[發明專利]一種切擊式水輪機轉輪

無效

• 申請號: 201210166780.8
• 申請日: 2012-05-25
• 公開（公告）號: CN102734041A
• 公開（公告）日: 2012-10-17
• 發明（設計）人: 宋文武;符杰;駱曉晴
• 申請（專利權）人: 西華大學
• 主分類號: F03B1/02
• 分類號: F03B1/02
• 代理公司: 成都市輔君專利代理有限公司 51120
• 代理人: 張堰黎

技術領域

本發明使用水利水電機械設計制造領域，尤其屬于沖擊式水輪機設計制造領域，特別涉及沖擊式水輪機中切擊式水輪機轉輪的設計制造。

背景技術

沖擊式水輪機中切擊式水輪機具有結構簡單、適用水頭高、安裝高程不受空蝕條件限制、對流量變化不敏感等優點，在河川上游、山區等水頭高、流量小的水力資源開發中得到了廣泛的應用，其單機出力、使用水頭在不斷地增大。

近幾年，新的切擊式水輪機的效率和出力不斷提高，應用的水頭也大大增加，水斗根部的工作應力明顯增加，使其安全系數降低。與反擊式水輪機轉輪相比，沖擊式水輪機的水斗是在變負荷下工作的，水斗每受到一次射流的沖擊都相當于經受了一次應力循環，其水斗根部在各工況運轉時受到一種非對稱的交變脈動應力作用。另外水斗根部形狀復雜、空間狹小，厚度變化大，容易產生應力集中和材料缺陷，且缺陷不易徹底清除，使得切擊式水輪機的疲勞破壞主要發生在轉輪水斗的根部，并迅速向內部擴展，造成重大破壞事故。

近年來已有學者進行了沖擊式水輪機轉輪整體鍛造后數控加工，保證水斗的型線和尺寸公差，保證其水力性能，防止斷斗現象，延長轉輪的使用壽命；采用CFD法對多噴嘴沖擊式水輪機轉輪進行流場分析和射流干涉研究；采用Ansys軟件對水斗應力和振形研究，獲得了水斗的應力分布以及最高應力值點在刃口處的結論。

對切擊式水輪機而言，轉輪的主要破壞是空蝕和疲勞裂紋引起的。空蝕引起振動和噪聲，迫使機組頻繁大修，大大降低了轉輪的效率和出力；疲勞裂紋往往出現在轉輪斗葉根部，為彌補斗葉根部強度不足，新的設計技術、材料和工藝不斷應用于沖擊式轉輪的設計和制造，如何在保障轉輪性能指標的前提下，結合轉輪斗葉根部的強度要求，準確預測轉輪應力分布，有針對性地優化轉輪斗葉根部型線和結構，建立準確的轉輪三維模型，使水斗完全達到數控加工的目的，已經成為當前切擊式水輪機轉輪的設計、制造急需解決的問題。

通常的切擊式水輪機轉輪斗葉的結構參數為：斗葉的徑向長度L=(2.4-2.9)d₀，斗葉的寬度B=(2.6-3.1)d₀，深度T=(0.9-1.1)d₀，d₀為射流直徑。1957年捷克斯洛伐克ARTIA?Prague出版社出版的MIROSLAV?NECHLEBA?博士的《水輪機設計及設備》等文獻研究了水輪機轉輪結構參數的關系，水輪機轉輪各結構參數是與射流直徑相關的。

在切擊式水輪機轉輪設計中，基于強度分析的結果，進一步優化轉輪斗葉根部水力型線，改善部分射流射到斗葉根部的流態，解決噴嘴數、射流、轉輪內部流動之間的流動干涉問題，完成轉輪斗葉型線的優化設計，保證沖擊式水輪機轉輪的強度和水力性能，使得設計的機組運行更加穩定，效率得以提高也是轉輪設計一直不斷努力探索的問題。

發明內容

本發明根據現有技術的不足公開了一種切擊式水輪機轉輪結構。本發明要解決的問題是在綜合水輪機轉輪強度、效率、適應性等要求基礎上提供一種根據不同射流情況設計的切擊式水輪機轉輪結構。

本發明通過以下技術方案實現：

一種切擊式水輪機轉輪，包括轉輪軸和均勻設置在轉輪軸圓周上的斗葉，其特征是：

所述轉輪軸圓周上的斗葉數Z是：

其中，k_u為圓周速度系數，為射流速度系數，r為轉輪名義半徑，R為轉輪缺口所在半徑，d₀為射流直徑；圓周速度系數在設計中通過公式計算或查閱有關曲線獲得。

所述斗葉的徑向長度L=(2.2-2.5)d₀；

所述斗葉的寬度B=(2.8-3.2)d₀；

所述斗葉的深度T=(0.95-1.15)d₀；

所述斗葉的根部厚度X=(0.5-0.8)B。

所述斗葉徑向長度L與常規的切擊式水輪機轉輪的斗葉徑向長度比較減少10%-15%；和，斗葉寬度B與常規的切擊式水輪機轉輪的斗葉寬度比較增加9%-11%；和，斗葉深度T與常規的切擊式水輪機轉輪的斗葉深度比較增加4%-6%。

優選所述斗葉寬度B與常規的切擊式水輪機轉輪的斗葉寬度比較增加10%；和，斗葉深度T與常規的切擊式水輪機轉輪的斗葉深度比較增加5%。