用于轴贯流转桨式水轮机的非能动式叶片防空化结构制造技术

本发明专利技术公开了一种用于轴贯流转桨式水轮机的非能动式叶片防空化结构，包括设置在转轮室内的转轮，转轮的叶片外端边缘与转轮室内壁之间具有转动间隙，在转轮叶片背面靠近外端边缘处设有若干抗紊流叶片，抗紊流叶片通过偏心设置在抗紊流叶片边缘的转动轴转动连接在叶片上，转动轴上设有盘簧，盘簧对抗紊流叶片形成与转轮转动方向一致的扭矩，抗紊流叶片具有一个待机位置和一个工作位置，当抗紊流叶片处于待机位置时，前后相邻的抗紊流叶片之间分离，当转轮转动时，抗紊流叶片转动至工作位置，在转轮转动方向上，前面的抗紊流叶片后部搭接在后面的抗紊流叶片外侧。本发明专利技术既可显著地减少转轮叶尖的空化和空蚀现象，同时不会影响水轮机的工作效率。

【技术实现步骤摘要】
用于轴贯流转桨式水轮机的非能动式叶片防空化结构
本专利技术涉及水轮发电机
，具体涉及用于轴贯流转桨式水轮机的非能动式叶片防空化结构。
技术介绍
随着人们节能环保意识的增强，作为绿色能源的水力发电正在大力发展，其中的贯流式水轮机在我国低水头大流量水力资源开发中占有重要的地位，被广泛应用到了水资源相对丰富且经济较发达的中东部地区水资源开发项目中。由于轴贯流水轮机的转轮叶片的叶尖与转轮室之间存在一定的转动间隙。在叶片正面和背面压力差的作用下，当水流通过细小的转动间隙时会形成高速水流。当高速水流通过转动间隙后气空间急剧膨胀，相应地，局部压力急剧降低，从而形成及强大的涡流并产生气泡，进而在叶片的叶尖背面形成空化。当水轮机长期运行后，叶片的叶尖背面会因长时间的空化现象导致表面的空蚀而凹凸不平，进而降低转轮的出力和效率，影响电站的经济效益。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了解决现有的轴贯流水轮机所存在的转轮叶尖容易出现空化和空蚀的问题，提供一种用于轴贯流转桨式水轮机的非能动式叶片防空化结构，既可显著地减少转轮叶尖的空化和空蚀现象，同时不会影响水轮机的工作效率。为了实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案：一种用于轴贯流转桨式水轮机的非能动式叶片防空化结构，包括可转动地设置在转轮室内的转轮，转轮的叶片外端边缘与转轮室内壁之间具有转动间隙，在转轮叶片背面靠近外端边缘处设有若干沿转轮轴向延伸的抗紊流叶片，所述抗紊流叶片通过偏心设置在抗紊流叶片边缘的竖直转动轴转动连接在叶片上，各抗紊流叶片沿叶片外端边缘均匀排列，转动轴上设有盘簧，所述盘簧对抗紊流叶片形成与转轮转动方向一致的扭矩，从而使抗紊流叶片具有一个待机位置和一个工作位置，当抗紊流叶片处于待机位置时，前后相邻的抗紊流叶片之间分离，当转轮转动时，抗紊流叶片转动至工作位置，在转轮转动方向上位于前面的抗紊流叶片后部搭接在后面的抗紊流叶片前部的外侧。当发电机组开始运行时，水流进入转轮室内冲击转轮的叶片从而带动转轮转动以发电。可以理解的是，此时叶片正面的水压极大，而叶片背面的水压相对正面的压力小很多，从而在叶片正面和背面之间具有极大的压差。在现有的轴贯流水轮机中，当水流通过叶片外端边缘与转轮室内壁之间的转动间隙向下流动时，由于其横截面迅速变小，因而水压会进一步升高，转动间隙内会形成流速快、压力高的水流；当水流通过转动间隙时，其空间瞬间扩张，而且叶片背面的水压瞬间降低，此时的水流会向着叶片背面一侧旋转形成极强的涡流，与此同时，一旦该涡流的水压下降至水流的汽化压力以下时，部分水流会汽化而形成气泡（或称空泡）。当涡流中的空泡爆裂、溃灭时，叶片背面就会遭受巨大水压力的反复冲击，从而引起材料的疲劳破损甚至表面剥蚀而形成空蚀。本专利技术创造性地在转轮叶片背面靠近外端边缘处通过竖直的转动轴设有若干可转动的抗紊流叶片，转动轴上设有对抗紊流叶片形成与转轮转动方向一致扭矩的盘簧。例如，当转轮转动方向为逆时针方向时，盘簧对抗紊流叶片形成逆时针方向的扭矩，从而使对抗紊流叶片逆时针转动，这样，在转轮转动方向上相邻的抗紊流叶片之间相互分离成类似百叶窗结构。当转轮转动时，抗紊流叶片即受到从叶片正面流至背面的水流的阻力，由于转动轴偏心设置在抗紊流叶片边缘，因此，受到水流阻力的抗紊流叶片会自动产生转动，此时的抗紊流叶片方向基本与转轮的转动方向一致，从而使前面的抗紊流叶片搭接在后面的抗紊流叶片外侧。这样，从转动间隙向下流动的高速高压水流会受到抗紊流叶片的遮挡和引导，一方面避免水流在经过转动间隙后的瞬间泄压，另一方面，抗紊流叶片引导水流形成的涡流远离叶片背面，从而极大地降低对叶片背面的空蚀作用，确保水轮机的工作效率。可以理解的是，前后相互搭接的抗紊流叶片之间会有缝隙存在，因此，当水流经过转动间隙时，会有部分的水流在压差的作用下通过缝隙进入到叶片端部背面的区域，而该部分水流并不会形成涡流，并且其压力会介于正面的高压和背面的低压之间，从而有利于显著地减少空泡的产生，降低对叶片背面的空蚀作用。作为优选，在转轮叶片靠近外端内部设有球形转动腔，在转轮叶片背面设有圆形的连接过孔和长方形的安装孔，所述连接过孔贯通叶片正面，安装孔宽度上的一组对边与转动腔相切，并且转动腔的球心位于安装孔的中心线上，在转动腔内设有圆形的转动环，所述转动环的圆周面为与转动腔适配的球面，所述转动轴的上端穿过连接过孔后与转动环的内孔螺纹连接，转动轴的下端与抗紊流叶片上边缘相连接，所述转动环的厚度不大于安装孔的宽度，所述盘簧设置在叶片正面的连接过孔内，转动轴伸出转动环的上端卡接在盘簧内，盘簧的外端卡接在连接过孔内。由于转动环的圆周面为与转动腔适配的球面，因此，连接在转动环上的转动轴能够以转动腔的球心为中心做360度的摆动，确保叶片转动时所有的抗紊流叶片能转动至同一方向并相互搭接在一起，避免因制造、安装误差造成的抗紊流叶片转动角度不一致。由于安装孔宽度上的一组对边与转动腔相切，转动环的厚度不大于安装孔的宽度，因此，需要组装时，我们可先使转动环的轴线与连接过孔的轴向大致垂直，将转动环的厚度方便地放进安装孔内，直至转动环的圆周面贴靠转动腔，此时将转动环转动90度，使转动环的轴线与连接过孔的轴向大致重合，即可方便地将转动轴螺纹连接到转动环的内孔中，直至转动轴的上端伸出转动环。特别地，本专利技术使转动轴伸出转动环的上端卡接在盘簧内，盘簧的外端卡接在连接过孔内。这样，一方面盘簧可使转动轴在周向上弹性定位，确保相邻的抗紊流叶片之间可靠地搭接在一起，另一方面，盘簧对转动轴的上端形成弹性支撑，使转动轴可弹性定位在竖直状态。我们知道，当水轮机发电时水头的高度、水量以及负载等发生变化时，作为转桨式的水轮机，其叶片自身的角度会产生变化，以便使水轮机的输出功率与负载相匹配，并且使水轮的转速保持稳定。当负载下降时，叶片转动从而使正面的承压面变小；水流作用在叶片上的能量相应地变小；当负载增大时，叶片转动从而使正面的承压面变大；水流作用在叶片上的能量相应地变大。可以理解的是，当叶片自身有微量的转动时，由于转动轴是弹性定位在叶片端部的，因此，当叶片转动、抗紊流叶片受到水流的阻力时，转动轴可自动摆动一个角度，从而使转动轴始终弹性定位在竖直状态。作为优选，所述转动轴的上端面以及叶片正面的连接过孔内侧壁分别设有沿轴向向下延伸的径向卡槽，所述盘簧的内端向中心弯折形成卡接在转动轴的径向卡槽内的内卡接端，所述盘簧的外端向外径向弯折形成卡接在连接过孔的径向卡槽内的外卡接端。由于转动轴的上端面以及叶片正面的连接过孔内侧壁分别设有沿轴向向下延伸的径向卡槽，因此，当转动轴的上端伸出转动环时，我们可将盘簧放进连接过孔上端，并使盘簧内端的内卡接端卡接在转动轴的径向卡槽内，使盘簧外端的外卡接端卡接在连接过孔的径向卡槽内，即可方便地使转动轴和连接过孔之间形成弹性定位，从而方便加工和组装。作为优选，所述转轮叶片背面外端边缘设有向下延伸的围边。可以理解的是，在抗紊流叶片上边缘与叶片背面之间会有一定的间隙存在。本专利技术转轮叶片背面边缘设有向下延伸的围边，这样，经过本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于轴贯流转桨式水轮机的非能动式叶片防空化结构，包括可转动地设置在转轮室内的转轮，转轮的叶片外端边缘与转轮室内壁之间具有转动间隙，其特征是，在转轮叶片背面靠近外端边缘处设有若干沿转轮轴向延伸的抗紊流叶片，所述抗紊流叶片通过偏心设置在抗紊流叶片边缘的竖直转动轴转动连接在叶片上，各抗紊流叶片沿叶片外端边缘均匀排列，转动轴上设有盘簧，所述盘簧对抗紊流叶片形成与转轮转动方向一致的扭矩，从而使抗紊流叶片具有一个待机位置和一个工作位置，当抗紊流叶片处于待机位置时，前后相邻的抗紊流叶片之间分离，当转轮转动时，抗紊流叶片转动至工作位置，在转轮转动方向上位于前面的抗紊流叶片后部搭接在后面的抗紊流叶片前部的外侧。/n

【技术特征摘要】
1.一种用于轴贯流转桨式水轮机的非能动式叶片防空化结构，包括可转动地设置在转轮室内的转轮，转轮的叶片外端边缘与转轮室内壁之间具有转动间隙，其特征是，在转轮叶片背面靠近外端边缘处设有若干沿转轮轴向延伸的抗紊流叶片，所述抗紊流叶片通过偏心设置在抗紊流叶片边缘的竖直转动轴转动连接在叶片上，各抗紊流叶片沿叶片外端边缘均匀排列，转动轴上设有盘簧，所述盘簧对抗紊流叶片形成与转轮转动方向一致的扭矩，从而使抗紊流叶片具有一个待机位置和一个工作位置，当抗紊流叶片处于待机位置时，前后相邻的抗紊流叶片之间分离，当转轮转动时，抗紊流叶片转动至工作位置，在转轮转动方向上位于前面的抗紊流叶片后部搭接在后面的抗紊流叶片前部的外侧。


2.根据权利要求1所述的用于轴贯流转桨式水轮机的非能动式叶片防空化结构，其特征是，在转轮叶片靠近外端内部设有球形转动腔，在转轮叶片背面设有圆形的连接过孔和长方形的安装孔，所述连接过孔贯通叶片正面，安装孔宽度上的一组对边与转动腔相切，并且转动腔的球心位于安装孔的中心线上，在转动腔内设有圆形的转动环，所述转动环的圆周面为与转动腔适配的球面，所述转动轴的上端穿过连接过孔后与转动环的内孔螺纹连接，转动轴的下端与抗紊流叶片上边缘相连接，所述转动环的厚度不大于安装孔的宽度，所述盘簧设置在叶片正面的...

【专利技术属性】
技术研发人员：马建峰，童哲铭，刘思靓，周叶，童水光，李昀哲，刘胜柱，
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