专利名称：混流式水轮机转轮的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种混流式水轮机转轮，属水力发电设备技术领域。
背景技术：
水力发电是指水流通过水轮机，把自身的势能和动能转化为旋转机械能，带动发电机旋转，从而将水能转化成电能。其中水轮机的转轮是能量转换的主要部件，混流式转轮是目前应用最广泛的水轮机转轮。如下图所示，水流径向流入转轮叶片，推动转轮做功，并改变流动方向，沿轴向流出，故称为混流式转轮叶片。适用水头从50～700米，出力从几万千瓦到几百万千瓦，三峡水轮机组的单台出力超过了700万千瓦。
传统混流式转轮叶片的结构如图1所示，图1中，1是上冠，2是叶片，3是下环，4是叶片上冠边，5是叶片出水边，6是叶片进水边，7是叶片下环边，α是叶片倾角。该传统混流式转轮的特点是1、转轮叶片倾角为α正，转轮叶片的倾角α是这样定义的以进水边与转轮上冠的交点作转轴的平行线，则叶片进水边与该平行线所形成的夹角为转轮叶片倾角，偏向平行线右边为正。
2、传统转轮在整个叶片区域的叶片形状为内凹形状。
3、传统转轮叶片的出水边5在子午面上。
由于上述结构方面的原因，传统转轮存在以下问题在转轮叶片的工作面存在横流；转轮上冠1上存在局部旋涡；叶片与下环顶部联接处存在应力集中。因此在电站运行中，传统转轮的叶片经常出现裂纹，甚至断裂，造成了各种稳定性问题。随着水头和出力的不断提高，稳定性方面的问题不断出现。
发明内容
本实用新型的目的是设计一种混流式水轮机转轮，改变已有水轮机转轮的结构，以消除转轮叶片工作面的横流和上冠的局部旋涡，改善转轮叶片根部的应力集中，提高水轮机的运行稳定性。
本实用新型设计的混流式水轮机转轮，包括上冠、叶片和下环，叶片的近上冠部分向外凸鼓，转轮叶片倾角为负，倾角的定义为以进水边与转轮上冠的交点作转轴的平行线，叶片进水边与该平行线所形成的夹角。
上述水轮机转轮的叶片倾角可以在0度到-10度之间。
本实用新型设计的混流式水轮机转轮，其结构特点为上冠形状为S型，叶片进口具有“负倾角”，同时靠近上冠处翼形为负曲率。为适应能量转换和出口条件的要求，叶片出水边不在轴面上，而是一空间曲线。S型叶片的以上特点，使其表现出良好的水力性能和结构性能，其优点体现在以下几方面1、叶片间流道内的流动趋于顺畅，消除了传统叶片正面常见的“横流”现象，有利于提高水轮机非设计工况的运行效率。
2、)转轮内的流动更加均匀，负荷分布趋于均匀，减轻了叶片近下环处的负荷集中，有利于提高转轮的过流量和改善转轮的空化性能。
3、由于叶片出水边半径较小，在部分负荷时产生了稳定作用，使水流的压力脉动更为平缓。
4、由于叶片上的受力更加均匀以及叶片上冠的特殊形状，使得这种叶片的受力趋于合理，减少了叶片根部的应力集中，使转轮具有较好的受力特性。
综上所述，与传统水轮机转轮相比，本实用新型设计的水轮机转轮中的叶片具有高效率、高水力性能等许多优点。随着国民经济发展的需要，在中小型水电站的建设及其对老式电站的改造中，应用此种采用S型叶片转轮的混流式水轮机将成为必然的趋势。
图1是传统混流式转轮的结构示意图。
图2是传统混流式转轮上冠的示意图。
图3是图1的仰视图。
图4是传统混流式转轮叶片的结构示意图。
图5是本实用新型设计的混流式水轮机转轮的结构示意图。
图6是转轮上冠的示意图。
图7是图5的仰视图。
图8是本实用新型设计的转轮叶片的结构示意图。
图1～图8中，1是上冠，2是叶片，3是下环顶部，4是叶片上冠边，5是叶片出水边，6是叶片进水边，7是叶片下环边，α是叶片倾角。
具体实施方式
本实用新型设计的混流式水轮机转轮，其结构如图5所示，其仰视图如图7所示，包括上冠1、叶片2和下环3，叶片2的近上冠部分向外凸鼓。
转轮叶片的结构如图8所示，图8中，4是叶片上冠边，5是叶片出水边，6是叶片进水边，7是叶片下环边，α是叶片倾角。转轮叶片倾角α为负，倾角的定义为以进水边6与转轮上冠的交点作转轴的平行线，叶片进水边6与该平行线所形成的夹角。
上述水轮机转轮的叶片倾角α可以在0度到-10度之间。
本实用新型的混流式转轮叶片，其主要设计思想是充分利用流道空间，使叶片表面的压力分布尽量均衡。如果将转轮叶片上的压力分布看做一个空间问题，那么，均衡化不只体现在从转轮叶片进口到出口这一方向上，还应同时体现在从上冠到下环的方向上。本实用新型的S型转轮正是体现了这种全面均衡化的想法。
由图6可以看出，S型转轮叶片的近上冠部分向外凸鼓，形成一个S型，正是这种看似扭曲的S型形状，消除了叶片正面的横流，从而使叶片上的压力分布更加均匀。
当α角位于平行线左边时，叶片倾角为负，反之为正。对同样叶片型线而倾角不同的转轮的试验结果表明，倾角可对能量转换的分配、叶片力学结构的调整、叶片上最低压力的调整等都具有重要的作用。S型转轮叶片倾角为负，角度大小在0度到-10度之间。
如图8所示，S型叶片出水边5为一空间曲线，可以根据设计要求对出水边进行相应调整，使叶片上压力均布，出口流态更合理。
S型叶片形状由传统叶片的二维特征变成扭曲的三维叶片形状。叶片在与下环接近的位置保持了传统转轮叶片的形状，而上冠到中间型线部分的翼型由传统的正曲率形状变成了负曲率叶片，它的工作面更象传统叶片的背面，而背面则象传统转轮叶片的工作面。叶片面积增大，厚度减薄。
权利要求1.一种混流式水轮机转轮，其特征在于该转轮包括上冠、叶片和下环，叶片的近上冠部分向外凸鼓，转轮叶片倾角为负。
2.如权利要求1所述的水轮机转轮，其特征在于其中所述的转轮叶片倾角在0度到-10度之间。
专利摘要本实用新型涉及一种混流式水轮机转轮，属水力发电设备技术领域。本水轮机转轮包括上冠、叶片和下环，叶片的近上冠部分向外凸鼓，转轮叶片倾角为负，倾角的定义为以进水边与转轮上冠的交点作转轴的平行线，叶片进水边与该平行线所形成的夹角。本实用新型设计的水轮机转轮，叶片间流道内的流动趋于顺畅，有利于提高水轮机非设计工况的运行效率。转轮内的水流流动更加均匀，负荷分布趋于均匀，减轻了叶片近下环处的负荷集中，有利于提高转轮的过流量和改善转轮的空化性能。叶片出水边半径较小，在部分负荷时产生了稳定作用，使水流的压力脉动更为平缓。叶片受力趋于合理，减少了叶片根部的应力集中，使转轮具有较好的受力特性。
文档编号F03B3/12GK2665392SQ0320640
公开日2004年12月22日 申请日期2003年7月25日 优先权日2003年7月25日
发明者张梁 申请人:北京红树冠杰科技有限公司