将铸造导叶改成焊接导叶的设计方法、焊接导叶及导叶体的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及水栗导叶的设计和制造领域，具体涉及一种将铸造导叶改为焊接导叶的设计方法、该设计方法设计的焊接导叶和使用该焊接导叶的导叶体。
【背景技术】
[0002]导叶是水栗的转能装置，它的作用是把叶轮甩出来的液体收集起来，使液体的流速降低，把部分速度能头转变为压力能头后，再均匀地引入下一级或者经过扩散管排出。
[0003]传统的铸造导叶为了满足刚度和强度的要求，留有较多余量而使得导叶的叶片相对较厚，因此在流道内会造成一定的排挤阻碍作用。而且，传统的铸造导叶还存在如下缺点:因受铸造精度的制约，铸造导叶内部流道表面不够光滑，会产生一定的水力损失；铸造导叶的重量较重，需用较多的材料而导致成本较高；在铸造过程中容易出现如气孔、缩孔、砂眼和裂纹等缺陷，修复不合格铸件会增加大量的人力成本和材料成本；铸造过程中产生的粉尘、有害气体和噪声对环境的污染，比起其他机械制造工艺更为严重。
[0004]与铸造导叶相比，焊接导叶内部流道表面光洁度好，叶片厚度较薄，水力损失较小。而且，在相同强度下，焊接导叶重量轻很多，节省材料；焊接件密封性好，无气孔、缩孔等缺陷；生产周期短，所需设备相对简单，不需要木模制作，不需熔炼设备；刚度好、强度高，易于加工，因此日益受到广大制造商们地青睐。
[0005]目前，国内外很多厂家均开始尝试将铸造导叶改成焊接导叶，但改造中也存在一些亟待解决的问题:很多厂商改造后的焊接导叶，为便于加工而使曲面趋于平直，将外形尺寸变小，与原铸造导叶形状差异很大，等于设计了一个完全不同的新导叶模型，这种导叶在一定程度上会导致从叶轮流出的液体动能无法完全转化成压能，不能消除液体旋转分量，造成较多的能量损失，而使效率降低。
[0006]因此，有必要提供一种将铸造导叶改为焊接导叶的设计方法，以提高焊接导叶的水力性能，降低叶轮的能量损失。
【发明内容】
[0007]本发明主要解决的技术问题是提供一种将铸造导叶改为焊接导叶的设计方法，以提高焊接导叶的水力性能，降低叶轮的能量损失。
[0008]为了解决上述技术问题，本发明实施例公开了将铸造导叶改为焊接导叶的设计方法，包括步骤如下:
[0009]a、计算所述铸造导叶轴面沿流道的平均过水断面面积，并设计所述焊接导叶的过水断面面积等于所述平均过水断面面积，根据所述铸造导叶的轴面投影确定所述焊接导叶的轴面投影；
[0010]b、设计所述焊接导叶包括第一平面区域、第二平面区域和设于所述第一平面区域和所述第二平面区域之间的柱面区域，在保证所述焊接导叶的进口角、出口角和包角分别等于所述铸造导叶的进口角、出口角和包角的前提下，根据所述铸造导叶的叶形调整所述焊接导叶的叶形。
[0011]在本发明提供的将铸造导叶改为焊接导叶的设计方法一较佳实施例中，在步骤a中，沿所述流道中线方向，所述焊接导叶的过水断面的面积处处相等。
[0012]在本发明提供的将铸造导叶改为焊接导叶的设计方法一较佳实施例中，所述焊接导叶形成有内流线和外流线，在步骤b中，设计所述焊接导叶的内流线和外流线的轴面投影分别平行于轴线。
[0013]在本发明提供的将铸造导叶改为焊接导叶的设计方法一较佳实施例中，令所述焊接导叶内流线直径不小于叶轮后盖板出口直径，然后调整所述焊接导叶的外流线的直径尺寸，使得所述焊接导叶的过水断面面积等于所述铸造导叶的平均过水断面面积。
[0014]在本发明提供的将铸造导叶改为焊接导叶的设计方法一较佳实施例中，在步骤b之后，还包括步骤:
[0015]c、采用计算流体力学软件对所述焊接导叶进行流场仿真模拟得到水力性能，并判断所述水力性能是否满足设计要求，如果是，则执行步骤山如果否，则返回步骤b ;
[0016]d、对所述焊接导叶进行水力性能试验。
[0017]在本发明提供的将铸造导叶改为焊接导叶的设计方法一较佳实施例中，在步骤c中，将所述焊接导叶的水力性能模拟结果与所述铸造导叶的水力性能模拟结果进行对比判断所述焊接导叶的水力性能是否满足设计要求。
[0018]—种焊接导叶，包括第一平面区域、第二平面区域和设于所述第一平面区域和所述第二平面区域之间的柱面区域，所述焊接导叶以铸造导叶为基础进行设计，且所述焊接导叶的过水断面面积等于所述铸造导叶的平均过水断面面积，所述焊接导叶的轴面投影根据所述铸造导叶的轴面投影而确定，所述焊接导叶的进口角、出口角和包角分别等于所述铸造导叶的进口角、出口角和包角。
[0019]在本发明提供的焊接导叶一较佳实施例中，沿流道中线方向，所述焊接导叶的过水断面面积处处相等。
[0020]在本发明提供的焊接导叶一较佳实施例中，所述焊接导叶形成有内流线和外流线，所述焊接导叶的内流线和外流线的轴面投影分别平行于轴线。
[0021]—种导叶体，应用于水栗，包括固定于所述导叶体内部的焊接导叶，所述焊接导叶包括第一平面区域、第二平面区域和设于所述第一平面区域和所述第二平面区域之间的柱面区域，所述焊接导叶以铸造导叶为基础进行设计，且所述焊接导叶的过水断面面积等于所述铸造导叶的平均过水断面面积，所述焊接导叶的轴面投影根据所述铸造导叶的轴面投影而确定，所述焊接导叶的进口角、出口角和包角分别等于所述铸造导叶的进口角、出口角和包角。
[0022]本发明提供的将铸造导叶改为焊接导叶的设计方法、焊接导叶和使用所述焊接导叶的导叶体中，以所述铸造导叶为基础对所述焊接导叶的过水断面面积、轴面投影、进口角、出口角和包角进行设计，使得所述焊接导叶的水力模型相近或优于所述铸造导叶的水力模型。因此，本发明提供的将铸造导叶改为焊接导叶的设计方法具有如下有益效果:
[0023]所述焊接导叶与所述铸造导叶的叶形曲面差异较小，进出口角、包角均不变，能有效消除液体旋转分量，保证叶轮流出的液体动能较高效地转化成压能，减少能量损失，提高效率；
[0024]所述焊接导叶的叶片形状简单，加工方便，而且叶片中间部位是一段圆柱面，进出口段均为一段平面，整体叶形与原水力模型较为相似。所述焊接导叶可以是对原水力模型的优化，不需要再花费大量时间、人力和物力重新开发新的导叶模型来满足原水力性能的要求，可以便捷高效地实现将所述铸造导叶改造为所述焊接导叶；
[0025]所述焊接导叶的水力性能改善明显，尤其在大流量时，水力性能改善突出。而且，所述焊接导叶的流道轴截面面积变化均匀，径向尺寸适当减小，可以减轻重量，并节省材料。
【附图说明】
[0026]为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图，其中:
[0027]图1是本发明实施例提供的导叶体的焊接导叶的结构示意图；
[0028]图2是本发明实施例提供的将铸造导叶改为焊接导叶的设计方法的流程框图；
[0029]图3