水轮机稳水栅损坏的成因分析及对策研究

论文摘要

本论文对四川东方电机厂给雅安石棉金窝电站设计的冲击式水轮机的稳水栅在机组运行不到半年,就被从转轮排出的水流冲击而使稳水栅与工字钢焊接的根部被冲断裂为探讨问题的起因。文章从冲击式水轮机的概述、工作原理、性能分析和参数的选择,以及机组在运行过程中会受到汽蚀损坏、泥沙磨损损坏、机组振动损坏和焊接损坏等方面进行分析,探讨稳水栅被水流冲击损坏的根本原因。通过对影响水轮机正常运行的主要原因的分析,最终确定稳水栅与工字钢焊接根部被水流冲击损坏断裂的根本原因是水流冲击的力学特性和稳水栅的焊接结构,为此,建立了力学模型进行探讨。把稳水栅受水流的冲击作用力简化为简支梁模型,利用流体力学的能量方程和物理学中的动量定理,从力学探讨中找到了稳水栅与工字钢焊接根部断裂的根本原因。根据其原因进行了改进和提高,达到了机组正常运行时不被损坏的目的。文章从水轮机的焊接特性和焊接结构进行分析。焊接在水轮机制造中已广泛应用,而且相当成熟,就连转轮这样重要的部件都是通过焊接打磨而成的。由于稳水栅被冲击水流损坏的是稳水栅与工字钢焊接的根部,因此,本论文只探讨其焊接根部。由于机组在运行过程中有机组的振动,文章认为把稳水栅和机壳分开,在原有的稳水栅两边各焊一根钢条,起导向和减小摩擦用。把改进后的稳水栅放在论文中所说的改进后的水工建筑物中,这样才会有效的保护机壳、稳水栅和水工建筑物。文章最后把分析和探讨的结论给以延展,为以后设计水轮机提供理论借鉴,对其它水电站水轮机在运行过程中出现的类似工程问题提供工程实践参考。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 引言
• 第1章 冲击式水轮机
• 1.1 冲击式水轮机概述
• 1.1.1 冲击式水轮机的定义
• 1.1.2 冲击式水轮机的特点
• 1.1.3 冲击式水轮机的分类
• 1.2 冲击式水轮机的工作原理
• 1.2.1 冲击式水轮机的能量特性
• 1.2.2 比转速和最佳直径比值的关系
• 1.2.3 射流对水斗的运动
• 1.3 冲击式水轮机的性能分析及其主要参数的选择
• 1.3.1 性能分析
• 1.3.2 能量平衡
• 1.3.3 主要参数的选择计算
• 第2章 冲击式水轮机工作特性及相关机理分析
• 2.1 水轮机的汽蚀特性
• 2.1.1 汽蚀和汽蚀破坏
• 2.1.2 水轮机中的汽蚀现象和汽蚀类型
• 2.1.3 水轮机汽蚀系数和装置汽蚀系数
• 2.2 冲击式水轮机的泥沙磨损
• 2.2.1 泥沙磨损的特性、危害及分类
• 2.2.2 泥沙磨损机理及影响因素
• 2.2.3 泥沙磨损与汽蚀破坏的关系
• 2.2.4 水轮机抗泥沙磨损措施
• 2.3 冲击式水轮机的振动成因
• 2.3.1 涡带激起的振动
• 2.3.2 吸出管中涡带激起的振动
• 2.3.3 转轮止漏环（迷宫环）中的压力脉动
• 2.3.4 转轮叶片进口处压力脉动引起的振动
• 2.4 金窝电站水轮机效率及效率的修正
• 第3章 金窝电站水轮机稳水栅被水流冲击破坏的原因
• 3.1 金窝电站地理成因
• 3.1.1 金窝电站地理位置
• 3.1.2 金窝电站概况
• 3.1.3 贡嘎山简介
• 3.2 金窝电站使用冲击式水轮机的原因
• 3.2.1 田湾河流域概况
• 3.2.2 田湾河流域电站布置
• 3.3 水流的力学特性和机组的振动
• 3.3.1 稳水栅在冲击式水轮机中的作用
• 3.3.2 稳水栅与冲击式水轮机的连接方式
• 3.3.3 转轮出口水流的流动
• 3.3.4 水流力学特性及力学模型
• 3.3.5 冲击式水轮机的振动
• 3.4 稳水栅的焊接特性及焊接结构
• 3.4.1 焊接工艺
• 3.4.2 焊接在水轮机中的应用
• 3.4.3 稳水栅的焊接工艺及焊接模型
• 第4章 防止稳水栅被水流冲击破坏的措施
• 4.1 改变水流的力学特性和防止机组的振动
• 4.1.1 改变水流的力学特性
• 4.1.2 防止机组的振动
• 4.2 改变并强化焊接结构
• 第5章 总结
• 5.1 结论
• 5.2 工作展望
• 参考文献
• 致谢
• 作者简介
• 攻读硕士学位期间发表的论文成果