[發(fā)明專利]水輪機(jī)葉片在輪轂上的安裝

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201380008573.2
• 申請日: 2013-02-06
• 公開（公告）號: CN104321525B
• 公開（公告）日: 2017-02-22
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 伊夫·梅西埃
• 申請（專利權(quán)）人: 安德里茲水利有限公司
• 主分類號: F03B3/12
• 分類號: F03B3/12;F03B3/04;F01D5/30
• 代理公司: 北京金信知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司11225
• 代理人: 黃威,王智

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明總體涉及水輪機(jī)，且具體地涉及將轉(zhuǎn)子葉片聯(lián)接到水輪機(jī)中的輪轂。更具體地，本發(fā)明涉及轉(zhuǎn)子葉片基部上的安裝面和輪轂上的相對安裝面。

背景技術(shù)

圖1示出了環(huán)形室12中的傳統(tǒng)軸流式水輪機(jī)10，所述環(huán)形室可以嵌入混凝土水壩13中。在圖1中所示出的螺旋槳葉片類型的軸流式渦輪機(jī)的例子，具體是轉(zhuǎn)子葉片到輪轂的安裝，在美國專利公開2009/0092496中公開。

水輪機(jī)通常位于適當(dāng)?shù)陀谒畨魏竺娴暮蚱渌吹谋砻娴母叨壬稀－h(huán)形室12限定了大致垂直的軸向水流通道，由標(biāo)注“水”的箭頭表示。水流過壩中的通道，穿過環(huán)形室越過轉(zhuǎn)子葉片。葉片和輪轂16繞垂直軸線旋轉(zhuǎn)。軸24在輪轂和發(fā)電機(jī)之間延伸。水力使轉(zhuǎn)子葉片、輪轂和軸旋轉(zhuǎn)，從而驅(qū)動產(chǎn)生電力的發(fā)電機(jī)。

輪轂16在水流方向上是漸縮的，且可以連接到鼻錐18。輪轂的漸縮表面和鼻錐延伸于輪轂的水力輪廓。水平穩(wěn)地流過輪轂和鼻錐并向下離開水輪機(jī)。

流過渦輪機(jī)的水越多，通過渦輪機(jī)可以傳遞到發(fā)電機(jī)的功率值就越多。流過渦輪機(jī)的水量受到渦輪機(jī)內(nèi)水通道的最小橫截面積的限制。所述最小橫截面積通常是室12和輪轂16之間的環(huán)形水通道的最窄部分，例如喉部(T)。喉部在渦輪機(jī)中通常與轉(zhuǎn)子葉片的末梢處于相同高度。喉部(T)的直徑和喉部處輪轂的直徑(H)決定了水通道的最小環(huán)形面積。喉部與輪轂的比值(T/H)越大，水通道就越大。

轉(zhuǎn)子葉片通常由不銹鋼制成，這提供對腐蝕和氣蝕的抵抗，但是很貴。在輪轂與轉(zhuǎn)子葉片一體鑄造的情況下，輪轂也由不銹鋼形成。如果轉(zhuǎn)子葉片不與輪轂一體成型，那么輪轂可以由較便宜的材料制成，比如低碳鋼，因為輪轂相比葉片較少暴露于水的氣蝕。由低碳鋼形成的輪轂可以被涂覆以提供抗腐蝕性。

常見的轉(zhuǎn)子葉片的類型是用螺栓固定到輪轂的螺旋槳式葉片。這種類型的轉(zhuǎn)子葉片具有用螺栓固定到輪轂側(cè)面的凹陷圓形安裝架22的圓形基部20，如圖1所示。基部的底部具有安裝面，其通常是平坦的、圓形的且大致垂直于轉(zhuǎn)子葉片軸線的安裝面。

圖2示出了另一種具有固定到錐形輪轂30上的轉(zhuǎn)子葉片28的傳統(tǒng)水輪機(jī)26。每個轉(zhuǎn)子葉片28與輪轂30的一扇段整體鑄造。帶有葉片的輪轂扇段被布置成環(huán)形陣列并且通過套環(huán)32保持在一起。

水徑向向內(nèi)流到水輪機(jī)26，并向下軸向地排出。渦輪機(jī)26是斜流式螺旋槳葉片渦輪機(jī)，因為水斜著流過轉(zhuǎn)子葉片。室34圍繞轉(zhuǎn)子葉片的末梢的圓柱地延伸。錐形輪轂30安裝到頂蓋36。軸38連接到輪轂30，延伸穿過頂蓋并連接到發(fā)電機(jī)。

圖3示出了傳統(tǒng)水輪機(jī)40的另一個例子。螺旋槳式轉(zhuǎn)子葉片42和輪轂44作為一體金屬鑄件被形成。水輪機(jī)40是軸流式渦輪機(jī)，并按照類似于圖2中所示的水輪機(jī)26的室12那樣被布置在一個室內(nèi)。

圖1至3所示的水輪機(jī)展示了轉(zhuǎn)子葉片和輪轂的傳統(tǒng)連接。如這些圖中所示的，轉(zhuǎn)子葉片可以與輪轂一體鑄造，焊接到輪轂，通過套環(huán)附接到輪轂，或用螺栓固定到輪轂。整體鑄造，焊接以及某些套環(huán)的使用是在水輪機(jī)制造地點進(jìn)行的制造和組裝步驟。水輪機(jī)在葉片被附接到輪轂的狀態(tài)下被運送到要安裝水輪機(jī)的水壩。當(dāng)水輪機(jī)太大而不能從制造地點運送到水壩或者其它的水輪機(jī)安裝地點時，就出現(xiàn)了困難。

將轉(zhuǎn)子葉片用螺栓固定到輪轂所提供的一個優(yōu)點是一個或多個葉片可以在水壩或其它水輪機(jī)安裝地點被附接到輪轂。僅運送渦輪機(jī)輪轂自身或者不連同它所有的轉(zhuǎn)子葉片一起運送能降低了運輸成本和難度。在安裝地點將轉(zhuǎn)子葉片用螺栓固定到輪轂節(jié)約了運輸成本并減少了與運送大型水輪機(jī)相關(guān)的難度。類似于將葉片用螺栓固定到輪轂，轉(zhuǎn)子葉片可以在安裝地點被焊接到輪轂或利用套環(huán)被固定。螺栓固定、使用套環(huán)以及焊接轉(zhuǎn)子葉片到輪轂都具有降低運輸水輪機(jī)成本和困難的優(yōu)點。

發(fā)明內(nèi)容

已經(jīng)構(gòu)思出一種用于將轉(zhuǎn)子葉片尤其是螺旋槳式葉片附接到輪轂的轉(zhuǎn)子葉片安裝系統(tǒng)。轉(zhuǎn)子葉片可以包括長而窄的基部，其緊靠錐形輪轂側(cè)面上的凹陷安裝面安置。轉(zhuǎn)子葉片的基部具有臺階狀的且被成形為緊靠輪轂上的安裝面的安裝面。

臺階狀安裝面允許基部與輪轂的向內(nèi)收縮貼合。每個臺階沿著下游方向徑向向內(nèi)地位移一個或多個安裝面。類似地，輪轂上的安裝面在下游方向上徑向向內(nèi)地形成臺階。因為臺階隨著輪轂的收縮徑向向內(nèi)地位移安裝面，安裝面可以沿著輪轂進(jìn)一步延伸，而不是像傳統(tǒng)的安裝面那樣不能向內(nèi)形成臺階。

帶有臺階安裝面的安裝系統(tǒng)可以用于各種類型的水輪機(jī)，包括軸流式和斜流螺旋槳式轉(zhuǎn)子葉片以及具有固定葉片的其它渦輪機(jī)。所述安裝系統(tǒng)對于斜流式渦輪機(jī)以及需要減少喉部對輪轂的比值(T/H)的場合是尤其有利的。