專利名稱：混流式渦輪機轉(zhuǎn)輪葉片的應(yīng)力釋放槽的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種水壓機，特別涉及混流式(Francis-type)水壓機的轉(zhuǎn)輪葉片的改進。
背景技術(shù)：
傳統(tǒng)的混流式轉(zhuǎn)輪包括具有同心帶或環(huán)的冠部和在冠部與環(huán)之間延伸并相接的葉片陣列。通過水穿過在葉片陣列中每對相鄰葉片所形成的多個流徑的作用，使轉(zhuǎn)輪繞冠部軸線轉(zhuǎn)動。各葉片具有分流前緣，該分流前緣界定出在沿旋轉(zhuǎn)方向引領(lǐng)的吸入表面和沿旋轉(zhuǎn)方向尾隨的后壓力表面之間的分界線。該分流前緣在葉片入口處，通常從帶部朝著冠部的方向傾斜，沿轉(zhuǎn)輪的轉(zhuǎn)動方向前進。水進入轉(zhuǎn)輪周圍、流過葉片、在葉片的出口后緣處軸向地離開轉(zhuǎn)輪。
最近，1998年2月12日公開的Billdal等人的WO98/05863披露了一種混流式水輪機的轉(zhuǎn)輪，其中的每個葉片具有入口緣和出口緣。該葉片的特征，在渦輪機旋轉(zhuǎn)方向上，在于每個葉片入口緣在帶部處的接合點定位在該葉片在冠部處的入口緣接合點朝前的地方，以及每個葉片出口緣在帶部處的接合點定位在該葉片在冠部處的出口緣接合點朝前的地方。由于葉片的入口緣和出口緣之間的扭曲形，因此這種葉片通常被叫做“X-葉片”。
由于接合部附近的疲勞和/或高應(yīng)力集中，上述混流式轉(zhuǎn)輪葉片會遭受到葉片出口后緣與冠部和帶部的接合部附近的損毀。在過去，為了減少轉(zhuǎn)輪葉片上這些接合部附近的應(yīng)力集中，葉片具有定位在葉片后緣上鄰近帶部和冠部各處的切口或凹口。但是，這種切口會不利地影響流過葉片的水流，這在某些場合是不能被接受的。
需要改進轉(zhuǎn)輪葉片而不顯著改變?nèi)~片輪廓、減少葉片出口緣至冠部和葉片出口至帶部的接合部附近的應(yīng)力集中、并且沒有有害地影響流過葉片的水流。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明涉及一種混流式水輪機的轉(zhuǎn)輪，其中每個轉(zhuǎn)輪葉片具有帶有至少一個應(yīng)力釋放槽的出口緣，所述應(yīng)力釋放槽從接近冠部和帶部中至少一個的出口緣劃過葉片。該槽具有穿過出口緣的開口，該槽從出口緣延伸進入葉片一預(yù)定距離。
按照本發(fā)明的一個實施例，提供了一種混流式水輪機的轉(zhuǎn)輪，包括帶部、冠部和多個葉片，所述葉片具有彎曲的形狀并與帶部和冠部連接。每個葉片包括入口分流緣和出口緣，所述入口分流緣在渦輪機內(nèi)面對上游，所述出口緣從渦輪機朝尾水管面對下游。出口緣在冠部和帶部之間延伸。每個葉片包括至少一個應(yīng)力釋放槽，所述應(yīng)力釋放槽從接近冠部和帶部中至少一個的出口緣開始劃過葉片。應(yīng)力釋放槽具有穿過出口緣的開口，該應(yīng)力釋放槽從出口緣延伸進入葉片一預(yù)定距離。
在一個實施例中，每個葉片具有兩個槽，冠部和帶部附近各有一個槽。
在另一個實施例中，槽終止于延伸通過葉片的圓形端部中。在另一個實施例中，槽具有恒定的寬度，并且圓形端部的直徑大于槽的恒定寬度。在另一個實施例中，圓形端部位于厚度大于槽開口附近的葉片出口緣的葉片部分上。
在另一個實施例中，每個槽包括第一部分和中間部分，所述第一部分從彎離冠部和帶部中相應(yīng)一個的開口延伸，所述中間部分是鉤形的，終止于槽的圓形端部。
本發(fā)明中使用的應(yīng)力釋放槽具有其優(yōu)點，因為該槽能有效地把負(fù)荷從帶部和/或冠部附近的葉片出口緣傳送到葉片上槽的端部。在一個實施例中，槽的終點終止于直徑大于槽寬度的圓形端部，環(huán)繞圓形端部的外周面把附近的應(yīng)力分布到葉片上。在一個實施例中，圓形端部位于比出口緣更厚的葉片部分上，該更厚的葉片部分更能夠承受傳送到此處的應(yīng)力集中的作用。


為了更好地理解本發(fā)明的本質(zhì)，可以參照附圖所示的例子，這些附圖是圖1是混流式渦輪機的正視圖和局部截面圖，該混流式渦輪機具有本發(fā)明應(yīng)力釋放槽的轉(zhuǎn)輪葉片。
圖2是葉片上冠部附近應(yīng)力釋放槽的放大透視圖。
圖3是葉片上帶部附近另一應(yīng)力釋放槽的放大透視圖。
具體實施例方式
本申請涉及一種水壓機，特別涉及混流式水壓機轉(zhuǎn)輪的改進。
參見圖1，所示的示例性的渦輪機裝置10用于水力發(fā)電，該渦輪機裝置10可從本發(fā)明中獲益。該裝置10具有水道12。水從水道12的入口14向處于較低位置的出口16流動。水道12穿過具有轉(zhuǎn)輪20和尾水管22的混流式渦輪機18。轉(zhuǎn)輪20通過螺栓24固定到軸26上，軸26把能量傳遞給發(fā)電機(未示出)。渦輪機18被安裝在固定的殼體28內(nèi)，殼體28具有頂蓋30和底部排出環(huán)32。頂蓋30、排出環(huán)32和尾水管22被嵌入混凝土地基34。應(yīng)當(dāng)理解的是，裝置10包括其它部件，例如未示出的固定導(dǎo)葉和導(dǎo)水門。
安裝在殼體28內(nèi)的轉(zhuǎn)輪20可以轉(zhuǎn)動。轉(zhuǎn)輪包括冠部36，多個在圓周方向間隔開的轉(zhuǎn)輪葉片38，以及合圍帶部40。所述多個葉片38具有彎曲的形狀，并且通常以焊接、螺栓或模制的方式在合適的位置上與帶部40和冠部36連接。每個葉片38包括分流入口緣42和出口緣44，所述分流入口緣42在渦輪機18內(nèi)面對上游，所述出口緣44從渦輪機18向尾水管16面對下游。出口緣44在冠部36和帶部40之間延伸，出口緣44通常是葉片38薄的部分。在葉片會合冠部和帶部處有一個用于減少應(yīng)力集中的彎弧。
按照本發(fā)明所示的實施例，每個葉片38包括兩個應(yīng)力釋放槽46。其中一個槽46位于冠部36附近，另一個槽46位于帶部40附近。應(yīng)當(dāng)理解的是，在替代性的實施例中，槽46可以只位于各葉片38的帶部40附近或者只位于冠部36附近。但是，這種替代性的實施例只具有本發(fā)明的一部分優(yōu)點。
參照圖2，圖2所示是葉片38的放大部分，它示出了冠部36附近的槽46。另外參照圖3，圖3所示是帶部40附近的槽46。每個應(yīng)力釋放槽46都位于轉(zhuǎn)輪葉片38上具有相對高的應(yīng)力集中的區(qū)域。眾所周知，這些高應(yīng)力集中的區(qū)域位于接近或鄰近冠部36或者帶部40的位置。槽46切入并穿過葉片38，使得槽46在葉片38的壓力面和吸入面之間延伸。槽46具有延伸橫跨出口緣44的開口48。槽46還從出口緣44延伸進入葉片38一預(yù)定距離。最好如圖2和圖3所示，槽46中的每一個包括第一部分50，該第一部分50從開口48延伸，并彎離其相應(yīng)鄰近如圖2所示的冠部36和如圖3所示的帶部40。槽46中的每一個還包括圖中所示的中間部分52，該中間部分52具有鉤的形狀。應(yīng)當(dāng)理解的是，槽46的彎曲和鉤形本質(zhì)是便于葉片38上槽46的圓形端部54的定位。在一個替代性的實施例中，槽46可以從開口48直接延伸到圓形端部54而具有微小或者沒有弧度。
在所示的實施例中，每個槽46的第一部分50和中間部分52都具有恒定的寬度。在實踐中，這個寬度可以大約是0.135英寸。圓形端部54具有圓形的形狀，其直徑大于槽46的恒定寬度。在實踐中，所示實施例的圓形端部54直徑是約0.500英寸。應(yīng)當(dāng)理解的是，也可以采用其它的合適尺寸。應(yīng)當(dāng)理解的是，圓形端部54所處的葉片38部分，其厚度大于槽46的開口48附近的葉片38的出口緣44。
槽46有效地把負(fù)荷從開口48附近的葉片出口緣44沿槽傳送到圓形端部54。圓形端部54被外周面所環(huán)繞，該外周面從葉片38的出口緣44接收負(fù)荷并且分配這些負(fù)荷。每個槽46的開口48位于葉片出口緣44上應(yīng)力集中高的位置。在葉片設(shè)計中，眾所周知，應(yīng)力集中在鄰近冠部36和帶部40兩處的出口緣44上是高的。
盡管通過各種具體實施例的方式描述了本發(fā)明，但是本領(lǐng)域技術(shù)人員將會認(rèn)識到，在本發(fā)明的精神實質(zhì)和范圍內(nèi)，可以實施經(jīng)過改進的本發(fā)明。
權(quán)利要求
1.一種混流式水輪機(18)的轉(zhuǎn)輪(20)，它包括帶部(40)，冠部(36)和多個葉片(38)，所述葉片(38)具有彎曲的形狀并與帶部(40)和冠部(36)連接，每個葉片(38)包括入口分流緣(42)和出口緣(44)，所述入口分流緣(42)在渦輪機內(nèi)面對上游，所述出口緣(44)從渦輪機向尾水管(16)面對下游，出口緣(44)在冠部(36)和帶部(40)之間延伸，每個葉片(38)包括至少一個應(yīng)力釋放槽(46)，所述應(yīng)力釋放槽(46)從接近冠部(36)和帶部(40)中至少一個的出口緣(44)劃過葉片(38)，應(yīng)力釋放槽(46)具有橫過出口緣(44)的開口(48)，該應(yīng)力釋放槽(46)從出口緣(44)延伸進入葉片(38)一預(yù)定距離。
2.如權(quán)利要求1所述的混流式水輪機的轉(zhuǎn)輪，其中，每個葉片(38)包括兩個應(yīng)力釋放槽(46)，其中一個應(yīng)力釋放槽(46)位于冠部(36)附近，另一個應(yīng)力釋放槽(46)位于帶部(40)附近。
3.如權(quán)利要求2所述的混流式水輪機的轉(zhuǎn)輪，其中，每個槽(46)終止于延伸穿過葉片(38)的圓形端部(54)。
4.如權(quán)利要求3所述的混流式水輪機的轉(zhuǎn)輪，其中，每個槽(46)都具有恒定的寬度，圓形端部(54)的直徑大于每個槽(46)的恒定寬度。
5.如權(quán)利要求3所述的混流式水輪機的轉(zhuǎn)輪，其中，圓形端部(54)所處的葉片(38)部分比開口(48)附近的葉片(38)出口緣(44)更厚。
6.如權(quán)利要求4所述的混流式水輪機的轉(zhuǎn)輪，其中，圓形端部(54)所處的葉片(38)部分比開口(48)附近的葉片(38)出口緣(44)更厚。
7.如權(quán)利要求2所述的混流式水輪機的轉(zhuǎn)輪，其中，每個槽(46)包括第一部分(50)，該第一部分(50)從開口(48)延伸，彎離冠部(36)和帶部(40)中的相應(yīng)一個。
8.如權(quán)利要求1所述的混流式水輪機的轉(zhuǎn)輪，其中，槽(46)終止于延伸穿過葉片(38)的圓形端部(54)。
9.如權(quán)利要求1所述的混流式水輪機的轉(zhuǎn)輪，其中，槽(46)包括第一部分(50)，該第一部分(50)從開口(48)延伸，彎離冠部(36)和帶部(40)中的相應(yīng)一個。
10.如權(quán)利要求1所述的混流式水輪機的轉(zhuǎn)輪，其中，槽(46)包括第一部分(50)和中間部分(52)，所述第一部分(50)從開口(48)延伸，彎離冠部(36)和帶部(40)中的相應(yīng)一個，所述中間部分(52)具有鉤的形狀，終止于槽(46)的圓形端部(54)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種混流式水輪機(18)的轉(zhuǎn)輪(20)，其中每個轉(zhuǎn)輪葉片(38)具有帶有兩個應(yīng)力釋放槽(46)的出口緣(44)，所述應(yīng)力釋放槽(46)從接近冠部(36)和帶部(40)的出口緣(44)劃過葉片(38)。每個槽(46)具有橫過出口緣(44)的開口(48)，每個槽(46)從出口緣(44)延伸進入葉片(38)一預(yù)定距離。
文檔編號F03B3/12GK1896494SQ200610079389
公開日2007年1月17日 申請日期2006年4月7日 優(yōu)先權(quán)日2005年4月7日
發(fā)明者P·胡伯爾 申請人:通用電器(加拿大)公司