转桨式水轮机叶片抗空蚀结构制造技术

本发明专利技术涉及一种转桨式水轮机叶片抗空蚀结构，包括：转轮室，位于转轮室中的转轮；转轮包括：由沿轴向从前至后依次连接的圆柱段、圆弧过渡段、球面段、泄水锥段构成的轮毂，多个沿轮毂圆周分布的叶片；叶片的轮毂端设有与球面段枢接的枢轴；叶片处于最大开度时叶片的轮毂端与轮毂外侧围贴合；所述的叶片轮毂端的进水边的吸力面前端设有轮毂端抗空蚀边，叶片转轮室端的进水边的吸力面设有转轮室端抗空蚀表面结构，叶片进水边的吸力面的低压处设有与叶片进水边的压力面贯通的通孔，叶片进水边的吸力面设有分布于通孔外周的低压处抗空蚀表面结构；叶片处于最大开度时，轮毂端抗空蚀边与轮毂外侧围贴合。

【技术实现步骤摘要】
转桨式水轮机叶片抗空蚀结构
本专利技术涉及转桨式水轮机领域，尤其是一种转桨式水轮机叶片抗空蚀结构。
技术介绍
中国专利申请号201820864220.2的技术涉及一种转桨式水轮机，包括水轮机叶片、旋转叶片接力器、旋转长轴、发电机大轴、水轮机大轴、操作机构和水轮机受油器，所述的发电机大轴与水轮机大轴连接，所述的旋转长轴从发电机大轴和水轮机大轴中间穿过，所述的水轮机受油器和所述的旋转叶片接力器连接。轴流式水轮机及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；由于电站尾水位普遍较低，且电站开挖深度有限等原因，水轮机经常处于空化状态下运行，空化及空蚀现象普遍存在，轴贯流水轮机广泛采用转桨式结构以增强水轮机适应水头变化的能力；转轮叶片是水轮机中的重要部件，水轮机工作时，水流绕流叶片，在叶片正背面形成压差，产生推力，推动叶片旋转，将水流的能量转换为轴的旋转机械能，由于转桨式转轮叶片与轮毂及转轮室间存在一定的间隙，在叶片正、背面压差的作用下，水流通过间隙形成高速水流，造成局部压力急剧降低，易形成间隙空化，在叶片背面局部还会形成压力最低区，压力最低区的压力一旦低于水的汽化压力，就产生空化现象；因此，设计一种叶片与轮毂及与转轮室的间隙处、叶片背面局部压力最低区不易空化的转桨式水轮机叶片抗空蚀结构，成为亟待解决的问题。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了克服目前的水轮机存在叶片与轮毂及与转轮室的间隙处、叶片背面局部压力最低区易空化的不足，提供一种叶片与轮毂及与转轮室的间隙处、叶片背面局部压力最低区不易空化的转桨式水轮机叶片抗空蚀结构。本专利技术的具体技术方案是：一种转桨式水轮机叶片抗空蚀结构，包括：转轮室，位于转轮室中的转轮；转轮包括：由沿轴向从前至后依次连接的圆柱段、圆弧过渡段、球面段、泄水锥段构成的轮毂，多个沿轮毂圆周分布的叶片；叶片的轮毂端设有与球面段枢接的枢轴；叶片处于最大开度时叶片的轮毂端与轮毂外侧围贴合；所述的叶片轮毂端的进水边的吸力面前端设有轮毂端抗空蚀边，叶片转轮室端的进水边的吸力面设有转轮室端抗空蚀表面结构，叶片进水边的吸力面的低压处设有与叶片进水边的压力面贯通的通孔，叶片进水边的吸力面设有分布于通孔外周的低压处抗空蚀表面结构；叶片处于最大开度时，轮毂端抗空蚀边与轮毂外侧围贴合。作为优选，所述的轮毂端抗空蚀边包括：依次连接的与圆柱段对应的前过渡段，与圆弧过渡段对应的主体段，与球面段对应的后过渡段；叶片处于最大开度时，前过渡段与圆柱段外侧围贴合，主体段与圆弧过渡段外侧围贴合，后过渡段与球面段外侧围贴合。作为优选，所述的轮毂端抗空蚀边外缘径向高度（b）为转轮直径（D）的0.4%至1%；轮毂端抗空蚀边与轮毂外侧围贴合时，轮毂端抗空蚀边的周向宽度（h）为叶片的轮毂端周向宽度（H）的0.15倍至0.3倍。作为优选，所述的转轮室端抗空蚀表面结构包括：若干个依次排列于叶片的转轮室端内侧的弧形凹槽组；弧形凹槽组由多个弧形凹槽排列构成；弧形凹槽的宽度为160μm至250μm；所述弧形凹槽的深度为160μm至900μm。作为优选，所述的低压处抗空蚀表面结构包括：若干个同轴依次设于通孔外侧的环形凹槽，若干个沿通孔圆周分布且与通孔和环形凹槽分别连通的径向凹槽；环形凹槽、径向凹槽的宽度均为50μm至150μm；所述弧形凹槽的深度为50μm至500μm。作为优选，所述的通孔包括：大端位于叶片的吸力面的锥台型孔，一端位于叶片的压力面且另一端与锥台型孔小端连通的直孔；直孔的长度为锥台型孔长度的三分之一至三分之二；直孔的直径与锥台型孔的小端直径相同且直孔与锥台型孔同轴设置。与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：本申请的叶片轮毂端的进水边的吸力面前端设有轮毂端抗空蚀边，改善了叶片轮毂间隙处的空化；通过在转桨式水轮机叶片轮毂侧间隙设置轮毂端抗空蚀边，有效地增加叶片轮毂间隙的长度，减小间隙区域的压力梯度，减小间隙处的漏水量，并将间隙出口漩涡送到远离叶片的下游，从而减轻甚至消除叶片轮毂间隙附近和轮毂表面的空蚀；所述的轮毂端抗空蚀边结构简单，加工制造方便、周期短，体积小，对叶片重量影响较小；所述的轮毂端抗空蚀边对水轮机的水力性能基本无影响；上述优点使得在较短的周期内且只需较小的成本即可在现有电站水轮机转轮叶片上安装该轮毂端抗空蚀边，起到减轻甚至消除叶轮轮毂侧间隙空化的目的，从而提高电站的经济效益；叶片进水边的吸力面的低压处设有与叶片进水边的压力面贯通的通孔，叶片压力面的高压水流会通过通孔补充到叶片吸力面的低压处，提高叶片吸力面的压力，使叶片吸力面的压力达不到环境汽化压力，能够阻止或者减少空化的形成；同时，通过直孔和锥台型孔有效调整叶片压力面与叶片吸力面的压差，削弱叶片压力面水流的部分过剩压力，减少或者避免叶片压力面与叶片吸力面之间压差过高而在叶片吸力面产生射流，能够阻止或者减少叶片吸力面形成空化，提高叶片的抗空化性能；叶片转轮室端的进水边的吸力面设有转轮室端抗空蚀表面结构，转轮室端抗空蚀表面结构，由若干个依次排列于叶片的转轮室端内侧的弧形凹槽组，弧形凹槽组由多个弧形凹槽排列构成；叶片进水边的吸力面设有分布于通孔外周的低压处抗空蚀表面结构，低压处抗空蚀表面结构包括：若干个同轴依次设于通孔外侧的环形凹槽，若干个沿通孔圆周分布且与通孔和环形凹槽分别连通的径向凹槽；空化是当液体内局部压力降低时，液体内部蒸汽或气体析出形成的空泡初生、发展和溃灭的过程；空泡的形成和溃灭会导致周围液体流动形成微射流，固、液界面附近的空泡溃灭时形成的微射流的高速反复冲击是造成空蚀破坏的主要原因；本申请的转轮室端抗空蚀表面结构，低压处抗空蚀表面结构，可以在液体与叶片吸力面之间形成一层密布的气泡膜，使得空化泡与叶片吸力面隔离，变固液界面为气液界面；而这层气泡膜的存在会使空化溃灭射流速度大大降低甚至使得空化溃灭形成的射流方向由无气膜时朝向叶片吸力面变成背离叶片吸力面，从而可以高效地减小和抑制叶片吸力面转轮室端表面、低压处表面的空蚀破坏；通孔与低压处抗空蚀表面结构配合，减小和抑制叶片吸力面低压处表面的空蚀效果更好。叶片处于最大开度时，轮毂端抗空蚀边的前过渡段与圆柱段外侧围贴合，主体段与圆弧过渡段外侧围贴合，后过渡段与球面段外侧围贴合，减小间隙区域的压力梯度，减小间隙处的漏水量，效果更好。轮毂端抗空蚀边的周向宽度h为叶片的轮毂端周向宽度H的0.15倍至0.3倍、外缘径向高度b为转轮直径D的0.4%至1%，既满足间隙处防空化的目的，又因体积小，对叶片重量的影响小。转轮室端抗空蚀表面结构的弧形凹槽的宽度为160μm至250μm，所述弧形凹槽的深度为160μm至900μm，使减小和抑制叶片吸力面转轮室端表面的空蚀效果更好。低压处抗空蚀表面结构包括：若干个同轴依次设于通孔外侧的环形凹槽，若干个沿通孔圆周分布且与通孔和环形凹槽分别连通的径向凹槽，使减小和抑制叶片吸力面转轮室端表面的空蚀效果更好。通孔由直孔和锥台型孔构成，能有效调整叶片压力面与叶片吸力面的压差，叶片压力面的高压水流会通过通本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种转桨式水轮机叶片抗空蚀结构，包括：转轮室，位于转轮室中的转轮；转轮包括：由沿轴向从前至后依次连接的圆柱段、圆弧过渡段、球面段、泄水锥段构成的轮毂，多个沿轮毂圆周分布的叶片；叶片的轮毂端设有与球面段枢接的枢轴；叶片处于最大开度时叶片的轮毂端与轮毂外侧围贴合；其特征是，所述的叶片轮毂端的进水边的吸力面前端设有轮毂端抗空蚀边，叶片转轮室端的进水边的吸力面设有转轮室端抗空蚀表面结构，叶片进水边的吸力面的低压处设有与叶片进水边的压力面贯通的通孔，叶片进水边的吸力面设有分布于通孔外周的低压处抗空蚀表面结构；叶片处于最大开度时，轮毂端抗空蚀边与轮毂外侧围贴合。/n

【技术特征摘要】
1.一种转桨式水轮机叶片抗空蚀结构，包括：转轮室，位于转轮室中的转轮；转轮包括：由沿轴向从前至后依次连接的圆柱段、圆弧过渡段、球面段、泄水锥段构成的轮毂，多个沿轮毂圆周分布的叶片；叶片的轮毂端设有与球面段枢接的枢轴；叶片处于最大开度时叶片的轮毂端与轮毂外侧围贴合；其特征是，所述的叶片轮毂端的进水边的吸力面前端设有轮毂端抗空蚀边，叶片转轮室端的进水边的吸力面设有转轮室端抗空蚀表面结构，叶片进水边的吸力面的低压处设有与叶片进水边的压力面贯通的通孔，叶片进水边的吸力面设有分布于通孔外周的低压处抗空蚀表面结构；叶片处于最大开度时，轮毂端抗空蚀边与轮毂外侧围贴合。


2.根据权利要求1所述的转桨式水轮机叶片抗空蚀结构，其特征是，所述的轮毂端抗空蚀边包括：依次连接的与圆柱段对应的前过渡段，与圆弧过渡段对应的主体段，与球面段对应的后过渡段；叶片处于最大开度时，前过渡段与圆柱段外侧围贴合，主体段与圆弧过渡段外侧围贴合，后过渡段与球面段外侧围贴合。


3.根据权利要求1所述的转桨式水轮机叶片抗空蚀结构，其特征是，所述的轮毂端抗空蚀边外缘径向高度（b）为转轮直径（D）的0.4...

【专利技术属性】
技术研发人员：李昀哲，马建峰，张炜，周叶，童哲铭，刘思靓，刘奇林，曹登峰，
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