一种固有频率可调的混流式水轮机叶片制造技术

一种固有频率可调的混流式水轮机叶片，包括叶片本体，所述的叶片本体上具有供水流流入流出的叶片入口和叶片出口，在所述叶片入口和叶片出口之间的叶片本体上设有加强结构，所述加强结构使叶片本体的固有频率避开水力激振频率。本实用新型专利技术能够避免水轮机叶片在低负荷工况下水力激振引发叶片共振，减少叶片裂纹的产生，提高水电机组生产安全性。提高水电机组生产安全性。提高水电机组生产安全性。

【技术实现步骤摘要】
一种固有频率可调的混流式水轮机叶片


[0001]本技术涉及一种混流式水轮机，尤其是一种固有频率可调的混流式水轮机叶片，属于水力发电


技术介绍

[0002]目前，随着电网和水电厂AGC(自动发电控制)的投入，水电站运行方式由人工转为自动化运行，机组负荷分配由监控系统根据电厂总负荷分配到各台机组，导致大部分水电机组在低负荷运行时间大量增加，导致各水电机组转轮叶片频繁产生裂纹，甚至叶片断裂，严重影响水电机组安全运行。这样水电站只能通过缩短检修周期、定期检修、定期修复等方式维持机组安全运行，大幅增加了检修时间和检修成本。

技术实现思路

[0003]为了克服现有在AGC运行下，机组小负荷运行时间大幅增加，水轮机转轮频繁产生裂纹，严重影响水电机组安全运行，机组检修时间和电站运行成本增加的不足，本技术提供一种固有频率可调的混流式水轮机叶片，该叶片能够避免水轮机叶片在低负荷工况下水力激振引发叶片共振，减少叶片裂纹的产生，提高水电机组生产安全性。
[0004]本技术解决其技术问题采用的技术方案是：一种固有频率可调的混流式水轮机叶片，包括叶片本体，所述的叶片本体上具有供水流流入流出的叶片入口和叶片出口，在所述叶片入口和叶片出口之间的叶片本体上设有加强结构，所述加强结构使叶片本体的固有频率避开水力激振频率。
[0005]可选的，所述加强结构使叶片本体具有300Hz的固有频率，所述水力激振频率为100～200Hz。
[0006]可选的，所述加强结构设置在叶片本体的一侧表面上，且位于居中位置。
[0007]可选的，所述加强结构的厚度为叶片厚度的5％～20％，其宽度为叶片宽度的10％～20％，其高度为叶片厚度的10％，其长度与叶片本体一致。
[0008]可选的，所述加强结构为加强筋。
[0009]可选的，所述叶片本体的厚度为由叶片入口向叶片出口递减。
[0010]可选的，所述叶片本体的整体形状为扭曲状。
[0011]可选的，所述叶片本体整体呈边长不一的四边形。
[0012]相比现有技术，本技术的一种固有频率可调的混流式水轮机叶片，通过在水轮机的叶片本体上增加加强结构的方式，增强了叶片刚度，使叶片固有频率避开水力激振频率，避免了水力激振引起叶片共振，减少了叶片裂纹和断裂的产生，减少了水轮机因此导致的检修费用，延长了机组检修周期，提高了机组发电效益。
附图说明
[0013]下面结合附图和实施例对本技术进一步说明。
[0014]图1是本技术一个实施例的主视图。
[0015]图2是本技术一个实施例的立体图。
[0016]图3是本技术与现有技术的频率分布对比图。
[0017]附图标记说明：1、叶片本体，11、叶片入口，12、叶片出口，2、加强结构，21、加强筋首部，22、加强筋尾部。
具体实施方式
[0018]为使本技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本技术的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，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，都属于本技术的保护范围。
[0019]针对目前水电站只能通过缩短检修周期、定期检修、定期修复等方式维持机组安全运行，大幅增加了检修时间和检修成本，减少了机组发电时间和发电量。
[0020]本申请的专利技术人通过研究发现水轮机叶片在小开度低负荷工况下，受水力激振影响容易导致叶片高频(100～200Hz)共振，长时间运行易导致叶片裂纹，甚至断裂。
[0021]故而，参照图1
‑
2，申请人提供了一种固有频率可调的混流式水轮机叶片，包括叶片本体1，所述的叶片本体1上具有供水流流入流出的叶片入口11和叶片出口12，在所述叶片入口11和叶片出口12之间的叶片本体1上设有加强结构2，所述加强结构2使叶片本体1具有300Hz的固有频率。
[0022]水流从叶片入口11流入，从叶片出口12流出，水流流过叶片本体1，叶片本体1受水力激振影响产生振动，振动频率与水流流速、压力等流态影响而不同(约100～200Hz)；在低负荷工况下，水流态较差，水力激振激发叶片振动频率较高(100～200Hz)，当激发频率与叶片固有频率(约110Hz)一致时，引发叶片高频共振，长时间运行易导致叶片裂纹，甚至断裂。
[0023]本申请实施例通过在叶片中间增加一条加强结构2，改变叶片整体结构及刚度，从而提高叶片固有频率至300Hz，具体可以通过修整加强筋厚度、宽度等的技术手段，来改变叶片固有频率；对于无阻尼单自由系统而言，固有频率的计算公式如下：
[0024]其中，k为刚度，m为质量，f
n
为频率。
[0025]公式(1)中k的计算公式如下：
[0026]首先，基于受力产生变形与刚度的关系，需通过施加外力进行试验测试得到：k＝P/σ
………
(2)，其中，P为作用于结构的恒力，σ为由于力而产生的变形；
[0027]其次，根据材料本身的形状和尺寸，基于材料内在的性质来设计时，抗弯刚度是指物体抵抗其弯曲变形的能力，是以材料的弹性模量与被弯构件横截面绕其中性轴的惯性矩的乘积来表示材料抵抗弯曲变形的能力，这时刚性k的计算公式为：k＝E
·
I
………
(3)，其中，E是弹性模量，I是截面惯性矩；
[0028]上述公式(3)中截面惯性矩I＝面积X面内轴2：
[0029]I
z
＝∫
A
y2dA，I
y
＝∫
A
z2dA。
[0030]参照图3，根据试验测试、仿真计算水力激发频率范围(100～200Hz)，再通过修整
加强筋尺寸，从而达到让叶片固有频率从约100Hz提高到300Hz，减少甚至避免了水轮机叶片在低负荷工况下水力激振(100～200Hz)引发的叶片共振，减少了叶片裂纹的产生，提高水电机组生产安全性。
[0031]在本实施例的可选实施方式中，参照图1
‑
2，所述加强结构2设置在叶片本体1的一侧表面上，且位于居中位置。进一步的，所述加强结构2的厚度为叶片厚度的5％～20％，其宽度为叶片宽度的10％～20％，其高度为叶片厚度的10％，其长度与叶片本体1一致。
[0032]在具体实施中，所述加强结构2可设为加强筋。进一步更具体地，所述叶片本体1的整体形状为扭曲状。再具体地，参照图2，所述叶片本体1的厚度为由叶片入口11向叶片出口12递减，这时其上设置的加强筋的尺寸也随之比例变化，形成宽度较小的加强筋首部21和宽度较大的加强筋尾部22，并且加强筋尾部的长度占叶片本体1长度的1/4为宜。更具体地，所述叶片本体1整体呈边长不一的四边形。不限于此，本实施例的加强结构2本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种固有频率可调的混流式水轮机叶片，包括叶片本体(1)，所述的叶片本体(1)上具有供水流流入流出的叶片入口(11)和叶片出口(12)，其特征是：在所述叶片入口(11)和叶片出口(12)之间的叶片本体(1)上设有加强结构(2)，所述加强结构(2)使叶片本体(1)的固有频率避开水力激振频率。2.根据权利要求1所述的一种固有频率可调的混流式水轮机叶片，其特征是：所述加强结构(2)使叶片本体(1)具有300Hz的固有频率，所述水力激振频率为100～200Hz。3.根据权利要求2所述的一种固有频率可调的混流式水轮机叶片，其特征是：所述加强结构(2)设置在叶片本体(1)的一侧表面上，且位于居中位置。4.根据权利要求3所述的一种固有频率可调的混...

【专利技术属性】
技术研发人员：李阳，冯磊，陈武军，杜鹏明，周双进，李振婷，王春，耿清华，隆元林，何良超，王亮，陈凯，叶喻萍，冯国柱，邓玮琪，黄振宇，唐小勇，
申请(专利权)人：嘉陵江亭子口水利水电开发有限公司，
类型：新型
国别省市：