一种冲击式转轮制造技术

本发明专利技术公开了一种冲击式转轮，包括内部的轮毂、外部的外缘圆环，还设有若干沿放射状均匀排列的叶片，叶片的根部连接轮毂，端部连接外缘圆环，其特征是，所述外缘圆环为轴向并列的两个，以该两外缘圆环的对称面为基准面，叶片在基准面两侧的部分镜像对称，每一侧的最外端均单独与一个外缘圆环连接；叶片上设有两个以基准面为轴镜像对称的工作曲面，两工作曲面衔接于基准面上形成分水刃；水流的冲击方向为转轮的节圆切线方向，冲击位置为分水刃所在位置。本发明专利技术的有益效果是：既具有斜击式转轮整体应力水平较低、耐疲劳性好、方便制造的优势，又具有水斗式转轮水力效率高的优势，从根本上彻底解决了传统水斗式转轮的力学缺陷。

【技术实现步骤摘要】
一种冲击式转轮
本专利技术涉及水力发电机领域，具体是一种冲击式转轮。
技术介绍
在水力发电机领域，转轮是承受水流冲击并将水流冲击动作转化为转轴的转动动作的关键部件。传统的转轮有斜击式和水斗式两种。斜击式转轮一般包括内部的轮毂、外部的外缘圆环，在内部的轮毂和外部的外缘圆环之间设置有叶片，为了提升冲击受力效果，叶片上通常设计有向背水面凹陷的工作曲面。机组可以竖轴或卧轴设置，水流方向以倾斜的角度从进水侧冲击叶片，并从出水侧排出。斜击式转轮的优点在于转轮外缘存在整圈圆环转轮的整体应力水平较低、耐疲劳性好，因而转轮的制造相对容易，采用铸焊结构就能够满足使用要求。水斗式转轮一般包括内部的轮毂，轮毂外沿圆周设置若干水斗，水流切向进入转轮，冲击水斗。水斗式转轮水力效率比斜击式要高，而转轮的水斗根部应力高交变应力大，因而制造要求也比较高，高水头大出力转轮通常要求整体锻造，即使如此断斗的风险依然不容乐观。中国专利文献CN102865177A于2013年1月9日公开了“一种组合式的冲击式水轮发电机转轮的结构及制造方法”，该转轮设有勺斗部件、轮毂，轮毂为两圆盘轮毂夹持结构，勺斗部件一端夹设于两圆盘轮毂夹持结构之间，相邻勺斗部件之间相互连接。本专利技术勺斗部件采用电渣熔铸工艺、精铸工艺或锻造工艺等多种工艺方法单个制造，转轮勺斗部件毛坯方便数控加工，勺斗水利型线精确，转轮出力高。该技术方案虽然对水斗式转轮进行了改良，但是该方案勺斗夹持于轮毂处依然薄弱，未能从根本上彻底解决水斗式转轮的力学缺陷。
技术实现思路
基于以上问题，本专利技术提供一种冲击式转轮，既具有斜击式转轮整体应力水平较低、耐疲劳性好、方便制造的优势，又具有水斗式转轮水力效率高的优势，从根本上彻底解决了传统水斗式转轮的力学缺陷。为了实现专利技术目的，本专利技术采用如下技术方案：一种冲击式转轮，包括内部的轮毂、外部的外缘圆环，还设有若干沿放射状均匀排列的叶片，叶片的根部连接轮毂，端部连接外缘圆环，其特征是，所述外缘圆环为轴向并列的两个，以该两外缘圆环的对称面为基准面，叶片在基准面两侧的部分镜像对称，每一侧的最外端均单独与一个外缘圆环连接；叶片上设有两个以基准面为轴镜像对称的工作曲面，两工作曲面衔接于基准面上形成分水刃；水流的冲击方向为转轮的节圆切线方向，冲击位置为分水刃所在位置。本方案设计的冲击式转轮，采用了单轮毂、双外缘圆环，而将叶片设计为镜像对称，对称轴即为双外缘圆环的对称轴。这个设计，相当于将一个传统的冲击式转轮沿进水面完整镜像复制出另一个，然后将两个互为镜像的转轮在进水面上合并为一体，从而形成以进水面为对称面的互为对称的两个部分。以前述对称面作为基准面，两个部分上对称设置的工作曲面在基准面所在位置上衔接形成凸出的分水刃。在此基础上，需要调整水流的冲击方向至转轮的节圆切线方向，而非传统冲击式转轮的倾斜的从转轮一侧冲入；为了不妨碍水流的射入，镜像斜流式转轮得到的两个外缘环的位置要向基准面两侧移开，为射流提供通道；射流沿节圆切线方向射入转轮，冲击的位置则为基准面所在位置，基准面两侧工作面相结合形成的分水刃在径向设置为基本垂直正对射流的角度，以获取最大的冲击力。每个叶片在基准面每一侧的工作曲面均有一个凹陷，设计时使水流在经过该凹陷后离开叶片出口时绝对速度趋于0，可以最大化的利用水流动能。分水刃位于基准面内朝向水流冲击方向，对水流形成很好的分流作用。这样的设计，可以很好的利用叶片的两侧的工作曲面，当对水流冲击至叶片的对称中心线上分离形成的两个流向后，每个流向均可以对所在工作曲面形成有效的推动作用，很好的利用了水的动能。优化后的叶片，其对称结构可以得到与水斗式转轮相当的水力效率，显著提高发电效率。外缘圆环的存在可以减少一部分风损，因而转轮效率有可以比水斗式转轮进一步提高，而两个外缘圆环的存在也使得叶片与轮毂连接处应力得到减低，转轮叶片与轮毂连接延续了斜击式叶片与轮毂连接方式的优势。本案的一个叶片由相互镜向的两个斜流式叶片改进优化而来，因而可以显著增加了叶片与轮毂的连接面积，从而使困扰水斗式转轮水斗的根部应力高的问题得以彻底解决。本方案设计的转轮，水轮机轴线布置方向不受限制，不但可以横置，也可以纵置，沿水平的轴转动，如有必要还可以斜向放置，对整个机组形成不同布局提供帮助，以满足不同的地质条件等客观要求。作为优选，两工作曲面在基准线对应的位置相交，相交处形成沿基准线凸起的分水刃；水流的冲击位置为分水刃所在位置。该方案进一步限定，两工作曲面在基准线对应的位置相交，相交处形成尖锐凸起的分水刃，分水刃朝向水流冲击方向，对水流形成很好的分流作用。作为优选，将叶片投影至沿叶片的根部延伸方向所在的平面上，叶片位于基准面的其中一侧的部分沿轴向总长度不小于射流直径的3倍。这样设计的好处是有利于射流能量充分转换，并保证叶片有良好的强度。作为优选，外缘圆环之间的间距不小于射流直径的1.12倍。外缘环有利于减少转轮的风损，也有利于叶片应力的降低。两外缘圆环之间的间距不宜过大，否则转轮的整体厚度会变大，削弱其减少风损的作用；也不宜过小，避免影响射流周围空气流动对射流稳定性造成影响，以满足射流顺利通过为宜。作为优选，轮毂的轴向翼展不小于射流直径的2倍。这样设计可以提高轮毂处的受力效果，增加转轮的整体强度。具体的翼展尺寸可根据设计需求进行调整，轮毂轴向长度则与叶片相匹配。综上所述，本专利技术的有益效果是：既具有斜击式转轮整体应力水平较低、耐疲劳性好、方便制造的优势，又具有水斗式转轮水力效率高的优势，从根本上彻底解决了传统水斗式转轮的力学缺陷。附图说明图1是本专利技术的轴向视图。图2是图1的A-A剖视图。图3是传统冲击式转轮的叶片部分截面示意图。图4是本专利技术的叶片部分截面示意图。其中：1轮毂，2外缘圆环，3叶片，4工作曲面，5分水刃，6射流冲击区域，U转轮周向速度，V1射流速度，W1叶片进口相对速度；图中虚线箭头所示为水流冲击方向。具体实施方式下面结合附图与具体实施方式对本专利技术做进一步的描述。如图1所示的实施例为一种冲击式转轮，以铸焊工艺制成，包括内部的轮毂1、外部的外缘圆环2，还设有16片沿放射状均匀排列的叶片3，叶片的根部连接轮毂，端部连接外缘圆环。如图2所示，本例的外缘圆环为轴向并列的两个。以该两外缘圆环的对称面为基准面，叶片也以此基准面两侧镜像对称，每一侧的最外端均单独与一个外缘圆环连接；叶片上设有两个工作曲面4，凹陷方向为背水面，两工作曲面以基准面镜像对称；两工作曲面在基准面对应的位置相交，并在相交处形成向外侧凸起的分水刃5。水流的冲击方向为转轮的节圆切线方向，水流的冲击位置为分水刃所在位置，射流冲击区域6正对分水刃。将叶片投影至沿叶片的根部延伸方向所在的平面上，叶片位于基准面的其中一侧的部分沿轴向总长度不小于射流直径的3倍，本例为3.5倍。，两外缘圆环之间的间距不小于射流直径的1.12倍，本例为1.2倍。轮毂的轴向厚度不小于射流直径的2倍，本例为2倍。该三个参数也可根据设计需要进行修改。传统的斜击式转轮，理想的设计工况中，射流速度V1与转轮圆周速度U合成的水流相对叶片入口流速W1与叶片进口角重合，形成无冲击入口。但是通常情况下水轮机很少工作在设计工况下，大多数时候都工作在偏离设计工况的条件下。如图3所示，当水轮机本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种冲击式转轮，包括内部的轮毂（1）、外部的外缘圆环（2），还设有若干沿放射状均匀排列的叶片（3），叶片的根部连接轮毂，端部连接外缘圆环，其特征是，所述外缘圆环为轴向并列的两个，以该两外缘圆环的对称面为基准面，叶片在基准面两侧的部分镜像对称，每一侧的最外端均单独与一个外缘圆环连接；叶片上设有两个以基准面为轴镜像对称的工作曲面（4），两工作曲面衔接于基准面上形成分水刃（5）；水流的冲击方向为转轮的节圆切线方向，冲击位置为分水刃所在位置。

【技术特征摘要】
1.一种冲击式转轮，包括内部的轮毂（1）、外部的外缘圆环（2），还设有若干沿放射状均匀排列的叶片（3），叶片的根部连接轮毂，端部连接外缘圆环，其特征是，所述外缘圆环为轴向并列的两个，以该两外缘圆环的对称面为基准面，叶片在基准面两侧的部分镜像对称，每一侧的最外端均单独与一个外缘圆环连接；叶片上设有两个以基准面为轴镜像对称的工作曲面（4），两工作曲面衔接于基准面上形成分水刃（5）；水流的冲击方向为...

【专利技术属性】
技术研发人员：周庆大，
申请(专利权)人：浙江富春江水电设备有限公司，
类型：发明
国别省市：浙江,33