專利名稱：一種切擊式水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明使用水利水電機(jī)械設(shè)計(jì)制造領(lǐng)域，尤其屬于沖擊式水輪機(jī)設(shè)計(jì)制造領(lǐng)域，特別涉及沖擊式水輪機(jī)中切擊式水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪的設(shè)計(jì)制造。
背景技術(shù)：
沖擊式水輪機(jī)中切擊式水輪機(jī)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、適用水頭高、安裝高程不受空蝕條件限制、對(duì)流量變化不敏感等優(yōu)點(diǎn)，在河川上游、山區(qū)等水頭高、流量小的水力資源開發(fā)中得到了廣泛的應(yīng)用，其單機(jī)出力、使用水頭在不斷地增大。近幾年，新的切擊式水輪機(jī)的效率和出力不斷提高，應(yīng)用的水頭也大大增加，水斗根部的工作應(yīng)力明顯增加，使其安全系數(shù)降低。與反擊式水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪相比，沖擊式水輪機(jī)的 水斗是在變負(fù)荷下工作的，水斗每受到一次射流的沖擊都相當(dāng)于經(jīng)受了一次應(yīng)力循環(huán)，其水斗根部在各工況運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)受到一種非對(duì)稱的交變脈動(dòng)應(yīng)力作用。另外水斗根部形狀復(fù)雜、空間狹小，厚度變化大，容易產(chǎn)生應(yīng)力集中和材料缺陷，且缺陷不易徹底清除，使得切擊式水輪機(jī)的疲勞破壞主要發(fā)生在轉(zhuǎn)輪水斗的根部，并迅速向內(nèi)部擴(kuò)展，造成重大破壞事故。近年來(lái)已有學(xué)者進(jìn)行了沖擊式水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪整體鍛造后數(shù)控加工，保證水斗的型線和尺寸公差，保證其水力性能，防止斷斗現(xiàn)象，延長(zhǎng)轉(zhuǎn)輪的使用壽命；采用CFD法對(duì)多噴嘴沖擊式水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪進(jìn)行流場(chǎng)分析和射流干涉研究；采用Ansys軟件對(duì)水斗應(yīng)力和振形研究，獲得了水斗的應(yīng)力分布以及最高應(yīng)力值點(diǎn)在刃口處的結(jié)論。對(duì)切擊式水輪機(jī)而言，轉(zhuǎn)輪的主要破壞是空蝕和疲勞裂紋引起的。空蝕引起振動(dòng)和噪聲，迫使機(jī)組頻繁大修，大大降低了轉(zhuǎn)輪的效率和出力；疲勞裂紋往往出現(xiàn)在轉(zhuǎn)輪斗葉根部，為彌補(bǔ)斗葉根部強(qiáng)度不足，新的設(shè)計(jì)技術(shù)、材料和工藝不斷應(yīng)用于沖擊式轉(zhuǎn)輪的設(shè)計(jì)和制造，如何在保障轉(zhuǎn)輪性能指標(biāo)的前提下，結(jié)合轉(zhuǎn)輪斗葉根部的強(qiáng)度要求，準(zhǔn)確預(yù)測(cè)轉(zhuǎn)輪應(yīng)力分布，有針對(duì)性地優(yōu)化轉(zhuǎn)輪斗葉根部型線和結(jié)構(gòu)，建立準(zhǔn)確的轉(zhuǎn)輪三維模型，使水斗完全達(dá)到數(shù)控加工的目的，已經(jīng)成為當(dāng)前切擊式水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪的設(shè)計(jì)、制造急需解決的問(wèn)題。通常的切擊式水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪斗葉的結(jié)構(gòu)參數(shù)為斗葉的徑向長(zhǎng)度L= (2. 4-2. 9) Cltl，斗葉的寬度B= (2. 6-3. I) dQ，深度T= (O. 9-1. I) dQ，dQ為射流直徑。1957年捷克斯洛伐克ARTIAPrague出版社出版的MIROSLAV NECHLEBA博士的《水輪機(jī)設(shè)計(jì)及設(shè)備》等文獻(xiàn)研究了水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪結(jié)構(gòu)參數(shù)的關(guān)系，水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪各結(jié)構(gòu)參數(shù)是與射流直徑相關(guān)的。在切擊式水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪設(shè)計(jì)中，基于強(qiáng)度分析的結(jié)果，進(jìn)一步優(yōu)化轉(zhuǎn)輪斗葉根部水力型線，改善部分射流射到斗葉根部的流態(tài)，解決噴嘴數(shù)、射流、轉(zhuǎn)輪內(nèi)部流動(dòng)之間的流動(dòng)干涉問(wèn)題，完成轉(zhuǎn)輪斗葉型線的優(yōu)化設(shè)計(jì)，保證沖擊式水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪的強(qiáng)度和水力性能，使得設(shè)計(jì)的機(jī)組運(yùn)行更加穩(wěn)定，效率得以提高也是轉(zhuǎn)輪設(shè)計(jì)一直不斷努力探索的問(wèn)題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的不足公開了一種切擊式水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪結(jié)構(gòu)。本發(fā)明要解決的問(wèn)題是在綜合水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪強(qiáng)度、效率、適應(yīng)性等要求基礎(chǔ)上提供一種根據(jù)不同射流情況設(shè)計(jì)的切擊式水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪結(jié)構(gòu)。本發(fā)明通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)一種切擊式水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪，包括轉(zhuǎn)輪軸和均勻設(shè)置在轉(zhuǎn)輪軸圓周上的斗葉，其特征是所述轉(zhuǎn)輪軸圓周上的斗葉數(shù)Z是
權(quán)利要求
1.一種切擊式水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪，包括轉(zhuǎn)輪軸和均勻設(shè)置在轉(zhuǎn)輪軸圓周上的斗葉，其特征是: 所述轉(zhuǎn)輪軸圓周上的斗葉數(shù)Z是
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的切擊式水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪，其特征是所述斗葉徑向長(zhǎng)度L與常規(guī)的切擊式水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪的斗葉徑向長(zhǎng)度比較減少10%-15% ;和，斗葉寬度B與常規(guī)的切擊式水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪的斗葉寬度比較增加9%-11% ;和，斗葉深度T與常規(guī)的切擊式水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪的斗葉深度比較增加4%-6%。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的切擊式水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪，其特征是優(yōu)選所述斗葉寬度B與常規(guī)的切擊式水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪的斗葉寬度比較增加10% ;和，斗葉深度T與常規(guī)的切擊式水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪的斗葉深度比較增加5%。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種切擊式水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪結(jié)構(gòu)。包括轉(zhuǎn)輪軸和均勻設(shè)置在轉(zhuǎn)輪軸圓周上的斗葉，斗葉數(shù)由文中所述公式計(jì)算得出，斗葉的徑向長(zhǎng)度L=(2.2-2.5)d0，比常規(guī)斗葉徑向長(zhǎng)度減少10%-15%；斗葉的寬度B=(2.8-3.2)d0；比常規(guī)斗葉寬度增加9%-11%；斗葉的深度T=(0.95-1.15)d0，比常規(guī)斗葉深度增加4%-6%；斗葉的根部厚度X=(0.5-0.8)B。本發(fā)明改變斗葉的徑向長(zhǎng)度、寬度和深度參數(shù)，增加斗葉的根部厚度，根據(jù)研究得出的斗葉數(shù)確定公式計(jì)算斗葉數(shù)目，從而能有效保證噴嘴數(shù)、射流、轉(zhuǎn)輪內(nèi)部流動(dòng)之間的流動(dòng)不會(huì)發(fā)生干涉以及斗葉根部區(qū)域不會(huì)存在回流。水力損失大大降低，機(jī)組的出力將會(huì)大大提高；應(yīng)用本發(fā)明斗葉結(jié)構(gòu)的切擊式水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪經(jīng)檢測(cè)其模型水力效率達(dá)到91.66%，為目前國(guó)內(nèi)外同型轉(zhuǎn)輪的最高效率值。
文檔編號(hào)F03B1/02GK102734041SQ201210166780
公開日2012年10月17日 申請(qǐng)日期2012年5月25日 優(yōu)先權(quán)日2012年5月25日
發(fā)明者宋文武, 符杰, 駱曉晴 申請(qǐng)人:西華大學(xué)