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水轮机转轮叶片的概述

信息来源:www.sygtsd.com 发布时间:2018-04-19

水轮机转轮叶片一般都根据水力学而设计成三维扭曲曲面体,截面形状十分复杂,进水边与出水边的厚度悬殊大。传统的叶片设计与制作及放样主要依据叶片的木模图米实现,即用保角变换法对各计算流面进行叶片绘形,并绘制叶片的正面轴面截线,然后通过某种方法进行叶片加厚并绘制出叶片背面轴面截线,最后通过一组水平的辅助截线求出其与正、背面轴面截线的交点,从而得到叶片木模图。这种制作方法在手工绘形设计时代是极其简便合适的,而现代的设计理念则是用分布在翼形骨线上的奇点(源点、汇点和涡点)来替代转轮栅中的翼形,以无扰动来流与奇点系列诱导相叠加的流场来替代流体绕叶栅的实际流场,同时,保证翼形围线为叠加流场中的一条封闭流线,应用势流叠加原理设计出转轮叶片,至于叶片的制作及放样工作大都则是通过计算机辅助绘图软件来实现的。

裂纹原因

1、设计因素

叶片的设计存在不合理之处,导致叶片本身承受动载荷能力下降,再加之,叶片出水边的不合理设计导致卡门涡与叶片发生共振,巨大的能量导致裂纹迅速产生并发展,对机组造成了不良影响。设计时,就要考虑到可能影响叶片承受动载荷能力的因素。首先,要保证叶片材料的化学成分、机械性能以及承受工作应力的能力符合要求。材料的实际疲劳强度由于受到运行过程中诸多因素的影响,设计时无法准确确定。

2水轮机转轮叶片老化严重

众所周知,任何机械设备都是有使用期限的,如果设备老化到一定程度,必然后出现损坏,尤其是对水轮机转轮叶片来说,其与水压发生作用与反作用力,易产生裂纹。

3水轮机转轮叶片制造材质、加工过程存在问题

水轮机转轮叶片主要材质是钢,如果原材料质量不过关,加工制造的叶片也容易产生裂纹。如果在叶片锻造过程中,锻造工艺不过关,有气泡存在与叶片之中,那气泡存在位置就是个隐患源,叶片就会在这个隐患处出现裂纹。

4、转轮振动过大造成叶片裂纹出现

1)尾水管涡带所产生的,以低于转速频率来表现的转轮振动剧烈造成叶片裂纹。

2)某些中、高混流式转轮的下止漏环配置不当也会诱发接近转速频率的自激振动造成叶片裂纹。

3)至于叶片出水边形状欠佳所产生的卡门涡振,频率很高会使叶片产生裂纹影响转轮使用寿命。

5、水力因素

水轮机转轮叶片上出现的、规律性裂纹绝大多数都属于疲劳裂纹,断口呈现明显的贝壳纹。从力学及材料力学上来说,疲劳裂纹的出现就是叶片所承受的动应力超过了叶片材料疲劳强度极限的结果。也就是说叶片承受动载荷的能力不足时,将可能出现叶片裂纹。叶片疲劳来源于作用其上的交变载荷、而交变载荷又由转轮的水力自激振动引发,这可能是卡门涡列、水力弹性振动或水压力脉动所诱发。





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