[發(fā)明專利]軸貫流轉(zhuǎn)槳式水輪機(jī)的非能動(dòng)式葉片防空化結(jié)構(gòu)

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202110291897.8
• 申請日: 2020-06-03
• 公開（公告）號(hào): CN113062826B
• 公開（公告）日: 2022-07-15
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 馬建峰;周葉;劉勝柱;李昀哲;童哲銘;劉思靚
• 申請（專利權(quán)）人: 浙江富春江水電設(shè)備有限公司
• 主分類號(hào): F03B3/12
• 分類號(hào): F03B3/12;F03B11/04
• 代理公司: 杭州杭誠專利事務(wù)所有限公司 33109
• 代理人: 尉偉敏

本發(fā)明公開了一種軸貫流轉(zhuǎn)槳式水輪機(jī)的非能動(dòng)式葉片防空化結(jié)構(gòu)，包括設(shè)置在轉(zhuǎn)輪室內(nèi)的轉(zhuǎn)輪，轉(zhuǎn)輪的葉片外端邊緣與轉(zhuǎn)輪室內(nèi)壁之間具有轉(zhuǎn)動(dòng)間隙，在轉(zhuǎn)輪葉片背面靠近外端邊緣處設(shè)有若干抗紊流葉片，抗紊流葉片通過偏心設(shè)置在抗紊流葉片邊緣的轉(zhuǎn)動(dòng)軸轉(zhuǎn)動(dòng)連接在葉片上，轉(zhuǎn)動(dòng)軸上設(shè)有盤簧，盤簧對(duì)抗紊流葉片形成與轉(zhuǎn)輪轉(zhuǎn)動(dòng)方向一致的扭矩，抗紊流葉片具有一個(gè)待機(jī)位置和一個(gè)工作位置，當(dāng)抗紊流葉片處于待機(jī)位置時(shí)，前后相鄰的抗紊流葉片之間分離，當(dāng)轉(zhuǎn)輪轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，抗紊流葉片轉(zhuǎn)動(dòng)至工作位置，在轉(zhuǎn)輪轉(zhuǎn)動(dòng)方向上，前面的抗紊流葉片后部搭接在后面的抗紊流葉片外側(cè)。本發(fā)明既可顯著地減少轉(zhuǎn)輪葉尖的空化和空蝕現(xiàn)象，同時(shí)不會(huì)影響水輪機(jī)的工作效率。

本申請是對(duì)申請?zhí)枮?02010496027.X的發(fā)明專利申請的分案申請，原申請的申請日：2020年6月3日，原申請的發(fā)明名稱：用于軸貫流轉(zhuǎn)槳式水輪機(jī)的非能動(dòng)式葉片防空化結(jié)構(gòu)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及水輪發(fā)電機(jī)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種軸貫流轉(zhuǎn)槳式水輪機(jī)的非能動(dòng)式葉片防空化結(jié)構(gòu)。

背景技術(shù)

隨著人們節(jié)能環(huán)保意識(shí)的增強(qiáng)，清潔高效發(fā)電裝備正在大力發(fā)展，其中的軸貫流式流體機(jī)械（水輪機(jī)）在我國清潔能源行業(yè)中占有重要的地位，被廣泛應(yīng)用到了各種清潔高效能源開發(fā)項(xiàng)目中。由于軸貫流式流體機(jī)械的轉(zhuǎn)輪葉片的葉尖與轉(zhuǎn)輪室之間存在一定的轉(zhuǎn)動(dòng)間隙。在葉片正面和背面壓力差的作用下，當(dāng)水流通過細(xì)小的轉(zhuǎn)動(dòng)間隙時(shí)會(huì)形成高速水流。當(dāng)高速水流通過轉(zhuǎn)動(dòng)間隙后其空間急劇膨脹，相應(yīng)地，局部壓力急劇降低，從而形成極強(qiáng)大的渦流并產(chǎn)生氣泡，進(jìn)而在葉片的葉尖背面形成空化。當(dāng)裝備長期運(yùn)行后，葉片的葉尖背面會(huì)因長時(shí)間的空化現(xiàn)象導(dǎo)致表面的空蝕而凹凸不平，進(jìn)而降低轉(zhuǎn)輪的出力和效率，影響裝備的經(jīng)濟(jì)效益。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是為了解決現(xiàn)有的以水輪機(jī)為代表的軸貫流式流體機(jī)械所存在的轉(zhuǎn)輪葉尖容易出現(xiàn)空化和空蝕的問題，提供一種軸貫流轉(zhuǎn)槳式水輪機(jī)的非能動(dòng)式葉片防空化結(jié)構(gòu)，既可顯著地減少轉(zhuǎn)輪葉尖的空化和空蝕現(xiàn)象，同時(shí)不會(huì)影響流體機(jī)械的工作效率。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：

一種軸貫流轉(zhuǎn)槳式水輪機(jī)的非能動(dòng)式葉片防空化結(jié)構(gòu)，包括可轉(zhuǎn)動(dòng)地設(shè)置在轉(zhuǎn)輪室內(nèi)的轉(zhuǎn)輪，轉(zhuǎn)輪的葉片外端邊緣與轉(zhuǎn)輪室內(nèi)壁之間具有轉(zhuǎn)動(dòng)間隙，在轉(zhuǎn)輪葉片背面靠近外端邊緣處設(shè)有若干沿轉(zhuǎn)輪軸向延伸的抗紊流葉片，所述抗紊流葉片通過偏心設(shè)置在抗紊流葉片邊緣的豎直轉(zhuǎn)動(dòng)軸轉(zhuǎn)動(dòng)連接在葉片上，各抗紊流葉片沿葉片外端邊緣均勻排列，轉(zhuǎn)動(dòng)軸上設(shè)有盤簧，所述盤簧對(duì)抗紊流葉片形成與轉(zhuǎn)輪轉(zhuǎn)動(dòng)方向一致的扭矩，從而使抗紊流葉片具有一個(gè)待機(jī)位置和一個(gè)工作位置，當(dāng)抗紊流葉片處于待機(jī)位置時(shí)，前后相鄰的抗紊流葉片之間分離，當(dāng)轉(zhuǎn)輪轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，抗紊流葉片轉(zhuǎn)動(dòng)至工作位置，在轉(zhuǎn)輪轉(zhuǎn)動(dòng)方向上位于前面的抗紊流葉片后部搭接在后面的抗紊流葉片前部的外側(cè)，在轉(zhuǎn)輪葉片靠近外端內(nèi)部設(shè)有球形轉(zhuǎn)動(dòng)腔，在轉(zhuǎn)輪葉片背面設(shè)有圓形的連接過孔和長方形的安裝孔，所述連接過孔貫通葉片正面，安裝孔寬度上的一組對(duì)邊與轉(zhuǎn)動(dòng)腔相切，并且轉(zhuǎn)動(dòng)腔的球心位于安裝孔的中心線上，在轉(zhuǎn)動(dòng)腔內(nèi)設(shè)有圓形的轉(zhuǎn)動(dòng)環(huán)，所述轉(zhuǎn)動(dòng)環(huán)的圓周面為與轉(zhuǎn)動(dòng)腔適配的球面，所述轉(zhuǎn)動(dòng)軸的上端穿過連接過孔后與轉(zhuǎn)動(dòng)環(huán)的內(nèi)孔螺紋連接，轉(zhuǎn)動(dòng)軸的下端與抗紊流葉片上邊緣相連接，所述轉(zhuǎn)動(dòng)環(huán)的厚度不大于安裝孔的寬度，所述盤簧設(shè)置在葉片正面的連接過孔內(nèi)，轉(zhuǎn)動(dòng)軸伸出轉(zhuǎn)動(dòng)環(huán)的上端卡接在盤簧內(nèi)，盤簧的外端卡接在連接過孔。

當(dāng)發(fā)電機(jī)組開始運(yùn)行時(shí)，水流進(jìn)入轉(zhuǎn)輪室內(nèi)沖擊轉(zhuǎn)輪的葉片從而帶動(dòng)轉(zhuǎn)輪轉(zhuǎn)動(dòng)以發(fā)電。可以理解的是，此時(shí)葉片正面的水壓極大，而葉片背面的水壓相對(duì)正面的壓力小很多，從而在葉片正面和背面之間具有極大的壓差。在現(xiàn)有的軸貫流水輪機(jī)中，當(dāng)水流通過葉片外端邊緣與轉(zhuǎn)輪室內(nèi)壁之間的轉(zhuǎn)動(dòng)間隙向下流動(dòng)時(shí)，由于其橫截面迅速變小，因而水壓會(huì)進(jìn)一步升高，轉(zhuǎn)動(dòng)間隙內(nèi)會(huì)形成流速快、壓力高的水流；當(dāng)水流通過轉(zhuǎn)動(dòng)間隙時(shí)，其空間瞬間擴(kuò)張，而且葉片背面的水壓瞬間降低，此時(shí)的水流會(huì)向著葉片背面一側(cè)旋轉(zhuǎn)形成極強(qiáng)的渦流，與此同時(shí)，一旦該渦流的水壓下降至水流的汽化壓力以下時(shí)，部分水流會(huì)汽化而形成氣泡（或稱空泡）。當(dāng)渦流中的空泡爆裂、潰滅時(shí)，葉片背面就會(huì)遭受巨大水壓力的反復(fù)沖擊，從而引起材料的疲勞破損甚至表面剝蝕而形成空蝕。