CN112594111B - 一种降低固定导叶根部应力的方法 - Google Patents

一种降低固定导叶根部应力的方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种降低固定导叶根部应力的方法，属于水轮机技术领域，其特征在于，包括以下步骤：a、以固定导叶出水边与座环的环板交点处增厚后的理论厚度为基准，分别沿进水和高度方向按10‑20％的坡度过渡；b、设T为增厚前的固定导叶出水边厚度，以固定导叶出水边与座环的环板交点为基准，沿固定导叶出水方向增厚2‑2.5T；c、在固定导叶上加工出增厚区域一；d、用堆焊的方式将增厚区域二堆焊在固定导叶上，进行加厚打磨抛光。本发明将传统的圆弧过渡结构变为抛物线型过渡结构，能够降低固定导叶与座环环板交界区域的应力，使应力值满足工程要求，有效避免产生裂纹或断裂，提高使用寿命。

Description

一种降低固定导叶根部应力的方法
技术领域
本发明涉及到水轮机技术领域，尤其涉及一种降低固定导叶根部应力的方法。
背景技术
反击式水轮机的固定导叶具有两个功能，其一，作为过流部件，将来自水轮机蜗壳的水流均匀地导入活动导叶；其二，作为受力部件，承受座环环板及水轮机顶盖传递的上抬力，并将整个水轮发电机组的重量传递到混凝土基础上。因此，固定导叶的应力和应力变幅一直处在较大的数值上。随着反击式水轮机的容量越来越大，传统的固定导叶与座环环板的圆弧过渡结构，已很难满足其应力要求，特别是固定导叶出水边与座环环板连接部位，其应力值往往会超过材料的许用应力，导致固定导叶产生裂纹或断裂，危害电站和机组安全。
公开号为CN 110222389A，公开日为2019年09月10日的中国专利文献公开了一种基于虚拟厚度的反击式转轮全局特性数值计算方法和系统，步骤包括：数据输入；坐标变换；过水断面形成线构建；轴面速度计算；轴面流线计算；S1、S2流面构建；空间相对流线构建及分割；空间相对水流角计算；空间相对流线上各点轴面速度计算；增厚系数试算；虚拟厚度叶片排挤系数计算；欧拉能量数值求解；效率数值求解；CFD数值模拟结果验证；判断精度；增厚系数插值；将计算结果输入到Excel表格进行显示和存储；计算结束。
该专利文献公开的基于虚拟厚度的反击式转轮全局特性数值计算方法和系统，采用模块化设计思路，各子模块既可独立运行又相互之间紧密联系，计算流程清晰；适用于工作在非压缩流体中的反击式叶轮旋转机械。但是，固定导叶与座环环板交界区域的应力还是较大，容易产生裂纹或断裂。
发明内容
本发明为了克服上述现有技术的缺陷，提供一种降低固定导叶根部应力的方法，本发明将传统的圆弧过渡结构变为抛物线型过渡结构，能够降低固定导叶与座环环板交界区域的应力，使应力值满足工程要求，有效避免产生裂纹或断裂，提高使用寿命。
本发明通过下述技术方案实现：
一种降低固定导叶根部应力的方法，其特征在于，包括以下步骤：
a、以固定导叶出水边与座环的环板交点处增厚后的理论厚度为基准，分别沿进水和高度方向按10-20％的坡度过渡；
b、设T为增厚前的固定导叶出水边厚度，以固定导叶出水边与座环的环板交点为基准，沿固定导叶出水方向增厚2-2.5T；
c、再以固定导叶增厚后的出水边与座环的环板交点为基准，沿高度方向按10-20％的坡度过渡增厚，在固定导叶上加工出增厚区域一；
d、再将固定导叶与座环的环板焊接在一起，最后在固定导叶上加工出增厚区域二，进行加厚打磨抛光。
所述步骤b中，固定导叶与座环的环板交点处厚度按照1-1.5T增加厚度，单边增加厚度d＝0.5-0.75T，以固定导叶出水边与座环的环板交点处增厚后的理论厚度T+2d为基准，沿进水方向按d/d2的坡度过渡。
所述d2的范围为3-5％固定导叶长度。
所述步骤c中，沿固定导叶高度方向按d/d1的坡度过渡，d1的范围为4-7％固定导叶高度。
所述步骤d中，进行加厚打磨抛光具体是指以固定导叶出水边与座环的环板交点为基准，沿固定导叶出水方向增厚T+2d，并在d1范围内沿高度方向过渡至原固定导叶出水边，使过渡区域内的出水边型线与原出水边型线无曲率变化。
本发明的有益效果主要表现在以下方面：
1、本发明，“a、以固定导叶出水边与座环的环板交点处增厚后的理论厚度为基准，分别沿进水和高度方向按10-20％的坡度过渡；b、设T为增厚前的固定导叶出水边厚度，以固定导叶出水边与座环的环板交点为基准，沿固定导叶出水方向增厚2-2.5T；c、再以固定导叶增厚后的出水边与座环的环板交点为基准，沿高度方向按10-20％的坡度过渡增厚，在固定导叶上加工出增厚区域一；d、再将固定导叶与座环的环板焊接在一起，最后在固定导叶上加工出增厚区域二，进行加厚打磨抛光”，较现有技术而言，能够在不改变原导叶水力性能的前提下，增加固定导叶出水边的刚度和强度，降低固定导叶与座环环板连接部位的应力，有效避免其产生裂纹或断裂，提高使用寿命。
2、本发明，将传统的圆弧过渡结构变为抛物线型过渡结构，能够有效增加固定导叶出水边刚度和强度，且不改变原导叶水力性能，加工简单。
3、本发明，整个制备过程实施难度小，周期短，能够有效降低制造成本。
附图说明
下面将结合说明书附图和具体实施方式对本发明作进一步的具体说明：
图1为本发明在反击式水轮机固定导叶上增厚区域的示意图；
图2为图1的P向视图；
图3为图2中的A处放大图；
图4为图1的Q向视图；
图5为本发明固定导叶与座环环板焊接及沿出水方向增厚示意图；
图6为图5中的B处放大图；
图7为图6的P向视图；
图中标记：1、固定导叶；2、固定导叶进水边；3、固定导叶出水边；4、增厚区域一；5、固定导叶坡口边；6、固定导叶理论型线；7、环板；8、增厚区域二。
具体实施方式
实施例1
参见图1-图7，一种降低固定导叶根部应力的方法，包括以下步骤：
a、以固定导叶出水边与座环的环板交点处增厚后的理论厚度为基准，分别沿进水和高度方向按10％的坡度过渡；
b、设T为增厚前的固定导叶出水边厚度，以固定导叶出水边与座环的环板交点为基准，沿固定导叶出水方向增厚2T；
c、再以固定导叶增厚后的出水边与座环的环板交点为基准，沿高度方向按10％的坡度过渡增厚，在固定导叶上加工出增厚区域一；
d、再将固定导叶与座环的环板焊接在一起，最后在固定导叶上加工出增厚区域二，进行加厚打磨抛光。
实施例2
参见图1-图7，一种降低固定导叶根部应力的方法，包括以下步骤：
a、以固定导叶出水边与座环的环板交点处增厚后的理论厚度为基准，分别沿进水和高度方向按15％的坡度过渡；
b、设T为增厚前的固定导叶出水边厚度，以固定导叶出水边与座环的环板交点为基准，沿固定导叶出水方向增厚2.2T；
c、再以固定导叶增厚后的出水边与座环的环板交点为基准，沿高度方向按15％的坡度过渡增厚，在固定导叶上加工出增厚区域一；
d、再将固定导叶与座环的环板焊接在一起，最后在固定导叶上加工出增厚区域二，进行加厚打磨抛光。
所述步骤b中，固定导叶与座环的环板交点处厚度按照1T增加厚度，单边增加厚度d＝0.5T，以固定导叶出水边与座环的环板交点处增厚后的理论厚度T+2d为基准，沿进水方向按d/d2的坡度过渡。
实施例3
参见图1-图7，一种降低固定导叶根部应力的方法，包括以下步骤：
a、以固定导叶出水边与座环的环板交点处增厚后的理论厚度为基准，分别沿进水和高度方向按20％的坡度过渡；
b、设T为增厚前的固定导叶出水边厚度，以固定导叶出水边与座环的环板交点为基准，沿固定导叶出水方向增厚2.5T；
c、再以固定导叶增厚后的出水边与座环的环板交点为基准，沿高度方向按20％的坡度过渡增厚，在固定导叶上加工出增厚区域一；
d、再将固定导叶与座环的环板焊接在一起，最后在固定导叶上加工出增厚区域二，进行加厚打磨抛光。
所述步骤b中，固定导叶与座环的环板交点处厚度按照1.5T增加厚度，单边增加厚度d＝0.6T，以固定导叶出水边与座环的环板交点处增厚后的理论厚度T+2d为基准，沿进水方向按d/d2的坡度过渡。
所述d2的范围为3％固定导叶长度。
所述步骤c中，沿固定导叶高度方向按d/d1的坡度过渡，d1的范围为4％固定导叶高度。
实施例4
参见图1-图7，一种降低固定导叶根部应力的方法，包括以下步骤：
a、以固定导叶出水边与座环的环板交点处增厚后的理论厚度为基准，分别沿进水和高度方向按20％的坡度过渡；
b、设T为增厚前的固定导叶出水边厚度，以固定导叶出水边与座环的环板交点为基准，沿固定导叶出水方向增厚2.5T；
c、再以固定导叶增厚后的出水边与座环的环板交点为基准，沿高度方向按20％的坡度过渡增厚，在固定导叶上加工出增厚区域一；
d、再将固定导叶与座环的环板焊接在一起，最后在固定导叶上加工出增厚区域二，进行加厚打磨抛光。
所述步骤b中，固定导叶与座环的环板交点处厚度按照1.5T增加厚度，单边增加厚度d＝0.65T，以固定导叶出水边与座环的环板交点处增厚后的理论厚度T+2d为基准，沿进水方向按d/d2的坡度过渡。
所述d2的范围为4％固定导叶长度。
所述步骤c中，沿固定导叶高度方向按d/d1的坡度过渡，d1的范围为6％固定导叶高度。
实施例5
参见图1-图7，一种降低固定导叶根部应力的方法，包括以下步骤：
a、以固定导叶出水边与座环的环板交点处增厚后的理论厚度为基准，分别沿进水和高度方向按20％的坡度过渡；
b、设T为增厚前的固定导叶出水边厚度，以固定导叶出水边与座环的环板交点为基准，沿固定导叶出水方向增厚2.5T；
c、再以固定导叶增厚后的出水边与座环的环板交点为基准，沿高度方向按20％的坡度过渡增厚，在固定导叶上加工出增厚区域一；
d、再将固定导叶与座环的环板焊接在一起，最后在固定导叶上加工出增厚区域二，进行加厚打磨抛光。
所述步骤b中，固定导叶与座环的环板交点处厚度按照1.5T增加厚度，单边增加厚度d＝0.7T，以固定导叶出水边与座环的环板交点处增厚后的理论厚度T+2d为基准，沿进水方向按d/d2的坡度过渡。
所述d2的范围为5％固定导叶长度。
所述步骤c中，沿固定导叶高度方向按d/d1的坡度过渡，d1的范围为7％固定导叶高度。
实施例6
参见图1-图7，一种降低固定导叶根部应力的方法，包括以下步骤：
a、以固定导叶出水边与座环的环板交点处增厚后的理论厚度为基准，分别沿进水和高度方向按20％的坡度过渡；
b、设T为增厚前的固定导叶出水边厚度，以固定导叶出水边与座环的环板交点为基准，沿固定导叶出水方向增厚2.5T；
c、再以固定导叶增厚后的出水边与座环的环板交点为基准，沿高度方向按20％的坡度过渡增厚，在固定导叶上加工出增厚区域一；
d、再将固定导叶与座环的环板焊接在一起，最后在固定导叶上加工出增厚区域二，进行加厚打磨抛光。
所述步骤b中，固定导叶与座环的环板交点处厚度按照1.5T增加厚度，单边增加厚度d＝0.75T，以固定导叶出水边与座环的环板交点处增厚后的理论厚度T+2d为基准，沿进水方向按d/d2的坡度过渡。
所述d2的范围为5％固定导叶长度。
所述步骤c中，沿固定导叶高度方向按d/d1的坡度过渡，d1的范围为7％固定导叶高度。
实施例7
参见图1-图7，一种降低固定导叶根部应力的方法，包括以下步骤：
a、以固定导叶出水边与座环的环板交点处增厚后的理论厚度为基准，分别沿进水和高度方向按20％的坡度过渡；
b、设T为增厚前的固定导叶出水边厚度，以固定导叶出水边与座环的环板交点为基准，沿固定导叶出水方向增厚2.5T；
c、再以固定导叶增厚后的出水边与座环的环板交点为基准，沿高度方向按20％的坡度过渡增厚，在固定导叶上加工出增厚区域一；
d、再将固定导叶与座环的环板焊接在一起，最后在固定导叶上加工出增厚区域二，进行加厚打磨抛光。
所述步骤b中，固定导叶与座环的环板交点处厚度按照1.5T增加厚度，单边增加厚度d＝0.75T，以固定导叶出水边与座环的环板交点处增厚后的理论厚度T+2d为基准，沿进水方向按d/d2的坡度过渡。
所述d2的范围为5％固定导叶长度。
所述步骤c中，沿固定导叶高度方向按d/d1的坡度过渡，d1的范围为7％固定导叶高度。
所述步骤d中，进行加厚打磨抛光具体是指以固定导叶出水边与座环的环板交点为基准，沿固定导叶出水方向增厚T+2d，并在d1范围内沿高度方向过渡至原固定导叶出水边，使过渡区域内的出水边型线与原出水边型线无曲率变化。

Claims (1)

1.一种降低固定导叶根部应力的方法，其特征在于，包括以下步骤：
a、设T为增厚前的固定导叶出水边厚度，以固定导叶出水边与座环的环板交点为基准，按照1-1.5T增加厚度，单边增加厚度d=0.5-0.75T，以固定导叶出水边与座环的环板交点处增厚后的理论厚度T+2d为基准，朝进水方向按d/d2的坡度过渡，过渡至原固定导叶，所述d2的范围为3-5%固定导叶长度；
b、再以固定导叶增厚后的出水边与座环的环板交点为基准，沿固定导叶高度方向按d/d1的坡度过渡至原固定导叶出水边，在固定导叶上加工出增厚区域一；d1的范围为4-7%固定导叶高度；
c、再将固定导叶与座环的环板焊接在一起，最后在固定导叶上加工出增厚区域二，进行加厚打磨抛光，进行加厚打磨抛光具体是指以固定导叶出水边与座环的环板交点为基准，沿固定导叶出水方向增厚T+2d，并在d1范围内沿高度方向过渡至原固定导叶出水边。
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