抽水蓄能机组转轮的结构特点分析

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  • 混流式水泵水轮机组的转轮由上冠、叶片和下环组成,叶片数量少,但长而薄,一般为6-10个,如绩溪和阳蓄采用5+5长短叶片。叶片包角很大,过流通道狭长。随着水泵水轮机应用水头的提高,如敦化和阳江700m水头段,转轮变得十分扁平,外缘的圆周转速很高,最高达到了112.6m/s。由于其特有的结构特征,水泵水流机的结构在满足水力设计的条件后,主要问题就是对转轮叶片的应力控制和提高其抗疲劳性能。

    较高水头水泵水轮机的转轮由于其特有形状,叶片所受作用力和常规水轮机叶片受力不同。常规水轮机的转轮叶片高度大而流线长度小,各个叶片近似固结于上冠的平板,叶片所承受的作用力主要为水压力所形成的弯曲应力,在飞逸时离心力部分抵消了这部分弯曲应力。

    但是水泵水轮机特别是高水头水泵水轮机的叶片较长,同时叶片的包角很大,与上冠和下环连接处较长,故叶片承受水压力作用的弯曲力并不大,叶片应力主要由离心力形成。正常运行时,叶片上有水力负荷,一部分离心力被抵消,故叶片应力最小。作旋转备用时因为叶片上水压力小,应力反而大,甩负荷转速上升时主要是离心力起作用,故应力最大。所以在飞逸条件下,离心力的影响特别突出。

    由于水泵水轮机转轮叶片与导叶之间的干扰大,造成叶片的动应力较常规机组要大。近年来,有限元方法已广泛用于转轮应力和变形的计算,在转轮设计时,使叶片应力分布均匀不出现过度应力集中,并使转轮在水中的固有频率与激振频率(水力冲击频率)的足够的间隔,有效避免共振现象的发生,使转轮的动应力降低到材料的疲劳限度以下,以确保转轮在使用寿命内周期性变动荷载下不产生任何裂纹、断裂或有害变形。

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