一种水轮机转轮叶片卡门涡共振修型的方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201810635096.7A CN108843478B (zh) | 2018-06-20 | 2018-06-20 | 一种水轮机转轮叶片卡门涡共振修型的方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN108843478A CN108843478A (zh) | 2018-11-20 |
| CN108843478B true CN108843478B (zh) | 2020-01-10 |
Family
ID=64203420
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201810635096.7A Active CN108843478B (zh) | 2018-06-20 | 2018-06-20 | 一种水轮机转轮叶片卡门涡共振修型的方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN108843478B (zh) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN113266505A (zh) * | 2021-01-05 | 2021-08-17 | 国家电网有限公司 | 混流式转轮及避振方法 |
Family Cites Families (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS55146274A (en) * | 1979-05-04 | 1980-11-14 | Hitachi Ltd | Water turbine runner |
| WO2012148012A1 (ko) * | 2011-04-26 | 2012-11-01 | 주식회사 포스코건설 | 조류발전 터어빈용 로터 블레이드 및 그의 제조방법 |
| JP6466061B2 (ja) * | 2013-12-11 | 2019-02-06 | 三菱重工業株式会社 | 舶用プロペラおよび舶用プロペラの改修方法 |
| CN106021686B (zh) * | 2016-05-16 | 2018-12-11 | 哈尔滨电机厂有限责任公司 | 水轮机活动导叶钝边出水边卡门涡频率预估方法 |
| CN106825657B (zh) * | 2017-02-28 | 2019-04-02 | 哈尔滨善思科技有限责任公司 | 一种基于大流量偏工况水轮机泄水锥打4孔的方法 |
-
2018
- 2018-06-20 CN CN201810635096.7A patent/CN108843478B/zh active Active
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN108843478A (zh) | 2018-11-20 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Zhu et al. | Optimization design of a reversible pump–turbine runner with high efficiency and stability | |
| Liu et al. | A selected literature review of efficiency improvements in hydraulic turbines | |
| CN104504219B (zh) | 一种基于cfd的离心泵空化性能的预测方法 | |
| CN104933222B (zh) | 水泵水轮机第一象限特性曲线理论预测方法 | |
| CN104166752B (zh) | 液力变矩器全流道瞬态数值模拟计算方法 | |
| CN108843478B (zh) | 一种水轮机转轮叶片卡门涡共振修型的方法 | |
| WO2019136921A1 (zh) | 轴流式pat发电模式最优效率点参数和性能曲线预估方法 | |
| CN109578085B (zh) | 一种通过导叶倾斜减弱涡轮动叶非定常作用力的方法 | |
| Anciger et al. | Prediction of rotating stall and cavitation inception in pump turbines | |
| Fleisinger et al. | Flow driven analysis of a darrieus water turbine | |
| Semerci et al. | Increasing efficiency of an existing francis turbine by rehabilitation process | |
| CN104675713B (zh) | 一种基于数据样本的离心泵无过载设计方法 | |
| CN103530475A (zh) | 基于有限元分析的水轮机活动导叶立面间隙优化新方法 | |
| Pospelov et al. | Effect of the parameters of a computational model on the prediction of hydraulic turbine characteristics | |
| CN112699505B (zh) | 一种用于核电机组低压缸长叶片的动应力有限元计算方法 | |
| Hou et al. | Hydraulic design of inlet guide vane and its full flow passage numerical simulation on centrifugal pump | |
| CN108536899A (zh) | 一种基于流固耦合计算光伏大棚抗风性能的计算方法 | |
| CN102606368B (zh) | 可逆式水泵水轮机转轮直径的计算方法 | |
| Ismail et al. | CFD modelling of a pump as turbine (PAT) with rounded leading edge impellers for micro hydro systems | |
| Susan-Resiga et al. | A mathematical model for the swirling flow ingested by the draft tube of Francis turbines | |
| Yelmar et al. | Computational analysis of recess vane geometry modification in the casing treatment approach to enhance stall margin in axial flow fans | |
| CN110489887A (zh) | 一种基于cfd的汽轮机叶片通流建模方法 | |
| Cheng et al. | Hydraulic analysis and optimization design in Guri rehabilitation project | |
| CN112182791A (zh) | 一种涡轮发电机流道结构优化的分析方法 | |
| Ruprecht et al. | Numerical modelling of unsteady flow in a Francis turbine |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |