Page 81 - 2023年第54卷第12期

现裂纹多见于出水边较厚叶片的状况非常相似。这说明，出水边达到一定的厚度是叶片发生可见卡门
涡的重要条件。
（２）可见卡门涡只出现在大负荷工况，且涡线长 表 ４ 模型转轮叶片出水边厚度测量结果
度随 Ｑ 增大而增长，涡线列数随 Ｑ 增大而增多。在单 Ａ转轮 Ｂ转轮
１１
１１
位转速 ｎ 及空化系数 σ不变的条件下，Ｑ 增大会导致
１１ １１ 叶片编号 出水边厚度?ｍｍ 叶片编号 出水边厚度?ｍｍ
转轮出口流速增加，压力降低，这将导致卡门涡涡心压 １１ １．８ ２ １．３３
力降低到空化压力以下，产生涡心空化空腔，形成可见 １２ １．７ ３ １．２
卡门涡。将大流量、厚叶片易生可见卡门涡与卡门涡强
１３ ２ ４ １．４
振多发生在大负荷、厚叶片转轮的电站进行对照分析可
１４ １．３６ ５ １．３５
发现，可见卡门涡与卡门涡强振之间存在相关性。这说
１５ １．７ ６ １．２
明，较大的流量是叶片发生可见卡门涡的重要条件。

图 ３ Ａ转轮卡门涡观测试验照片

图 ４ Ｂ转轮卡门涡观测试验照片

（３）在 ｎ 及 Ｑ 保持不变条件下，可见卡门涡长度及列数随空化系数 σ降低而增长、增多。图 ３（ａ）
１１ １１
空化系数小于图 ３（ｂ），图 ３（ａ）照片中的卡门涡涡线比图 ３（ｂ）长且多；与之相似，图 ４（ａ）空化系数
小于图 ４（ｂ），图 ４（ａ）照片中的卡门涡涡线比图 ４（ｂ）也长且多。在相同的流速条件下，空化系数降
低，卡门涡涡心压力更容易低于空化压力，由纯液态变为气液两相流，卡门涡由 “不可见” 变为 “可
见”。而空化系数升高则相反，更多的卡门涡因涡心未发生空化而无法被观察到。这说明，低空化系
数是可见卡门涡出现的重要条件。

４ 水轮机卡门涡振动机理研究

４．１ 卡门涡空化空腔及其影响 在第 ３节，本研究通过试验观测明确提出了形成可见卡门涡的重要条
件，通常在较大流量、个别出水边比较厚的转轮叶片处能观察到可见卡门涡。试验中还发现，随着空
化系数降低，已经发现的可见卡门涡会变长、变多，原来没有可见卡门涡的叶片也可能出现可见卡门

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