一種3d打印混流式水輪機模型轉(zhuǎn)輪連接組件的制作方法
【專利摘要】一種3D打印混流式水輪機模型轉(zhuǎn)輪連接組件，它涉及一種水輪機模型連接件，為解決現(xiàn)有3D打印金屬混流式水輪機模型表面粗糙、制造成本高和生產(chǎn)周期長，以及3D打印非金屬水輪機模型聯(lián)軸法蘭與金屬轉(zhuǎn)動軸裝配時易損壞；轉(zhuǎn)輪上的螺紋孔容易破壞，使得轉(zhuǎn)輪無法拆卸等問題?；炝魇剿啓C模型轉(zhuǎn)輪連接組件包括金屬聯(lián)軸法蘭(3)和金屬泄水錐(2)；金屬聯(lián)軸法蘭(3)為凸緣聯(lián)軸法蘭，凸緣位于金屬聯(lián)軸法蘭(3)中部偏下，金屬聯(lián)軸法蘭(3)底部設(shè)有反扣螺紋孔(3?5)；金屬泄水錐上部側(cè)壁(2?1)加長與金屬聯(lián)軸法蘭(3)底部相接觸。本實用新型用于模擬水輪機領(lǐng)域。
【專利說明】
一種3D打印混流式水輪機模型轉(zhuǎn)輪連接組件
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本實用新型涉及一種水輪機模型連接件，具體涉及一種3D打印水輪機模型轉(zhuǎn)輪連接組件。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著發(fā)電設(shè)備制造行業(yè)競爭的日趨加劇，水輪機模型制造技術(shù)在模型水輪機轉(zhuǎn)輪開發(fā)過程中越來越重要，在某種程度上甚至決定了大型水電項目競標的成敗。傳統(tǒng)的模型水輪機模型轉(zhuǎn)輪的制造大都采取鑄造銅坯進行數(shù)控加工來實現(xiàn)，其由轉(zhuǎn)輪、上冠、下環(huán)、聯(lián)軸法蘭和葉片裝配而成，如圖7和圖8所示;其中轉(zhuǎn)輪(5)、上冠(6)、下環(huán)(7)、聯(lián)軸法蘭(8)和葉片(9)。此種制造方法可以獲得高質(zhì)量的模型水輪機轉(zhuǎn)輪，但從水力開發(fā)效率角度，傳統(tǒng)的數(shù)控加工模型水輪機轉(zhuǎn)輪制造方式存在以下問題:一是制造周期長，每臺模型水輪機轉(zhuǎn)輪的加工周期一般在25天左右;二是制造成本高，每臺模型轉(zhuǎn)輪制造成本約20萬元。同時，鑄造銅坯的缺陷及后續(xù)處理將進一步增加制造周期和成本。制造周期過長嚴重影響著水力開發(fā)的效率，進而影響企業(yè)在水電市場上的競爭力。
[0003]3D打印技術(shù)(又稱增材制造技術(shù))誕生于20世紀80年代，是基于材料堆積法的一種新型制造技術(shù)，可以根據(jù)零件或物體的三維模型數(shù)據(jù)，通過成型設(shè)備以材料累加的方式制成實物模型?？梢宰詣?、直接、快速、精確地將設(shè)計思想轉(zhuǎn)變?yōu)樵突蛑苯佑糜谥圃炝慵且环N高效低成本的零件原型制作和新設(shè)計思想校驗等的實現(xiàn)手段。模型水輪機轉(zhuǎn)輪的設(shè)計制造與3D打印技術(shù)擁有著完美的契合點，基于此，開展了3D打印技術(shù)應(yīng)用于模型水輪機轉(zhuǎn)輪制造領(lǐng)域的研究。
[0004]目前，3D打印的水輪機模型有兩種材質(zhì):
[0005]—種為金屬材料，即整體制造的3D打印的水輪機模型，該水輪機模型在使用中存在以下兩個缺點:(1)、由于模型水輪機轉(zhuǎn)輪直徑過大(不少于350mm)，3D打印技術(shù)打印的金屬材料模型水輪機轉(zhuǎn)輪難于實現(xiàn)。⑵、模型水輪機轉(zhuǎn)輪的表面粗糙度難以保證，需要后期耗時打磨，這無疑增加了制造成本和生產(chǎn)周期。因此，3D打印的金屬水輪機模型與傳統(tǒng)制造方法相比并無優(yōu)勢，故被排除。
[0006]另一種為非金屬材料(塑料)，非金屬水輪機模型雖然在時間、成本上和傳統(tǒng)制造方法相比具有較大的優(yōu)勢，成本可降至傳統(tǒng)方法的1/5，時間可縮短20天左右?；趥鹘y(tǒng)3D打印技術(shù)的加工思想，希望對水輪機模型整體加工成型，而不是上冠、下環(huán)、聯(lián)軸法蘭和葉片分體加工和裝配，隨之而來帶來以下問題:(1)原聯(lián)軸法蘭部分與模型試驗臺轉(zhuǎn)動軸連接時，需要進行鍵配合和緊配合。在安裝過程中，非金屬的聯(lián)軸法蘭部分與金屬轉(zhuǎn)動軸裝配極易損壞；同時，金屬螺栓可能與非金屬模型轉(zhuǎn)輪材料發(fā)生壓緊力，破壞模型轉(zhuǎn)輪。⑵模型水輪機通過鍵和鍵槽配合傳遞扭矩，由于非金屬材料的抗扭能力較金屬材料差，在模型試驗中的流量和壓力作用下，極易損壞非金屬鍵槽甚至模型轉(zhuǎn)輪破碎，破壞整個試驗臺系統(tǒng)。(3)由于模型水輪機轉(zhuǎn)輪在模型試驗結(jié)束后需要進行拆卸，傳統(tǒng)方法為在上冠上攻兩個反扣螺紋孔，以便進行拆卸轉(zhuǎn)輪，而采用非金屬材料的轉(zhuǎn)輪只能在非金屬部分開孔，在拆卸過程中，螺紋易被破壞，導(dǎo)致轉(zhuǎn)輪無法拆卸。
【實用新型內(nèi)容】
[0007]本實用新型的目的是提供一種3D打印混流式水輪機模型轉(zhuǎn)輪連接組件，以解決現(xiàn)有3D打印金屬混流式水輪機模型表面粗糙、制造成本高和生產(chǎn)周期長，以及3D打印非金屬水輪機模型聯(lián)軸法蘭與金屬轉(zhuǎn)動軸裝配時易損壞;轉(zhuǎn)輪上的螺紋孔容易破壞，使得轉(zhuǎn)輪無法拆卸等冋題。
[0008]本實用新型混流式水輪機模型轉(zhuǎn)輪連接組件包括金屬聯(lián)軸法蘭(3)和金屬泄水錐(2);金屬聯(lián)軸法蘭(3)為凸緣聯(lián)軸法蘭，凸緣位于金屬聯(lián)軸法蘭(3)中部偏下，金屬聯(lián)軸法蘭(3)底部設(shè)有反扣螺紋孔(3-5);金屬泄水錐上部側(cè)壁(2-1)加長與金屬聯(lián)軸法蘭(3)底部相接觸。
[0009]所述的3D打印混流式水輪機模型轉(zhuǎn)輪包括模型轉(zhuǎn)輪(I)和數(shù)個連接元件，所述模型轉(zhuǎn)輪(I)的上托架(1-1)上沿軸向設(shè)有階梯孔，階梯孔由下至上依次為泄水錐孔(1-1-1)、連接孔(1-1-2)和法蘭孔(1-1-3)，泄水錐孔(1-1-1)的直徑、連接孔(1-1-2)的直徑和法蘭孔(1-1-3)的直徑依次遞增，金屬泄水錐(2)安裝在泄水錐孔(1-1-1)中，金屬泄水錐(2)與泄水錐孔(1-1-1)采用過盈配合，連接孔(1-1-2)外圍設(shè)有數(shù)個與法蘭孔(1-1-3)連通的螺紋孔(1-1-4)，金屬聯(lián)軸法蘭(3)的凸緣上設(shè)有數(shù)個通孔(3-2)，數(shù)個通孔(3-2)與數(shù)個螺紋孔(1-1-4)——對應(yīng)，金屬聯(lián)軸法蘭(3)安裝在連接孔(1-1-2)和法蘭孔(1-1-3)中，連接元件經(jīng)通孔(3-2)和螺紋孔(1-1-4)緊固連接將金屬聯(lián)軸法蘭(3)與模型轉(zhuǎn)輪(I)固定連接。
[0010]本實用新型具有以下有益效果:
[0011]—、本實用新型的金屬聯(lián)軸法蘭(3)和金屬泄水錐(2)均采用金屬材料，在安裝過程中，金屬的聯(lián)軸法蘭與金屬的模型試驗臺轉(zhuǎn)動軸裝配時，聯(lián)軸法蘭不易損壞。同時，本實用新型省去了上冠(6)，模型轉(zhuǎn)輪(I)直接與金屬聯(lián)軸法蘭(3)連接，使得模型轉(zhuǎn)輪不易破損。本實用新型模型轉(zhuǎn)輪上的螺紋孔開在平面上，在拆卸過程中，模型轉(zhuǎn)輪上的螺紋孔不容易破壞，使得模型轉(zhuǎn)輪容易拆卸。
[0012]二、隨著國內(nèi)核電及大型火電機組的投建，近年來國內(nèi)抽水蓄能電站建設(shè)明顯加速?？梢灶A(yù)見，未來抽水蓄能市場將是開拓的重要領(lǐng)域?；炝魇剿啓C是現(xiàn)代抽水蓄能電站的主要機組形式，混流式水輪機既可以作為水輪機使用又可以作為水栗使用，使用水頭范圍寬，結(jié)構(gòu)簡單、總價低，土建工程量小。本實用新型在混流式水輪機模型轉(zhuǎn)輪上的成功應(yīng)用，成功拓展了3D打印技術(shù)在水輪機模型轉(zhuǎn)輪制造領(lǐng)域的應(yīng)用范圍，對企業(yè)提高水力設(shè)計與試驗效率、降低研發(fā)成本、增強市場競爭力將發(fā)揮重要而積極的作用。
【附圖說明】
[0013]圖1是3D打印混流式水輪機模型轉(zhuǎn)輪及連接組件整體結(jié)構(gòu)主剖視圖；
[0014]圖2是圖1的俯視圖；
[0015]圖3是金屬聯(lián)軸法蘭(3)的結(jié)構(gòu)主剖視圖；
[0016]圖4是圖3的俯視圖；
[0017]圖5是金屬泄水錐(2)的結(jié)構(gòu)主剖視圖；
[0018]圖6是模型轉(zhuǎn)輪(I)的結(jié)構(gòu)主剖視圖；
[0019]圖7是現(xiàn)有金屬鑄造水輪機模型整體結(jié)構(gòu)主剖視圖；
[0020]圖8是圖7的俯視圖。
【具體實施方式】
[0021]【具體實施方式】一:結(jié)合圖1?圖6說明本實施方式，本實施方式混流式水輪機模型轉(zhuǎn)輪連接組件包括金屬聯(lián)軸法蘭3和金屬泄水錐2;金屬聯(lián)軸法蘭3為凸緣聯(lián)軸法蘭，凸緣位于金屬聯(lián)軸法蘭3中部偏下，金屬聯(lián)軸法蘭3底部設(shè)有反扣螺紋孔3-5;金屬泄水錐上部側(cè)壁
2-1加長與金屬聯(lián)軸法蘭3底部相接觸。
[0022]金屬泄水錐2和金屬聯(lián)軸法蘭3的材質(zhì)為銅或不銹鋼。
[0023]【具體實施方式】二:結(jié)合圖1?圖6說明本實施方式，本實施方式所述的3D打印混流式水輪機模型轉(zhuǎn)輪包括模型轉(zhuǎn)輪I和數(shù)個連接元件，所述模型轉(zhuǎn)輪I的上托架1-1上沿軸向設(shè)有階梯孔，階梯孔由下至上依次為泄水錐孔1-1-1、連接孔1-1-2和法蘭孔1-1-3，泄水錐孔1-1-1的直徑、連接孔1-1-2的直徑和法蘭孔1-1-3的直徑依次遞增，金屬泄水錐2安裝在泄水錐孔1-1-1中，金屬泄水錐2與泄水錐孔1-1-1采用過盈配合，連接孔1-1-2外圍設(shè)有數(shù)個與法蘭孔1-1-3連通的螺紋孔1-1-4，金屬聯(lián)軸法蘭3的凸緣上設(shè)有數(shù)個通孔3-2，數(shù)個通孔3-2與數(shù)個螺紋孔1-1-4——對應(yīng)，金屬聯(lián)軸法蘭3安裝在連接孔1-1-2和法蘭孔1-1-3中，連接元件經(jīng)通孔3-2和螺紋孔1-1-4緊固連接將金屬聯(lián)軸法蘭3與模型轉(zhuǎn)輪I固定連接。
[0024]金屬聯(lián)軸法蘭3的傳動軸內(nèi)孔中設(shè)有鍵槽3-1。使用時，金屬聯(lián)軸法蘭3與模型試驗臺轉(zhuǎn)動軸連接，且鍵槽3-1通過鍵與模型試驗臺轉(zhuǎn)動軸上的鍵槽緊配合。
[0025]【具體實施方式】三:結(jié)合圖1、2和圖4說明本實施方式，本實施方式是連接元件的數(shù)量為6個?12個。增加連接元件的數(shù)量，以保證金屬聯(lián)軸法蘭3有安全可靠的傳遞扭矩。其它組成與連接關(guān)系與【具體實施方式】二相同。
[0026]【具體實施方式】四:結(jié)合圖1、2和圖4說明本實施方式，本實施方式是連接元件的數(shù)量為10個。其它組成與連接關(guān)系與【具體實施方式】二相同。
[0027]【具體實施方式】五:結(jié)合圖6說明本實施方式，本實施方式的螺紋孔1-1-4的深度h為20mm?30mm。增加螺紋孔1-1-4的深度，以保證金屬聯(lián)軸法蘭3有安全可靠的傳遞扭矩，減小金屬連接元件與非金屬模型轉(zhuǎn)輪I之間的壓強。其它組成與連接關(guān)系與【具體實施方式】二、三或四相同。
[0028]【具體實施方式】六:結(jié)合圖1、2、4和6說明本實施方式，本實施方式的螺紋孔1-1-4的深度h為25_。其它組成與連接關(guān)系與【具體實施方式】四相同。
[0029]【具體實施方式】七:結(jié)合圖1、2和4說明本實施方式，本實施方式螺紋孔1-1-4均布于連接孔1-1-2外圍。其它組成與連接關(guān)系與【具體實施方式】二相同。
[0030]【具體實施方式】八:本實施方式連接元件為連接螺釘。其它組成與連接關(guān)系與【具體實施方式】二相同。
【主權(quán)項】
1.一種3D打印混流式水輪機模型轉(zhuǎn)輪連接組件，其特征在于:混流式水輪機模型轉(zhuǎn)輪連接組件包括金屬聯(lián)軸法蘭(3)和金屬泄水錐(2);金屬聯(lián)軸法蘭(3)為凸緣聯(lián)軸法蘭，凸緣位于金屬聯(lián)軸法蘭(3)中部偏下，金屬聯(lián)軸法蘭(3)底部設(shè)有反扣螺紋孔(3-5);金屬泄水錐上部側(cè)壁(2-1)加長與金屬聯(lián)軸法蘭(3)底部相接觸。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種3D打印混流式水輪機模型轉(zhuǎn)輪連接組件，其特征在于:所述的3D打印混流式水輪機模型轉(zhuǎn)輪包括模型轉(zhuǎn)輪(I)和數(shù)個連接元件，所述模型轉(zhuǎn)輪(I)的上托架(1-1)上沿軸向設(shè)有階梯孔，階梯孔由下至上依次為泄水錐孔(1-1-1)、連接孔(1-1-2)和法蘭孔(1-1-3)，泄水錐孔(1-1-1)的直徑、連接孔(1-1-2)的直徑和法蘭孔(1-1-3)的直徑依次遞增，金屬泄水錐(2)安裝在泄水錐孔(1-1-1)中，金屬泄水錐(2)與泄水錐孔(1-1-1)采用過盈配合，連接孔(1-1-2)外圍設(shè)有數(shù)個與法蘭孔(1-1-3)連通的螺紋孔(1-1-4)，金屬聯(lián)軸法蘭(3)的凸緣上設(shè)有數(shù)個通孔(3-2)，數(shù)個通孔(3-2)與數(shù)個螺紋孔(1-1-4)一一對應(yīng)，金屬聯(lián)軸法蘭(3)安裝在連接孔(1-1-2)和法蘭孔(1-1-3)中，連接元件經(jīng)通孔(3-2)和螺紋孔(1-1-4)緊固連接將金屬聯(lián)軸法蘭(3)與模型轉(zhuǎn)輪(I)固定連接。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種3D打印混流式水輪機模型轉(zhuǎn)輪連接組件，其特征在于:金屬聯(lián)軸法蘭(3)的傳動軸內(nèi)孔中設(shè)有鍵槽(3-1)。4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種3D打印混流式水輪機模型轉(zhuǎn)輪連接組件，其特征在于:所述連接元件的數(shù)量為6個?12個。5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種3D打印混流式水輪機模型轉(zhuǎn)輪連接組件:所述連接元件的數(shù)量為1個。6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種3D打印混流式水輪機模型轉(zhuǎn)輪連接組件，其特征在于:所述螺紋孔(1-1-4)的深度(h)為20mm?30_。7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種3D打印混流式水輪機模型轉(zhuǎn)輪連接組件，其特征在于:所述螺紋孔(1-1-4)的深度(h)為25mm。8.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種3D打印混流式水輪機模型轉(zhuǎn)輪連接組件，其特征在于:螺紋孔(1-1-4)均布于連接孔(1-1-2)外圍。9.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種3D打印混流式水輪機模型轉(zhuǎn)輪連接組件，其特征在于:連接元件為連接螺釘。
【文檔編號】F16D1/033GK205508253SQ201620116920
【公開日】2016年8月24日
【申請日】2016年2月4日
【發(fā)明人】蘇文濤, 李小斌, 趙昊陽, 蘭朝鳳, 劉錦濤, 馬西, 李鳳臣, 趙越
【申請人】哈爾濱工業(yè)大學