1.3　转轮刚强度与叶片应力

向家坝电站机组在系统中担任调峰、调频和事故备用，必须具备足够的强度、刚度，以更大的安全裕量来满足负荷频繁和剧烈变化给水轮机提出的附加刚度和强度要求。因此，在向家坝水电站水轮机水力性能开发中，必须把水轮机安全、稳定运行放在首位，妥善解决水力性能与水轮机强度、刚度和可靠性之间的矛盾。分析发生过裂纹现象的转轮，尤其是引进技术的转轮，可以发现其叶片出水边在相当长度范围内都很薄，额定工况下的静应力偏高，如小浪底达279MPa，这样交变载荷下动应力就高。由于向家坝水轮发电机组在系统中担任调频、调峰、事故备用、检修备用等，负荷变化剧烈，机组开、停机频繁。频繁的负荷调节，使水轮机在部分负荷运行的概率较高，因此在向家坝水轮机转轮的水力设计中，应将转轮的强度、刚度，特别是转轮叶片的强度、刚度放在首要考虑的位置。在满足水力性能要求的前提下，尽可能采用强度、刚度偏安全的叶片几何形线设计，特别在转轮叶片出水边靠上冠和转轮叶片进水边靠下环等常见强度薄弱区，均应根据转轮刚度、强度分析结果，在叶片几何形状和翼型厚度上采取特殊的补强措施。针对向家坝水轮机转轮，应满足如下要求：

（1）控制转轮的静应力水平在100MPa以内，采取与比转速相近的运行机组有更大的叶片厚度，使叶片的整体静应力水平低于相近比转速转轮。

（2）叶片出水边与上冠、下环交接处进行局部加厚，并对叶片与上冠、下环交接处的圆根半径进行优化，使应力集中系数小于2.5。

（3）为了限制水轮机的动应力幅值，应保证各工况压力脉动控制在要求范围内，同时应避免转轮在水下与水力激振频率发生共振。