專利名稱：混流式水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種混流式水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪，屬水力發(fā)電設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
水力發(fā)電是指水流通過(guò)水輪機(jī)，把自身的勢(shì)能和動(dòng)能轉(zhuǎn)化為旋轉(zhuǎn)機(jī)械能，帶動(dòng)發(fā)電機(jī)旋轉(zhuǎn)，從而將水能轉(zhuǎn)化成電能。其中水輪機(jī)的轉(zhuǎn)輪是能量轉(zhuǎn)換的主要部件，混流式轉(zhuǎn)輪是目前應(yīng)用最廣泛的水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪。如下圖所示，水流徑向流入轉(zhuǎn)輪葉片，推動(dòng)轉(zhuǎn)輪做功，并改變流動(dòng)方向，沿軸向流出，故稱為混流式轉(zhuǎn)輪葉片。適用水頭從50～700米，出力從幾萬(wàn)千瓦到幾百萬(wàn)千瓦，三峽水輪機(jī)組的單臺(tái)出力超過(guò)了700萬(wàn)千瓦。
傳統(tǒng)混流式轉(zhuǎn)輪葉片的結(jié)構(gòu)如圖1所示，圖1中，1是上冠，2是葉片，3是下環(huán)，4是葉片上冠邊，5是葉片出水邊，6是葉片進(jìn)水邊，7是葉片下環(huán)邊，α是葉片傾角。該傳統(tǒng)混流式轉(zhuǎn)輪的特點(diǎn)是1、轉(zhuǎn)輪葉片傾角為α正，轉(zhuǎn)輪葉片的傾角α是這樣定義的以進(jìn)水邊與轉(zhuǎn)輪上冠的交點(diǎn)作轉(zhuǎn)軸的平行線，則葉片進(jìn)水邊與該平行線所形成的夾角為轉(zhuǎn)輪葉片傾角，偏向平行線右邊為正。
2、傳統(tǒng)轉(zhuǎn)輪在整個(gè)葉片區(qū)域的葉片形狀為內(nèi)凹形狀。
3、傳統(tǒng)轉(zhuǎn)輪葉片的出水邊5在子午面上。
由于上述結(jié)構(gòu)方面的原因，傳統(tǒng)轉(zhuǎn)輪存在以下問(wèn)題在轉(zhuǎn)輪葉片的工作面存在橫流；轉(zhuǎn)輪上冠1上存在局部旋渦；葉片與下環(huán)頂部聯(lián)接處存在應(yīng)力集中。因此在電站運(yùn)行中，傳統(tǒng)轉(zhuǎn)輪的葉片經(jīng)常出現(xiàn)裂紋，甚至斷裂，造成了各種穩(wěn)定性問(wèn)題。隨著水頭和出力的不斷提高，穩(wěn)定性方面的問(wèn)題不斷出現(xiàn)。

發(fā)明內(nèi)容
本實(shí)用新型的目的是設(shè)計(jì)一種混流式水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪，改變已有水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪的結(jié)構(gòu)，以消除轉(zhuǎn)輪葉片工作面的橫流和上冠的局部旋渦，改善轉(zhuǎn)輪葉片根部的應(yīng)力集中，提高水輪機(jī)的運(yùn)行穩(wěn)定性。
本實(shí)用新型設(shè)計(jì)的混流式水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪，包括上冠、葉片和下環(huán)，葉片的近上冠部分向外凸鼓，轉(zhuǎn)輪葉片傾角為負(fù)，傾角的定義為以進(jìn)水邊與轉(zhuǎn)輪上冠的交點(diǎn)作轉(zhuǎn)軸的平行線，葉片進(jìn)水邊與該平行線所形成的夾角。
上述水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪的葉片傾角可以在0度到-10度之間。
本實(shí)用新型設(shè)計(jì)的混流式水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪，其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)為上冠形狀為S型，葉片進(jìn)口具有“負(fù)傾角”，同時(shí)靠近上冠處翼形為負(fù)曲率。為適應(yīng)能量轉(zhuǎn)換和出口條件的要求，葉片出水邊不在軸面上，而是一空間曲線。S型葉片的以上特點(diǎn)，使其表現(xiàn)出良好的水力性能和結(jié)構(gòu)性能，其優(yōu)點(diǎn)體現(xiàn)在以下幾方面1、葉片間流道內(nèi)的流動(dòng)趨于順暢，消除了傳統(tǒng)葉片正面常見(jiàn)的“橫流”現(xiàn)象，有利于提高水輪機(jī)非設(shè)計(jì)工況的運(yùn)行效率。
2、)轉(zhuǎn)輪內(nèi)的流動(dòng)更加均勻，負(fù)荷分布趨于均勻，減輕了葉片近下環(huán)處的負(fù)荷集中，有利于提高轉(zhuǎn)輪的過(guò)流量和改善轉(zhuǎn)輪的空化性能。
3、由于葉片出水邊半徑較小，在部分負(fù)荷時(shí)產(chǎn)生了穩(wěn)定作用，使水流的壓力脈動(dòng)更為平緩。
4、由于葉片上的受力更加均勻以及葉片上冠的特殊形狀，使得這種葉片的受力趨于合理，減少了葉片根部的應(yīng)力集中，使轉(zhuǎn)輪具有較好的受力特性。
綜上所述，與傳統(tǒng)水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪相比，本實(shí)用新型設(shè)計(jì)的水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪中的葉片具有高效率、高水力性能等許多優(yōu)點(diǎn)。隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的需要，在中小型水電站的建設(shè)及其對(duì)老式電站的改造中，應(yīng)用此種采用S型葉片轉(zhuǎn)輪的混流式水輪機(jī)將成為必然的趨勢(shì)。


圖1是傳統(tǒng)混流式轉(zhuǎn)輪的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2是傳統(tǒng)混流式轉(zhuǎn)輪上冠的示意圖。
圖3是圖1的仰視圖。
圖4是傳統(tǒng)混流式轉(zhuǎn)輪葉片的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖5是本實(shí)用新型設(shè)計(jì)的混流式水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖6是轉(zhuǎn)輪上冠的示意圖。
圖7是圖5的仰視圖。
圖8是本實(shí)用新型設(shè)計(jì)的轉(zhuǎn)輪葉片的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖1～圖8中，1是上冠，2是葉片，3是下環(huán)頂部，4是葉片上冠邊，5是葉片出水邊，6是葉片進(jìn)水邊，7是葉片下環(huán)邊，α是葉片傾角。
具體實(shí)施方式
本實(shí)用新型設(shè)計(jì)的混流式水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪，其結(jié)構(gòu)如圖5所示，其仰視圖如圖7所示，包括上冠1、葉片2和下環(huán)3，葉片2的近上冠部分向外凸鼓。
轉(zhuǎn)輪葉片的結(jié)構(gòu)如圖8所示，圖8中，4是葉片上冠邊，5是葉片出水邊，6是葉片進(jìn)水邊，7是葉片下環(huán)邊，α是葉片傾角。轉(zhuǎn)輪葉片傾角α為負(fù)，傾角的定義為以進(jìn)水邊6與轉(zhuǎn)輪上冠的交點(diǎn)作轉(zhuǎn)軸的平行線，葉片進(jìn)水邊6與該平行線所形成的夾角。
上述水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪的葉片傾角α可以在0度到-10度之間。
本實(shí)用新型的混流式轉(zhuǎn)輪葉片，其主要設(shè)計(jì)思想是充分利用流道空間，使葉片表面的壓力分布盡量均衡。如果將轉(zhuǎn)輪葉片上的壓力分布看做一個(gè)空間問(wèn)題，那么，均衡化不只體現(xiàn)在從轉(zhuǎn)輪葉片進(jìn)口到出口這一方向上，還應(yīng)同時(shí)體現(xiàn)在從上冠到下環(huán)的方向上。本實(shí)用新型的S型轉(zhuǎn)輪正是體現(xiàn)了這種全面均衡化的想法。
由圖6可以看出，S型轉(zhuǎn)輪葉片的近上冠部分向外凸鼓，形成一個(gè)S型，正是這種看似扭曲的S型形狀，消除了葉片正面的橫流，從而使葉片上的壓力分布更加均勻。
當(dāng)α角位于平行線左邊時(shí)，葉片傾角為負(fù)，反之為正。對(duì)同樣葉片型線而傾角不同的轉(zhuǎn)輪的試驗(yàn)結(jié)果表明，傾角可對(duì)能量轉(zhuǎn)換的分配、葉片力學(xué)結(jié)構(gòu)的調(diào)整、葉片上最低壓力的調(diào)整等都具有重要的作用。S型轉(zhuǎn)輪葉片傾角為負(fù)，角度大小在0度到-10度之間。
如圖8所示，S型葉片出水邊5為一空間曲線，可以根據(jù)設(shè)計(jì)要求對(duì)出水邊進(jìn)行相應(yīng)調(diào)整，使葉片上壓力均布，出口流態(tài)更合理。
S型葉片形狀由傳統(tǒng)葉片的二維特征變成扭曲的三維葉片形狀。葉片在與下環(huán)接近的位置保持了傳統(tǒng)轉(zhuǎn)輪葉片的形狀，而上冠到中間型線部分的翼型由傳統(tǒng)的正曲率形狀變成了負(fù)曲率葉片，它的工作面更象傳統(tǒng)葉片的背面，而背面則象傳統(tǒng)轉(zhuǎn)輪葉片的工作面。葉片面積增大，厚度減薄。
權(quán)利要求1.一種混流式水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪，其特征在于該轉(zhuǎn)輪包括上冠、葉片和下環(huán)，葉片的近上冠部分向外凸鼓，轉(zhuǎn)輪葉片傾角為負(fù)。
2.如權(quán)利要求1所述的水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪，其特征在于其中所述的轉(zhuǎn)輪葉片傾角在0度到-10度之間。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種混流式水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪，屬水力發(fā)電設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域。本水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪包括上冠、葉片和下環(huán)，葉片的近上冠部分向外凸鼓，轉(zhuǎn)輪葉片傾角為負(fù)，傾角的定義為以進(jìn)水邊與轉(zhuǎn)輪上冠的交點(diǎn)作轉(zhuǎn)軸的平行線，葉片進(jìn)水邊與該平行線所形成的夾角。本實(shí)用新型設(shè)計(jì)的水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪，葉片間流道內(nèi)的流動(dòng)趨于順暢，有利于提高水輪機(jī)非設(shè)計(jì)工況的運(yùn)行效率。轉(zhuǎn)輪內(nèi)的水流流動(dòng)更加均勻，負(fù)荷分布趨于均勻，減輕了葉片近下環(huán)處的負(fù)荷集中，有利于提高轉(zhuǎn)輪的過(guò)流量和改善轉(zhuǎn)輪的空化性能。葉片出水邊半徑較小，在部分負(fù)荷時(shí)產(chǎn)生了穩(wěn)定作用，使水流的壓力脈動(dòng)更為平緩。葉片受力趨于合理，減少了葉片根部的應(yīng)力集中，使轉(zhuǎn)輪具有較好的受力特性。
文檔編號(hào)F03B3/12GK2665392SQ0320640
公開(kāi)日2004年12月22日 申請(qǐng)日期2003年7月25日 優(yōu)先權(quán)日2003年7月25日
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