本發(fā)明屬于水輪發(fā)電機組設備技術領域，尤其是涉及一種混流式微小直徑長短葉片轉輪及其制造工藝。

背景技術：

混流水輪機也稱為弗朗西斯式水輪機，屬反擊式水輪機的一種，由美國工程師弗朗西斯于1849年發(fā)明，又稱弗朗西斯水輪機，或輻軸流式水輪機。由于結構緊湊，效率較高，能適應很寬的水頭范圍，混流水輪機已成為目前世界各國廣泛采用的水輪機型式之一。

轉輪是混流式水輪發(fā)電機組的心臟，它是水能轉化為電能的核心零件。而轉輪中的長短葉片能使葉片正、背面兩側壓力分布最優(yōu)而獲得更高的流速和最小的空化，更能適應水流特性。水力效率高、有較好的水力特性倍受青睞，正在逐漸替代單一葉片。目前的混流式轉輪的直徑大都在0.84～1.8m之間，其重量也在1.0～2.5t之間，而對于直徑在0.35～0.75m之間，重量在0.1～0.6t之間的微小直徑長短葉片轉輪，由于焊接空間非常狹小，而且這種長短葉片交替焊接在轉輪中，葉片數(shù)量比單一葉片多一倍，葉片焊接質(zhì)量難以保證，導致很多制造廠家在焊接微小直徑轉輪長短葉片時束手無策，被迫放棄制造這樣的高效率轉輪。

因此急需設計一款新的微小直徑混流式長短葉片轉輪結構及其制造工藝，解決微小直徑混流式轉輪的長短葉片的難以焊接的問題。

專利授權公告號為cn102364083b的發(fā)明專利公開了一種混流式水泵水輪機長短葉片轉輪，包括一個上冠、一個下環(huán)，若干個經(jīng)過優(yōu)化設計的長葉片和短葉片。該發(fā)明通過對長葉片和短葉片的包角，葉片的進出口角，短葉片軸面流道的長度，短葉片到相鄰長葉片背面開口的大小等參數(shù)進行優(yōu)化，可以使水輪機工況部分負荷條件下尾水管壓力脈動大大降低，可以使轉輪直徑減小，從而提高轉輪效率，改善水輪機工況下的“s”區(qū)不穩(wěn)定性問題。然而，該發(fā)明提供的轉輪結構無法解決小直徑混流水輪機轉輪的長短葉片由于焊接空間狹小導致無法高質(zhì)高效完成焊接的問題。

專利授權公告號為cn202300788u的實用新型專利公開了一種水輪機轉輪，包括上冠和下環(huán)及多個連接在上冠和下環(huán)之間的葉片，所述葉片包括主葉片和短葉片，所述短葉片分布在主葉片之間，所述短葉片比主葉片短，本實用新型能夠有效地改善水輪機的空蝕并提高水輪機的效率。然而，該實用新型提供的水輪機轉輪結構依然無法解決小直徑混流水輪機轉輪的長短葉片由于焊接空間狹小導致無法高質(zhì)高效完成焊接的問題。

技術實現(xiàn)要素：

有鑒于此，本發(fā)明的目的是針對現(xiàn)有技術的不足，提供一種混流式微小直徑長短葉片轉輪及其制造工藝，有效解決了微小直徑混流式水輪機轉輪長短葉片由于數(shù)量多、焊接空間非常狹小難以高效且保證質(zhì)量的完成長短葉片焊接的問題。

為達到上述目的，本發(fā)明采用以下技術方案：

混流式微小直徑長短葉片轉輪，包括上冠，下環(huán)，以及若干個連接在所述上冠和所述下環(huán)之間的長葉片和短葉片，且所述長葉片和所述短葉片沿轉輪的周向均勻間隔分布，所述下環(huán)由靠近轉輪進水口的下環(huán)ⅰ和焊接在所述下環(huán)ⅰ下端的下環(huán)ⅱ組成，且所述下環(huán)ⅰ下端低于所述短葉片的下端。

優(yōu)選地，所述長葉片和所述短葉片的數(shù)量均為13～15個。

優(yōu)選地，所述上冠的材質(zhì)采用合金鋼zg20simn，所述下環(huán)、所述長葉片和所述短葉片的材質(zhì)均采用不銹鋼zg0cr13ni4mo。

優(yōu)選地，所述下環(huán)ⅰ下端與所述短葉片的下端之間的距離不小于10mm。

優(yōu)選地，所述轉輪的直徑為0.35～0.75m,所述轉輪的重量為0.1～0.6t。

混流式微小直徑長短葉片轉輪制造工藝，包括以下步驟：

步驟1、完成短葉片與上冠及下環(huán)i的組焊：首先將上冠倒置于焊接工裝上，之后按照圖紙設計在上冠的過流面上標記出每一個長葉片和短葉片的安裝位置，之后將短葉片按照上述標記出的安裝位置進行位置固定，之后將下環(huán)i吊裝在圖紙設計位置上，隨后按照圖紙要求的焊縫形式、焊角大小和圓弧角大小完成短葉片與上冠以及短葉片與下環(huán)i之間焊縫的焊接，并按照圖紙要求對完成焊縫進行打磨；

步驟2、完成長葉片與上冠及下環(huán)i的組焊：首先吊裝長葉片并按照上述標記出的安裝位置將長葉片進行位置固定，之后按照圖紙要求的焊縫形式、焊角大小和圓弧角大小完成長葉片與上冠之間焊縫的焊接，之后將轉輪吊起離開焊接工裝并將轉輪處于水平放置狀態(tài)，隨后按照圖紙要求對完成焊縫進行打磨；之后按照圖紙要求完成長葉片與下環(huán)i之間焊縫的焊接并打磨焊縫至光滑；

步驟3、完成下環(huán)ii與下環(huán)i及長葉片的組焊：首先吊裝下環(huán)ii，并按照下環(huán)ii與上冠的同軸度要求將下環(huán)ii放置在下環(huán)i上，之后采用分段退焊法完成下環(huán)ii與下環(huán)i之間焊縫的焊接，最后按照圖紙要求的焊縫形式、焊角大小和圓弧角大小完成下環(huán)ii與長葉片之間焊縫的焊接并打磨焊縫至光滑。

優(yōu)選地，步驟1中，在對短葉片進行位置固定時為了使短葉片焊接收縮后的進水高度能夠達到圖紙要求，在短葉片與上冠之間留有高度為1.5～3.0mm的間隙。

優(yōu)選地，步驟1中，在對短葉片與上冠以及短葉片與下環(huán)i之間的焊縫進行焊接前，為防止焊后上冠與下環(huán)i之間的距離收縮超出圖紙要求，在上冠與下環(huán)i之間設置有支撐定位桿。

優(yōu)選地，所述支撐定位桿為一根圓管沿直徑切開形成的半管結構，且所述半管結構下端設置與所述下環(huán)的內(nèi)壁相貼合的傾斜面。

本發(fā)明的有益效果是：

本發(fā)明針對目前的微小直徑混流式水輪機轉輪由于長短葉片數(shù)量多且焊接空間狹小導致很多制造廠家在焊接微小直徑轉輪的長短葉片時束手無策，被迫放棄制造這樣的高效率轉輪或者難以制造出焊接質(zhì)量好的小直徑混流水輪，提供一種混流式微小直徑長短葉片轉輪及其制造工藝，通過采用特殊的微小直徑混流式長短葉片轉輪結構以及制造工藝，使得微小直徑混流式長短葉片轉輪能夠高效、高質(zhì)量的制造出來。

其中，混流式微小直徑長短葉片轉輪包括上冠，下環(huán)，以及若干個連接在上冠和下環(huán)之間的長葉片和短葉片，而且長葉片和短葉片沿轉輪的周向均勻間隔分布，而且下環(huán)由靠近轉輪進水口的下環(huán)ⅰ和焊接在下環(huán)ⅰ下端的下環(huán)ⅱ組成，且下環(huán)ⅰ下端低于短葉片的下端，下環(huán)采用這種分割結構，使得在先焊接短葉片時能夠擺脫下環(huán)的下部空間狹小的制約，使短葉片更能充分暴露在焊接者視野下，焊接空間較下環(huán)為一體時大很多，進而能夠在確保焊接質(zhì)量的前提下大大提高焊接效率，同時能夠使水輪機效率比同直徑單一葉片轉輪效率提高2%～3%，例如電站裝機3×2000kw的機組，每小時可以多發(fā)電120～180kw，或節(jié)約發(fā)電用水流量，使電站發(fā)電時間延長，使電站獲得較好的發(fā)電效益。

另外，為了使短葉片焊接收縮后的進水高度能夠達到圖紙要求，在短葉片與上冠之間留有高度為1.5～3.0mm的間隙。另外，為防止焊后上冠與下環(huán)i之間的距離收縮超出圖紙要求，在上冠與下環(huán)i之間設置有支撐定位桿。本發(fā)明有效解決了微小直徑混流長短葉片轉輪的葉片由于焊接空間非常狹小難以高效且保證質(zhì)量的完成長短葉片焊接的問題。

附圖說明

圖1為本發(fā)明混流式微小直徑長短葉片轉輪的結構示意圖；

圖2為本發(fā)明混流式微小直徑長短葉片轉輪制造狀態(tài)的結構示意圖；

圖3為本發(fā)明混流式微小直徑長短葉片轉輪制造狀態(tài)中支撐定位桿的結構主視示意圖；

圖4為本發(fā)明混流式微小直徑長短葉片轉輪制造狀態(tài)中支撐定位桿的結構俯視示意圖。

具體實施方式

為使本發(fā)明實施例的目的、技術方案和優(yōu)點更加清楚，下面將結合本發(fā)明實施例的附圖，對本發(fā)明實施例的技術方案進行清楚、完整地描述。顯然，所描述的實施例是本發(fā)明的一部分實施例，而不是全部的實施例?；谒枋龅谋景l(fā)明的實施例，本領域普通技術人員所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護的范圍。

實施例1：

如圖1所示，混流式微小直徑長短葉片轉輪，包括上冠1，下環(huán)，以及若干個連接在所述上冠1和所述下環(huán)之間的長葉片2和短葉片3，且所述長葉片2和所述短葉片3沿轉輪的周向均勻間隔分布，所述下環(huán)由靠近轉輪進水口的下環(huán)ⅰ4和焊接在所述下環(huán)ⅰ4下端的下環(huán)ⅱ5組成，且所述下環(huán)ⅰ4下端低于所述短葉片3的下端。

所述轉輪的進口直徑為φ0.5m，所述轉輪的進水高度為92mm，所述下環(huán)的出水口直徑為φ385mm，轉輪的總重量為0.5t，所述轉輪屬于應用在混流式水輪機上的微小直徑轉輪。

所述長葉片2和所述短葉片3的數(shù)量均為15個。

所述上冠1的材質(zhì)采用合金鋼zg20simn，所述下環(huán)、所述長葉片2和所述短葉片3的材質(zhì)均采用不銹鋼zg0cr13ni4mo。

所述下環(huán)ⅰ4下端與所述短葉片3的下端之間的距離為10mm。

該實施例中，為了克服微小直徑混流式長短葉片轉輪葉片數(shù)量多且焊接空間狹小導致很多制造廠家在焊接微小直徑轉輪長短葉片時束手無策，被迫放棄制造這樣的高效率轉輪或者難以制造出焊接質(zhì)量好的微小直徑混流水輪的難題，混流式微小直徑長短葉片轉輪采用包括上冠，下環(huán)，以及若干個連接在上冠和下環(huán)之間的長葉片和短葉片，而且長葉片和短葉片沿轉輪的周向均勻間隔分布，而且下環(huán)由靠近轉輪進水口的下環(huán)ⅰ和焊接在下環(huán)ⅰ下端的下環(huán)ⅱ組成，且下環(huán)ⅰ下端低于短葉片的下端的結構，其中下環(huán)采用這種分割結構，使得在先焊接短葉片時能夠擺脫下環(huán)的下部空間狹小的制約，使短葉片更能充分暴露在焊接者視野下，焊接空間較下環(huán)為一體時大很多，進而能夠在確保焊接質(zhì)量的前提下大大提高焊接效率，同時能夠使水輪機效率比同直徑單一葉片轉輪效率提高2%～3%，例如電站裝機3×2000kw的機組，每小時可以多發(fā)電120～180kw，或節(jié)約發(fā)電用水流量，使電站發(fā)電時間延長，使電站獲得較好的發(fā)電效益。

與此同時，該實施例中下環(huán)ⅰ下端與短葉片的下端之間的距離為10mm，一方面使得短葉片能充分暴露在焊接者視野下以擺脫下環(huán)的下部空間狹小的制約，另一方面便于將焊縫的端部暴露在外面，使得易出現(xiàn)焊接缺陷的焊縫端部充分暴露在焊接者視野下以便于焊縫修復，另外根據(jù)多年工作經(jīng)驗發(fā)現(xiàn)下環(huán)ⅰ下端與短葉片的下端之間的距離不能低于10mm，如果低于10mm不僅會大大降低焊縫端部的焊接質(zhì)量造成大量返工，而且不利于返工時的清理，該實施例中下環(huán)ⅰ下端與短葉片的下端之間的距離為10mm，很顯然下環(huán)ⅰ下端與短葉片的下端之間的距離還可以選用大于10mm，比如11mm、12mm、13mm等，同樣能夠起到相同的效果。

另外，該實施例中長葉片和短葉片的數(shù)量均為15個，為了適應不同的水流環(huán)境還可以選用其他數(shù)量個，比如13個或14個。

另外，為了在保證上冠、下環(huán)、長葉片及短葉片的耐腐蝕性能的基礎上提高抗空化性、焊接性能及抗疲勞性能，該實施例中，上冠的材質(zhì)采用合金鋼zg20simn，而下環(huán)、長葉片和短葉片的材質(zhì)均采用不銹鋼zg0cr13ni4mo。

實施例2：

本實施例還提供了一種混流式微小直徑長短葉片轉輪制造工藝，包括以下步驟：

步驟1、完成短葉片與上冠及下環(huán)i的組焊：首先將上冠倒置于焊接工裝上，之后按照圖紙設計在上冠的過流面上標記出每一個長葉片和短葉片的安裝位置，之后將短葉片按照上述標記出的安裝位置進行位置固定，之后將下環(huán)i吊裝在圖紙設計位置上，隨后按照圖紙要求的焊縫形式、焊角大小和圓弧角大小完成短葉片與上冠以及短葉片與下環(huán)i之間焊縫的焊接，并按照圖紙要求對完成焊縫進行打磨；

步驟2、完成長葉片與上冠及下環(huán)i的組焊：首先吊裝長葉片并按照上述標記出的安裝位置將長葉片進行位置固定，之后按照圖紙要求的焊縫形式、焊角大小和圓弧角大小完成長葉片與上冠之間焊縫的焊接，之后將轉輪吊起離開焊接工裝并將轉輪處于水平放置狀態(tài)，隨后按照圖紙要求對完成焊縫進行打磨；之后按照圖紙要求完成長葉片與下環(huán)i之間焊縫的焊接并打磨焊縫至光滑；

步驟3、完成下環(huán)ii與下環(huán)i及長葉片的組焊：首先吊裝下環(huán)ii，并按照下環(huán)ii與上冠的同軸度要求將下環(huán)ii放置在下環(huán)i上，之后采用分段退焊法完成下環(huán)ii與下環(huán)i之間焊縫的焊接，最后按照圖紙要求的焊縫形式、焊角大小和圓弧角大小完成下環(huán)ii與長葉片之間焊縫的焊接并打磨焊縫至光滑。

實施例3：

如圖2、圖3和圖4所示，其與實施例2的區(qū)別在于：

步驟1中，在對短葉片進行位置固定時為了使短葉片焊接收縮后的進水高度能夠達到圖紙要求，在短葉片與上冠之間留有高度為1.5mm的間隙。

步驟1中，在對短葉片與上冠以及短葉片與下環(huán)i之間的焊縫進行焊接前，為防止焊后上冠與下環(huán)i之間的距離收縮超出圖紙要求，在上冠與下環(huán)i之間設置有支撐定位桿6。

所述支撐定位桿6為一根圓管沿直徑切開形成的半管結構，且所述半管結構下端設置與所述下環(huán)的內(nèi)壁相貼合的傾斜面7。

該實施例中，為了使短葉片焊接收縮后的進水高度能夠達到圖紙要求，在短葉片與上冠之間留有一定高度的間隙，由于葉片焊接量大，材料為不銹鋼，收縮量大，根據(jù)多年工作經(jīng)驗收縮量在1.5～3.0mm之間，該實施例中在短葉片與上冠之間留有高度為1.5mm的間隙，很顯然在短葉片與上冠之間留有的間隙也可以是1.5～3.0mm之間任意一個數(shù)值，比如2.0mm、2.5mm或3.0mm等。另外，支撐定位桿采用半管結構，一方面便于取材，只需將一根圓管沿直徑切開即可，另一方面半管結構下端設置與下環(huán)的內(nèi)壁相貼合的傾斜面，從而能夠保證支撐定位桿下端與下環(huán)內(nèi)壁充分接觸以起到穩(wěn)定支撐作用，避免焊后上冠與下環(huán)i之間的距離收縮超出圖紙要求。

最后說明的是，以上實施例僅用以說明本發(fā)明的技術方案而非限制，本領域普通技術人員對本發(fā)明的技術方案所做的其他修改或者等同替換，只要不脫離本發(fā)明技術方案的精神和范圍，均應涵蓋在本發(fā)明的權利要求范圍當中。