[實用新型]3D打印混流式水輪機模型轉輪的裝配結構

有效

• 申請號: 201721780824.0
• 申請日: 2017-12-19
• 公開（公告）號: CN208569983U
• 公開（公告）日: 2019-03-01
• 發明（設計）人: 吳中竟;段昌德;吳家奎;趙永智;吳偉;陳道全
• 申請（專利權）人: 東方電氣集團東方電機有限公司
• 主分類號: G09B25/02
• 分類號: G09B25/02
• 代理公司: 成都天嘉專利事務所(普通合伙) 51211
• 代理人: 冉鵬程

本實用新型公開了一種3D打印混流式水輪機模型轉輪的裝配結構，涉及水輪機轉輪技術領域。本實用新型包括由3D打印的非金屬轉輪部分、金屬聯軸法蘭和金屬嵌入塊構成的復合裝配結構，采用了聯軸法蘭夾持轉輪和嵌入塊雙重夾持轉輪的結構，將葉片、上冠、下環構建成整體，直接通過非金屬材料3D打印成型。本實用新型消除了傳統結構中葉片與上冠下環間的間隙，拓展了3D打印技術在模型轉輪制造領域的應用范圍，在保證轉輪整體剛強度和精度的同時大幅提高了轉輪的生產效率，降低了制造成本,對企業提高水力科研開發效率，縮短研發周期，降低研發成本和增強市場競爭力等方面將發揮重要而積極的作用。

技術領域

本實用新型涉及水輪機轉輪技術領域，更具體地說涉及一種3D打印混流式水輪機模型轉輪的裝配結構。

背景技術

現有混流式水輪機模型轉輪的結構有以下幾種：

1：采用機械加工的模型轉輪結構包括：葉片、上冠和下環。在加工模型轉輪時，通過機械加工手段包括：數控銑削、車削等方式分別加工出各部分，最后用銷釘定位、螺釘緊固的方式將葉片、上冠和下環裝配成整體轉輪，其中，葉片為帶分瓣上冠結構，上冠、下環均為實心回轉體結構。

2：采用3D打印的模型轉輪結構：“申請號：201620116920.4一種3D打印混流式水輪機模型轉輪連接組件”中包含有模型水輪機轉輪和金屬聯軸法蘭以及金屬泄水錐裝配的結構，通過在轉輪底平面上設置螺紋孔，金屬聯軸法蘭上相應位置設置螺紋通孔，通過螺釘緊固連接法蘭和轉輪形成整體，聯軸法蘭底部與金屬泄水錐有過盈配合裝配。

混流式水輪機模型轉輪的傳統加工方式為：將鑄造銅材料毛坯通過數控銑削、車削等方式，分別加工出轉輪的葉片、上冠、下環，最后用銷釘定位、螺釘緊固的方式將各部分裝配成整體轉輪，如圖1所示。其中，葉片為帶分瓣上冠結構，上冠、下環均為實心回轉體結構。

3D打印技術的出現，使得快速、高精度的整體打印出模型轉輪成為可能，其中又分為金屬材料轉輪和非金屬材料轉輪。金屬材料轉輪的生產成本和周期都要高于非金屬材料，表面粗糙度則相對較差，同時由于模型轉輪的尺寸限制（最大直徑340mm及以上），大部分金屬3D打印設備的成型范圍還無法達到，因此3D打印水輪機模型轉輪更多選擇非金屬材料。

通過3D打印非金屬材料轉輪，將無需采用原有的裝配結構，直接制造整體轉輪。但將模型轉輪應用于水力試驗時，則產生以下問題：（1）水力試驗裝置中的驅動電機主軸與模型轉輪相配合，通過鍵連接實現扭矩傳遞以驅動轉輪作高速運轉，同時在試驗過程中承受水流高壓，因此除去轉輪自身的強度之外，仍需要轉輪與試驗臺主軸較高的連接強度保證，通過3D打印直接生成非金屬材質的鍵槽特征，由于抗扭能力相比金屬材料較差，因此將無法完全保證扭矩的傳遞，有可能出現鍵槽損壞而導致轉輪甚至整個試驗裝置的破壞；（2）3D打印的尺寸精度相比機械加工較差，通過3D打印直接生成與試驗臺主軸相配合的孔特征，將無法滿足高精度的孔軸配合要求，因此需要二次加工，但塑料材料的切削性能尚不明確；（3）3D打印的成本與材料成正比，體積越大，成本越高。

實用新型內容

為了克服上述現有技術中存在的缺陷和不足，本實用新型提供了一種3D打印混流式水輪機模型轉輪的裝配結構，本實用新型的發明目的在于傳統模型轉輪不能應用于3D打印的問題，本實用新型消除了傳統結構中葉片與上冠和下環間的間隙，拓展了3D打印技術在模型轉輪制造領域的應用范圍，在保證轉輪整體剛強度和精度的同時大幅提高了轉輪的生產效率，降低了制造成本,對企業提高水力科研開發效率，縮短研發周期，降低研發成本和增強市場競爭力等方面將發揮重要而積極的作用。

為了解決上述現有技術中存在的問題，本實用新型是通過下述技術方案實現的：