一种混流式水轮机转轮防磨损方法及混流式水轮机转轮技术

本发明专利技术涉及一种混流式水轮机转轮防磨损方法及混流式水轮机转轮，上述防磨损方法为：在转轮叶片的压力面进口处靠近转轮下环的一侧侧壁上设置诱涡结构，该结构可诱导形成小尺度涡流，实现对转轮内流动的被动控制最终达到减弱磨损的效果

【技术实现步骤摘要】
一种混流式水轮机转轮防磨损方法及混流式水轮机转轮


[0001]本专利技术涉及水轮机防磨损
，尤其涉及一种混流式水轮机转轮防磨损方法及混流式水轮机转轮
。

技术介绍

[0002]相比于传统的火电，水电是一种清洁的可再生能源
。
水电资源的开发利用途径主要是修建水电站，水电站的核心部件是水轮机
。
在河流中含有较多的泥沙颗粒时，泥沙颗粒会撞击水轮机转轮叶片等过流部件表面，造成局部磨损，进一步使得水轮机运行效率和运行寿命大幅度下降
。
考虑到近年来国家大力发展其他清洁能源，如风电
、
太阳能等，为保证电网系统的稳定性，水轮发电机组被要求在所有工况下运行
。
在非设计工况下特别是在小流量工况运行时，水轮机转轮
(
水轮机能量转换的核心部件
)
内会形成叶道涡现象，叶道涡往往会导致转轮叶片局部区域形成严重的磨损破坏
。
而这类局部磨损破坏正是导致转轮报废的最为重要的原因
。
因而在含沙水流条件下，有必要对混流式水轮机组在非设计工况的局部磨损进行有效的控制
。
[0003]目前，提高水力机械叶片局部抗磨损性能的方法主要有：在叶片易形成严重磨损破坏的区域喷涂耐磨材料，优化叶片的水力设计等
。
这些措施均存在一定的弊端：采用喷涂耐磨材料方式存在工艺复杂，成本高的问题，且耐磨材料本身易脱落；优化叶片水力设计仅适用于一定的运行范围，电站运行条件发生变化后效果变差，且上述已有方法均只关注局部磨损破坏本身，并未从源头抑制局部磨损破坏的形成过程
。
[0004]综上所述，在本领域内缺少一种操作简单
、
成本低
、
易推广且从源头抑制磨损形成的混流式水轮机转轮磨损防护方法及结构，来提高含沙条件下混流式水轮机转轮叶片抗磨损性能
。

技术实现思路

[0005]针对上述问题，现提供一种混流式水轮机转轮防磨损方法及混流式水轮机转轮，旨在有效解决现有技术中存在的问题
。
[0006]具体技术方案如下：
[0007]本专利技术提供的一种混流式水轮机转轮防磨损方法，在转轮叶片的压力面进口处靠近转轮下环的一侧侧壁上设置多个诱涡结构，上述诱涡结构分别沿叶片流线及展向骨线布置，以通过诱涡结构诱导形成小尺度涡流，实现对转轮内流动的被动控制，最终达到减弱磨损的效果
。
[0008]本专利技术中通过诱导产生小尺度涡流，从而影响叶道涡的形成和发展，并有效控制叶道涡结构
、
改变泥沙颗粒的运动规律，最终达到减轻局部磨损的目的
。
[0009]本专利技术的第二个方面是提供一种具有磨损防护结构的混流式水轮机转轮，上述水轮机转轮包括转轮上冠
、
转轮下环及焊接于转轮上冠及转轮下环间的转轮叶片，上述转轮叶片的压力面进口处靠近转轮下环的一侧侧壁上具有诱涡结构
。
[0010]进一步的，诱涡结构布置于转轮叶片的非设计工况叶道涡形成起始区域
。
[0011]进一步的，叶道涡形成起始区域的叶片流向无量纲参数
S1
＝
0.1
‑
0.3
，叶片展向无量纲参数
S2
＝
0.6
‑
0.9。
[0012]进一步的，诱涡结构为半球状凸起，凸起的直径为2‑
4mm。
[0013]进一步的，诱涡结构具有2‑4排，每排诱涡结构之间的间距
W
一致，
W
为2‑
4D。
[0014]进一步的，每排诱涡结构位于同一展向位置上
。
[0015]进一步的，诱涡结构具有2‑4列，每列诱涡结构之间的间距
L
一致，
L
为2‑
4D。
[0016]进一步的，每列诱涡结构位于同一流向位置上
。
[0017]进一步的，诱涡结构固定于转轮叶片上
。
[0018]进一步的，诱涡结构与转轮叶片一体成型
。
[0019]上述方案的有益效果是：
[0020]1)
本申请提供的防磨损结构及方法简单，不仅适用于新机组的制造，也适用于已建成电站机组的改造；
[0021]2)
本申请提供的防磨损结构成本较低，便于实施及推广；
[0022]3)
本申请中采用的诱涡结构尺寸较小，不会对水轮机的水力性能以及安全稳定运行造成影响
。
附图说明
[0023]图1为本专利技术的实施例中提供的转轮叶片的结构示意图；
[0024]图2为图1中区域5的放大示意图；
[0025]图3为本专利技术本专利技术的实施例中提供的混流式水轮机转轮的结构示意图；
[0026]图4为现有技术中转轮叶片
(4a)
和实施例1中水轮机转轮
(4b)
的磨损对比图；
[0027]图5为现有技术中转轮叶片
(5a)
和实施例2中水轮机转轮
(5b)
的磨损对比图
。
[0028]附图中：
1、
混流式水轮机转轮轴面投影；
2、
转轮上冠；
3、
转轮下环；
4、
转轮叶片出口；
5、
诱涡结构布置区域；
6、
转轮叶片流线；
7、
转轮叶片展向骨线；
8、
诱涡结构；
9、
转轮叶片进口
。
具体实施方式
[0029]下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚
、
完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例
。
基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围
。
[0030]需要说明的是，在不冲突的情况下，本专利技术中的实施例及实施例中的特征可以相互组合
。
[0031]下面结合附图和具体实施例对本专利技术作进一步说明，但不作为本专利技术的限定
。
[0032]本专利技术中提供了一种混流式水轮机转轮防磨损方法，该方法为：在转轮叶片的压力面进口处靠近转轮下环的一侧侧壁上设置诱涡结构，以通过诱涡结构诱导形成小尺度涡流，从而影响叶道涡的形成和发展，并有效控制叶道涡结构
、
改变泥沙颗粒的运动规律，最终达到减轻局部磨损的目的
。
[0033]具体的，如图1所示为应用上述方法的水轮机转轮叶片的结构示意图，具体的，混流式水轮机转轮轴面投影1中具有转轮上冠
2、
转轮下环
3、
转轮叶片出口
4、...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种混流式水轮机转轮防磨损方法，其特征在于，在转轮叶片的压力面进口处靠近所述转轮下环的一侧侧壁上设置诱涡结构，以通过所述诱涡结构诱导形成小尺度涡流
。2.
一种混流式水轮机转轮，所述水轮机转轮包括转轮上冠
、
转轮下环及焊接于所述转轮上冠及所述转轮下环间的转轮叶片，其特征在于，所述转轮叶片的压力面进口处靠近所述转轮下环的一侧侧壁上具有诱涡结构
。3.
根据权利要求2所述的混流式水轮机转轮，其特征在于，所述诱涡结构布置于所述转轮叶片的非设计工况叶道涡形成起始区域
。4.
根据权利要求3所述的混流式水轮机转轮，其特征在于，所述叶道涡形成起始区域的叶片流向无量纲参数
S1
＝
0.1
‑
0.3
，叶片展向无量纲参数
S2
＝
0.6
‑
0.9。5.
根据权利要求2‑4任一项所述的混流...

【专利技术属性】
技术研发人员：钱忠东，赵子龙，郭志伟，
申请(专利权)人：武汉大学，
类型：发明
国别省市：