Page 83 - 2023年第54卷第12期

节，极易产生裂纹甚 至断 裂破 坏。这 正是 大朝山等 电 站 因 卡 门 涡 振 动 而 造 成 的 转 轮 叶 片 裂 纹 形 成
原因。

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图 ６ 削尖翼型出水边涡量分布云图 图 ７ 叶片出水边卡门涡分布示意图

通过上述分析可明确，卡门涡空化及空腔溃灭，是引起水轮机机组强烈振动的主要原因。因此从
转轮设计及加工阶段，避免卡门涡频率强振的措施包括：设计阶段通过翼型出水边优化，控制卡门涡
发生空间尺寸，降低卡门涡尺度；改善转轮的空化性能等。对于已经发生卡门涡强振的转轮，可考虑
对叶片出水边适当削薄及从上冠进行补气。

５ 结论

（１）水轮机转轮叶片出水边可见卡门涡由涡心空化后的空泡团构成，多发生于大流量工况或低空
化系数导致的涡心压力较低时，易引起转轮叶片的振动破坏。
（２）转轮叶片是整个转轮的薄弱部位，固有频率最低，叶片共振应发生于低阶；各阶固有频率正
交，每一阶振型都对应不同的固有频率，不可能由低阶共振向高阶共振迁移，转轮叶片的高阶共振并
不存在。
（ ３）水轮机在启动过程或小负荷工况可能产生卡门涡共振，但小负荷无强振因能量小阻尼大等因
素未被注意到，这也从侧面说明水中卡门涡共振并不可怕；卡门涡强振绝大多数并非共振所致，振动
强烈是因为卡门涡尺寸大、压力低，涡心空化严重，大尺寸空腔溃灭给叶片以巨大冲击力。
（ ４）转轮叶片卡门涡空化空腔对邻近翼型产生垂直于翼型的振动危害。空化空腔膨胀－ 溃灭产生的
冲击力和后续叶片表面基本垂直，会使该叶片产生卡门涡频率侧向振动，而这正是叶片产生裂纹甚至
断裂破坏的原因。
（ ５）优化改善转轮叶片出水边空化性能、削薄削尖叶片出水边及适当位置的补气均可消除或大幅
度减轻卡门涡强振。

参 考 文 献：

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