专利名称：用于流体机械,尤其是水力涡轮机的转轮的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于不可压缩或可压缩介质的流体机械，尤其是一种水轮机、抽水涡轮机或水泵，这种流体机械包括转轮、包绕导向叶轮的壳体，在壳体上还设有进、排水口。另外，还包括一个导向装置，它具有大量设置在一个通道内的叶片并安装在转轮或另一部导向叶轮的前方或后面。这些例如可参见美国专利US-A-4 496 282。
今天对此类机械所提出的最重要的要求便是，使它在更广泛的领域内尽可能有更高的效率。在这一过程中，人们从各种可以改进的角度进行了不同的尝试，已经把现代新型的用于不可压缩介质的流体机械的损耗率降低到5％以下，与此同时，不同型号机器的效率也提高了10％。
德国专利文献DE 197 41 992 A1记录并描述了一种水轮机。该水轮机安装有一套能优化机器在不同工作状态下速度断面的装置，进而对尾水管的水流状态产生影响，达到更好地适应不同工作条件的目的。
本发明的目的在于提供一些措施，以便更加能够使一台机器最充分地利用宽的水头和/或流量范围，从而最大限度地发挥该机在不同工作条件下的工作效率。
本发明的目的通过权利要求1所含特征来实现。
本发明人开辟了一条全新的道路，即把转轮分为两个乃至多个分轮。每一个叶片被一条或者多条自转轮底部到转轮缘的分界缝分开，这些分界缝基本上横向于流动方向。如果分界缝位于动叶片前缘，则它平行于前缘延伸，若分界缝位于叶片后缘，则它也基本上平行于后缘延伸。
在专利申请DE 42 23 965 Al中，虽然记载了一种流体机械转轮，该转轮装有大量叶片，每一叶片被一道分界缝一分为二。但是，该专利申请涉及的不是水轮机，而是一部涡轮机，其介质为气体而非液体。因此，本发明与该项对比文件在选题和其侧重的目的方面存在着根本的区别。一台混流式水轮机的叶片，其构造和外型也完全不同于那篇专利申请记述的转轮。那篇专利申请中提到的转轮主体部分呈圆盘状，叶片无空间弯曲。
叶片可以分为多个分叶片，比如由两条分界缝分为三个分叶片。各个分叶片可一样大或不一样大。这样，可以视情况划定分界缝，把叶片分为面积较小的前叶和较大的主叶两部分。
本发明的一个必要技术特征是，不仅转轮叶片可分为多个分叶片，而且转轮底部和转轮缘均可以划分为小的部分。我们知道，通常情况下，转轮底部和转轮缘主要是分别构成一个环。划分它们的结果是形成不同的分环，各分环分别与各个分叶片固定。这样就形成一个包括分叶片，一环状部分转轮底部以及一环状部分转轮缘在内的单元，实际上就是一个独立的分转轮。
这些单元可相对扭转。比方说，前轮和主轮部分可相对偏移一定距离，从而可有针对性地影响水轮机的运行性能。
在本发明范围内可以有许多实施形式和变型。
譬如，可以更换分叶轮。在其发生磨损后，可以将其拆下，安装上新的分叶轮。尤其是可以考虑对最先受水流冲击的分叶轮进行更换。
当然，更换部件并不只是为了应付出现磨损时的局面，对于适应不同的运行参数也是非常有意义的。众所周知，流量和水头随季节变化而大幅度波动，因此就必须对分轮的更换做出新的设计。
单个的分轮可以由不同材料构成。例如，最先受水流冲击的分轮，可以用一种特别抗冲击的材料制成。
具体应用中，可以不用更换掉整个分轮，而仅只更换其叶片或者分叶片，例如是被水流冲击的部分。
各分轮的叶片数各不相同。沿径向处于外侧且最先被水流冲击的外侧分轮，可以装上大量叶片，比如21片。中等大小分轮的叶片数次之，比如14片，而沿径向位于内侧的分轮的叶片数又次之，比如仅7片。
两个分轮之间的分界缝走向一般与水流方向垂直，并且从转轮底部板向转轮缘延伸。
下面借助附图对本发明予以详细说明，附图中
图1为混流式水轮机的子午截面图；图2为混流式水轮机转轮简略的子午截面图；图3a，3b，3c和3d分别为极简略示出的一叶轮的两叶片及轮缘在不同工作状态时的展开示在图3a中，前、后转轮均呈关闭状态；在图3b中，前转轮开启，后转轮关闭；在图3c中，前转轮关闭，后转轮开启；在图3d中，前、后转轮均呈开启状态；图4为图1所示水轮机的局部，亦即分界缝区的放大示图；图5a和5b是混流式水轮机一转轮各种变型的子午截面简图；图6是带有两个分轮的混流式水轮机的子午截面简图；图7是图6所示水轮机的轴向截面图；图8是一个划分成大小分叶的叶片的断面图，其中有一个可膨胀分叶；图9是具有三个分轮的混流式水轮机的轴向截面图，各分轮叶片数按从外到内空间顺序逐次递减。
图1所示混流式水轮机主要包括转轮1，壳体2，导向装置3和一根轴4。
转轮包括一轮盖1.1，一轮缘1.2以及许多叶片1.3。在所谓的涡轮盖2.1和轮盖1.1之间存在一个轮侧空间5，同时在轮缘1.2和机壳2之间也有一个轮侧空间6。
图1.4显示的一条分界缝，与机械的进水边缘和出水边缘近似平行。当然，分界缝的延伸方向原则上也可以与之偏离。
分界缝1.4把各叶片1.3分成了前叶1.3.1和主叶1.3.2。并且，该分界缝把1.1.1和1.1.2所示的环状部分与转轮底部1.1和转轮缘1.2分割开。这样，前叶1.3.1和环状部分转轮底部1.1.1及环状部分转轮缘1.2.1就组成了一个单元。
而主叶1.3.2和转轮底部与转轮缘剩下的主体部分也构成一个相应的单元。
这两个单元可相对扭转，亦即围绕机械轴线4.1相对扭转。
图2所示一混流式水轮机的转轮也包括上述部件，即转轮底部1.1、转轮缘1.2以及叶片1.3。正如我们所看到的，这些叶片被两道分界缝1.4.1和1.4.2分割为三部分，即分叶片1.3.1，1.3.2和1.3.3。
从图3所示各分叶的放大俯视图中可看出，各分叶片可围绕机械轴线4.1相对偏转。在关闭状态，各个分叶紧紧靠在一起形成一个单元，无异于一部传统意义上的转轮。
我们可以有如下发现当前轮如图3a所示处于关闭状态时，其主叶和前叶部分无间隙地合拢。而后轮亦如是。图3b中，前轮处于开启状态，而后轮关闭。图3c中前轮关闭，后轮开启。图3d中则前后轮均处于开启状态。
如我们所知，可以有针对性地调节间隙。处于关闭状态时，各个部件俨然构成一个整体。如果在关闭状态遇到不利水流中击，可以通过打开来改善流动状况。而进水前缘和出水后缘处的流动状况则很大程度上依赖于分界缝1.4的宽度来调节。
前面已经提到，本发明的目的是，使转轮能适应不同的工作条件。“不同的工作条件”在这里是指水头和流量的变化。这种变化主要是由季节因素引起的。冬季水位常常低于夏季。通过调节组成主叶的各个分叶之间的相对位置，可使水轮机较容易适应上述工作条件的变化。参见附图3。
正如我们所见，分界缝1.4很宽。也就是说，它占据着从前叶1.3.1到主叶1.3.2之间的大段距离，从而导致主叶1.3.2同时又构成一个进水前缘。这样，进水前缘的水流状态可以视需要通过设置分界缝的宽度来控制。
从图4对图1中各部件的放大示出，我们可以看到与环状部分转轮底部1.1.1固定在一起的前叶1.3.1。还可以看到与同样为环状的转轮底部主要部分1.1.2固定在一起的主叶1.3.2。转轮底部的两个环状部分1.1.1和1.1.2借助一轴承7轴向和径向支承，并且沿图中未示出的机械轴线4.1可相对扭转。作为轴承通常考虑使用滑动轴承。当然，其他形式的轴承也可以使用。
图5a和5b与图2类似。但与图2不同的是，图5a中的转轮配有前轮，该前轮的横切面1.4.1只通过转轮底部和一部分叶片，图5a中的转轮缘未被分割。图5b中的转轮配有后轮，该后轮的横切面1.4.2只通过转轮缘和部分叶片，因此转轮底部1.1未被分割开，通过叶片1.3.2与已经分为两部分的转轮缘1.2的一部分相联结。也可以将划分前轮、转轮和后轮及不同接合面作另一种组合，这是可行并有意义的。
图6和7还显示了另外一些有趣的可能性。图中所示的单个叶片由一片主叶1.3.1和一片副片1.3.2组成。主、副两个叶片被一条分界缝1.4接合在一起。主叶1.3.1与一环状部分叶轮底部和一环状部分轮缘固定在一起。而副叶也与叶轮底部和轮缘的环段固定。
图中显示的副叶1.3.2处在脱离主叶1.3.1后的状态。它的开进位置在图中用虚线示出。
图8所示叶片1.3又分为1.3.1，1.3.2和1.3.3三个分叶，两条分界缝1.4.1和1.4.2把它们彼此分开。用横切图描绘的分叶1.3.1是中空的。该中空内腔有一压力连接管，叶片由此可膨胀。其膨胀后的形态在图中用点划线示出。
如图9所示，各分叶的叶片数沿径向由外而内逐步递减。这样，位置居中的分叶1.3.2的叶片数少于靠外则的分叶1.3.1，内侧分叶1.3.3的叶片数又少于中间的分叶1.3.2。
权利要求
1．一种用于混流式水轮机的转轮，其具有1.1大量叶片(1.3)，这些叶片分别成对地相互形成一个流动通道，1.2一个转轮底部(1.1)，1.3一个转轮缘(1.2)，其特征在于1.4叶片沿一条或多条分界缝(1.4)被分成至少两扇分叶片(1.3.1，1.3.2)，1.5转轮底部(1.1)和转轮缘(1.2)同样按不同分叶片(1.3.1，1.3.2)相应地分成多个环段(1.1.1，1.1.2)，从而产生一组分轮，1.6各分轮之间可以相对调节位置。
2．一种用于混流式水轮机的转轮，其具有2.1大量叶片(1.3)，这些叶片分别成对地相互形成一个流动通道，2.2一个转轮底部(1.1)，2.3一个转轮缘(1.2)，其特征在于2.4叶片沿一条或多条分界缝(1.4)被分成至少两扇分叶片(1.3.1，1.3.2)，2.5每一条分界缝(1.4)自转轮底部(1.1)向转轮缘(1.2)延伸，2.6转轮底部(1.1)和转轮缘(1.2)同样按不同分叶片(1.3.1，1.3.2)相应地分成多个环段(1.1.1，1.1.2)，从而产生一组分轮，2.7各分轮之间可以相对调节位置。
3．根据权利要求1或2所述的转轮，其特征在于，各分轮可相对扭转。
4．根据权利要求1至3中任一项所述的转轮，其特征在于，各分轮可平行于转动轴线(4.1)相对移动。
5．根据权利要求1至4中任一项所述的转轮，其特征在于，叶片的一部分可以更换(可更换叶片)。
6．根据权利要求5所述的转轮，其特征在于，转轮内一个或同一位置上安装的可更换部件根据不同运转参数而设计不一和/或用不同的材料制成。
7．根据权利要求1至6中任一项所述的转轮，其特征在于，各分轮具有不同数量的叶片。
8．根据权利要求7所述的转轮，其特征在于，叶片从转轮到转轮，从外向内依次递减。
9．根据权利要求1至8中任一项所述的转轮，其特征在于，分界缝1.4基本上横向于流动方向延伸。
10．根据权利要求1至7中任一项所述的转轮，其特征在于，分界缝1.4基本上沿水流流向延伸。
11．一种用于混流式水轮机的转轮，其具有11.1大量叶片(1.3)，这些叶片分别成对地相互形成一个流动通道，11.2一个转轮底部(1.1)，11.3一个转轮缘(1.1)，其特征在于11.4叶片沿一条或多条分界缝(1.4)被分成至少两扇分叶片(1.3.1，1.3.2)，11.5转轮底部(1.1)和转轮缘(1.2)同样按不同分叶片(1.3.1，1.3.2)相应地分成多个环段(1.1.1，1.1.2)，从而产生一组分轮，11.6各分轮之间可以相对调节位置，11.7叶片被分为主叶片(1.3.1)和副叶片(1.3.2)两部分。
12．根据权利要求11所述的转轮，其特征在于，主叶片和副叶片可以相对扭转。
13．一种用于混流式水轮机的转轮，其具有13.1大量叶片(1.3)，这些叶片分别成对地相互形成一个流动通道，13.2一个转轮底部(1.1)，13.3一个转轮缘(1.2)，其特征在于13.4叶片沿一条或多条分界缝(1.4)被分成至少两扇分叶片(1.3.1，1.3.2)，13.5转轮底部(1.1)和转轮缘(1.2)同样按不同分叶片(1.3.1，1.3.2)相应地分成多个环段(1.1.1，1.1.2)，从而产生一组分轮，13.6各分轮之间可相对调节位置，13.1至少有个别叶片可膨胀，能改变其轮廓。
全文摘要
本发明涉及一种用于混流式水轮机的转轮,其具有大量叶片(1.3),这些叶片分别成对地相互形成一个流动通道;一个转轮底部(1.1);一个转轮缘(1.2)。其特点在于,叶片沿一条或多条分界缝(1.4)被分成至少两扇分叶片(1.3.1,1.3.2),转轮底部(1.1)和转轮缘(1.2)同样按不同分叶片(1.3.1,1.3.2)相应地分成多个环段(1.1.1,1.1.2),从而产生一组分轮,各分轮之间可以相对调节位置。
文档编号F03B3/00GK1295650SQ99802563
公开日2001年5月16日 申请日期1999年1月19日 优先权日1998年1月29日
发明者冈特·雅各比, 乔根－彼得·阿尔布雷克特, 弗兰克·西蒙 申请人:沃依特·海德罗公司