专利名称：带应力缓解槽的冲击式水轮机转轮水斗的制作方法
技术领域：
本实用新型属于水力发电设备机械技术领域，是关于带应力缓解槽的冲击式水轮 机转轮水斗，适用于焊接构造的冲击式水轮机转轮水斗。
背景技术：
传统冲击式水轮机一般应用于高落差水轮发电机组使用，冲击式水轮机具有喷嘴 及转轮，转轮包括由水斗和转盘，水轮机工作过程高水头水流由引水管进入，经由喷嘴射 入至转轮水斗内，流体能量由转轮及轴变换成机械能传给发电机转子继而转换成电能，做 功后的水流由转轮流出至大气压下游。大型高水头冲击式转轮采用整体铸造制造时对铸造技术要求十分高，很难控制转 轮及水斗间薄厚等的处理，特别是水斗根部应力集中，铸造处理不好水轮机运行时将会发 生水头断斗，直接危害运行的安全。另外，如果一味追求铸造的高质量那么价格就会非常的 高。因此，高水头大型机转轮一般采取焊接技术，将水斗分别单体铸造，然后用焊接方法将 水斗等分焊接于轮盘制造成水轮机转轮。当前国家重视发展水力发电，需求会继续增大不可估量，大型水轮机组一台价值 在一亿元以上。因为冲击式水轮机所需的土木工程规模远比轴流式水轮机、混流式水轮机 要小得多，因而成为当代选型热点。由于冲式水轮机电站不需要大量下挖工程，造价优势明 显，近年来市场要求非常旺盛。水斗的远离转轮轴的一端有缺口，另外水斗正面(接受射流 的面)中央部有将射流左右分开的分水刃，分水刃尖部形状锐利。另一方面邻接水斗的后 面(背面)没有分水刃，前面锐利分水刃的分水在相邻水斗的根部突然消灭，由于形状的突 变引起应力集中且反复发生非常危险。水斗数目多、焊接在直径小的圆盘上均分密布，运行 时根部应力十分集中，如不及时让此应力缓解，很快此处产生疲劳，水斗根部生成裂纹或至 折断水斗，造成危险故障损失巨大，业界也有多起事故发生报道。
实用新型内容本实用新型的主要目的在于提高冲击式水轮机水斗根部抗应力变化能力，提出一 种带应力缓解槽的冲击式水轮机转轮水斗。本实用新型适用于焊接构造的冲击式水轮机转 轮水斗的根部。本实用新型目的通过以下方案来实现—种带应力缓解槽的冲击式水轮机转轮水斗，包括水斗叶片2和位于水斗叶片2 对称轴处的分水刃1，在所述水斗叶片2正面的分水刃1的根部设有第一应力缓解槽3，在 水斗叶片2背面的根部设有第二应力缓解槽4，所述第一应力缓解槽3与第二应力缓解槽4 的内表面为光滑的曲面。优选所述第一应力缓解槽3与第二应力缓解槽4的内表面为同一直径的圆弧面； 第一应力缓解槽3与相邻水斗的第二应力缓解槽4的内表面连接构成圆弧面。所述分水刃的根部与水轮机转轮中心的距离满足R3 < R-Rj,式中=R3为所述分水
3刃的根部与水轮机转轮中心的距离，Rj为喷嘴射流半径，R为转轮代表半径。所述根部是靠近转轮中心的一端，而水斗叶片2的缺口端为水斗叶片远离转轮中 心的有缺口的一端。水斗叶片2正面分水刃1的根部处设置第一应力缓解槽3，同时在邻接后续水斗的 背面根部2设置与第二应力缓解槽4，焊接相邻的水斗时应使第一应力缓解槽3和第二应力 缓解槽4形成光滑连接的圆弧面。本实用新型不仅可提高冲击式水轮机转轮水斗的抗应力 变动强度，还可以提高其运行稳定性。本实用新型结构简单，这个应力缓解曲面可以大大减少运行中转轮水斗的应力集 中，以保证水斗的强度，运行时水斗根部以柔克刚，即使在高水头下运行水轮机平稳且对效 率没有影响。实验室模型及真机运行结果都显示出了优良的效率特性及稳定性。
图1为冲击式水轮机转轮结构图；表示焊接后两相邻水斗应力缓解槽的效果；图2为带应力缓解槽的冲击式水轮机转轮水斗的结构图，图中，分水刃1，水斗叶片2，第一应力缓解槽3、第二应力缓解槽4。
具体实施方式
如图2所示，设计一种带应力缓解槽的冲击式水轮机转轮水斗，包括水斗叶片2和 位于水斗叶片2对称轴处的分水刃1，在水斗叶片2正面的分水刃1的根部设有第一应力缓 解槽3，在水斗叶片2背面的根部设有第二应力缓解槽4，第一应力缓解槽3与第二应力缓 解槽4的内表面为同一直径的的圆弧面；第一应力缓解槽3与相邻水斗的第二应力缓解槽 4的内表面连接构成圆弧面。第一应力缓解槽3与相邻水斗的第二应力缓解槽4的远离缺口的边重合，如图1 所示第一应力缓解槽3与相邻水斗的第二应力缓解槽4的内表面连接构成圆弧面。第一应 力缓解槽3与相邻水斗的第二应力缓解槽4的连接构成内表面时，需要打磨的十分光滑，进 行非破坏性检查后再进行焊接，焊接后要确认不留有焊接不全、变形及裂缝等缺陷。所述分水刃的根部与水轮机转轮中心的距离满足R3 < R-Rj,式中=R3为所述分水 刃的根部与水轮机转轮中心的距离，Rj为喷嘴射流半径，R为转轮代表半径。
权利要求一种带应力缓解槽的冲击式水轮机转轮水斗，包括水斗叶片(2)和位于水斗叶片(2)对称轴处的分水刃(1)，其特征在于，在所述水斗叶片(2)正面的分水刃(1)的根部设有第一应力缓解槽(3)，在水斗叶片(2)背面的根部设有第二应力缓解槽(4)，所述第一应力缓解槽(3)与第二应力缓解槽(4)的内表面为光滑的曲面。
2.根据权利要求1所述的一种带应力缓解槽的冲击式水轮机转轮水斗，其特征在于， 所述第一应力缓解槽(3)与相邻水斗的第二应力缓解槽(4)的内表面连接构成圆弧面。
3.根据权利要求2所述的一种带应力缓解槽的冲击式水轮机转轮水斗，其特征在于， 所述分水刃的根部与水轮机转轮中心的距离满足R3 < R-Rj,式中=R3为所述分水刃的根部 与水轮机转轮中心的距离，Rj为喷嘴射流半径，R为转轮代表半径。
专利摘要本实用新型公开了一种带应力缓解槽的冲击式水轮机转轮水斗，包括水斗叶片(2)和位于水斗叶片(2)对称轴处的分水刃(1)，在所述水斗叶片(2)正面的分水刃(1)的根部设有第一应力缓解槽(3)，在水斗叶片(2)背面的根部设有第二应力缓解槽(4)，所述第一应力缓解槽(3)与第二应力缓解槽(4)的内表面为光滑的曲面；第一应力缓解槽(3)与相邻水斗的第二应力缓解槽(4)的内表面连接构成圆弧面。本实用新型结构简单，这个应力缓和曲面可以大大减少运行中转轮水斗根部的应力集中，提高了抗应力变动能力保证水斗的强度，即使在高水头下运行水轮机平稳且对效率没有影响。
文档编号F03B1/02GK201763504SQ201020502009
公开日2011年3月16日 申请日期2010年8月20日 优先权日2010年8月20日
发明者久保田乔, 韩凤琴 申请人:华南理工大学