CN105484924A - 佩尔顿涡轮叶轮和包括这种叶轮的佩尔顿涡轮 - Google Patents

Abstract

这个佩尔顿涡轮叶轮包括轮缘、分布在轮缘的周边上的几个叶片以及至少一个环形凸缘(6,6ˊ)，环形凸缘固定在轮缘周围并设有用于接收叶片的开口，叶片各自具有面向开口的壁的外部凸面。叶轮还包括耐磨板(14,14ˊ)，其置于叶片的外部凸面和开口的壁之间。

Description

佩尔顿涡轮叶轮和包括这种叶轮的佩尔顿涡轮

技术领域

本发明涉及一种佩尔顿(Pelton)涡轮叶轮和包括这种叶轮的佩尔顿涡轮。本发明还涉及一种用于将液压能转换成机械能或电能的装置，其包括这种佩尔顿涡轮。

背景技术

佩尔顿涡轮传统地用于将流体，例如瀑布的动能转换成机械能。佩尔顿涡轮包括叶轮，其包括中心轮缘，中心轮缘适合于固定到轴上。轮缘支撑若干个碗状叶片，其是碗状的。一个或多个喷水器设置在叶轮的周边，并且产生水射流，其冲击各个叶轮的叶片，从而导致叶轮旋转。

在传统的佩尔顿涡轮叶轮中，叶片在一个末端处附连在轮缘上。从喷射器发射的水射流的离心力和功率机械地挤压叶片和轮缘之间的连接。这样叶轮会由于疲劳而受到严重的破坏。

为了克服这个缺陷，从WO-A-9949213中已经知道为佩尔顿涡轮叶轮装备分为两部分的轮缘和两个环形凸缘，环形凸缘各与轮缘的一部分构成整体。各个环形凸缘限定了开口，其用于接收叶轮的叶片。这样叶片就保持在环形凸缘的开口中。更精确地说，叶片的外部凸面与环形凸缘保持接触。因此，负载从叶片的外部凸面传递给轮缘，并且在叶片和轮缘之间的连接较少受到外部负载的压力。

然而，由于叶片和环形凸缘在水射流的作用力和离心力下发生偏转，叶片可能在环形凸缘上略微地移动，从而导致凸缘和叶片的外部凸面的摩擦和磨损。这减少了涡轮的寿命，并可能导致长且昂贵的停机时间，因为凸缘是难以修理的构件。

发明内容

本发明意图通过提出一种佩尔顿涡轮叶轮而克服这些缺陷，其具有延长的寿命。

为此，本发明涉及一种佩尔顿涡轮叶轮，其包括轮缘、分布在轮缘的周边的叶片以及至少一个环形凸缘，环形凸缘固定在轮缘周围并设有用于接收叶片的开口，叶片各自具有面向开口的壁的外部凸面。根据本发明，叶轮还包括耐磨板，其置于叶片的外部凸面和开口的壁之间。

由于本发明，耐磨板限制了在所述凸缘或各个凸缘和叶片之间的摩擦。这减少了由于疲劳造成的破坏，并且延长了佩尔顿涡轮叶轮的寿命。

下面规定了进一步有利的但非强制性的方面：

-各个耐磨板与叶片的外部凸面的平面部分保持接触。

-各个耐磨板容纳在开口的壁中所限定的凹部中。

-叶轮包括紧固装置，其用于将耐磨板紧固到所述或各个环形凸缘上。

-紧固装置包括至少一个螺钉和销，螺钉通过耐磨板的孔接合在凸缘的螺纹孔中，并且销通过耐磨板的孔接合在凸缘的壳体中。

-叶轮包括两个彼此相向的环形凸缘。

-叶片各自在环形凸缘的任一侧部突出。

-各个叶片设有至少一个用于接收锁紧螺钉的螺纹孔。

-各个叶片包括连接在一起的两个碗体，各个碗体具有用于接收锁紧螺钉的螺纹孔。

-各个叶片包括用于附连到轮缘上的耳部。

-耐磨板由低摩擦材料制成。

-耐磨板包括低摩擦材料形成的覆层。

-耐磨板被涂覆低摩擦材料。

本发明还涉及一种包括之前限定的叶轮的佩尔顿涡轮，以及用于将液压能转换成机械能或电能的装置，该装置包括这种佩尔顿涡轮。

附图说明

现在将参照附图，并作为一个说明性的示例，在不限制本发明目的的条件下解释本发明。图中：

-图1是根据本发明的佩尔顿涡轮叶轮的半剖视图，其中叶轮的叶片、环形凸缘和轮缘被部分地切开，

-图2是图1的细节II的放大图，

-图3是根据图2的线III-III的剖视图，且

-图4是图3的细节IV的放大图。

具体实施方式

图1至4代表佩尔顿涡轮叶轮2，其适合于装配在佩尔顿涡轮中。出于附图的清晰起见，在图1中只展示了叶轮2的一半。在实践中，这种佩尔顿涡轮集成在用于将液压能转换成机械能或电能的未展示的装置中。佩尔顿涡轮叶轮2在旋转轴线X2上居中，并包括中心轮缘4，其被设置成固定到未展示的轴上，用于传递叶轮2的旋转运动。这个轴可连接在发电机的转子上，从而产生电力，或者可为任何机械装置提供功率。轮缘4可分为一个或多个部分。在所考虑的实施例中，轮缘4分为两部分，其适合于彼此附连在一起。

多个叶片8以圆形图案均匀地分布在轮缘4的周边上。叶片8具有碗状形状。一个或多个未展示的喷水器实际分布在叶轮2的周围，使得它们各自产生水射流，水射流相对于叶轮2以切线方向全方位地冲击叶片8。这导致叶轮2围绕轴线X2旋转。例如，喷水器可使用瀑布的势能，以产生水射流。

如图2中所示，各个叶片8沿着轴线Z8全方位地延伸，轴线Z8相对于轴线X2是径向的。各个叶片8包括用于附连到轮缘4上的耳部82。更精确地说，耳部82限定了供销10插入的孔。销10是略微圆锥形状，并配置为用于插入未展示的互补形状的对开套管中。然后通过楔体作用使销10固定在耳部的孔中。

如图3中所示，各个叶片8包括两个连接在一起的碗体84和84'。各个叶片8具有内部凸面S81和外部凸面S83，内部凸面S81在操作条件下受到水射流的冲击。外部凸面S83包括两个分别由碗体84和84'限定的平坦部分S83a和S'83a。这些平坦部分S83a和S'83a可能被更好地称为叶片8的“轨道”。平坦部分S83a和S'83a平行于轴线Z8，并且在图2的配置中定位在叶片8的背部。

佩尔顿涡轮叶轮2还包括两个环形凸缘6和6'，其固定在轮缘4的周围，而且彼此相向。更精确地说，凸缘6与轮缘4的一部分是成整体的，而凸缘6'与轮缘4的另一部分是成整体的。在实践中，两个凸缘6和6'彼此通过销10而附连在一起。此外，在叶轮2装配在轴上的状态下，螺柱将轮缘4的两个部分连接到轴上，并有助于将轮缘4的两个部分保持在一起。凸缘6在轴线X2上居中，这个轴线X2垂直于凸缘6和6'的厚度。凸缘6和6'在轴线X2的方向上彼此相对偏离。凸缘6和6'各自限定了若干个用于接收和保持叶片8的开口60。凸缘6和6'容许在操作条件下减少应用于轮缘4和叶片8之间的连接上的负载，因为负载的一部分受到凸缘6和6'的支撑。这个负载包括离心力和水射流力。

叶片8的碗体84和84'各自分别在凸缘6和6'的任一侧部突出来。S60表示开口60的凸壁。凸壁S60具有与叶片8的相对应的凸面S83互补的形状。

在本文献中，假定凸面或凸壁可包括平坦部分。例如，叶片8的外部凸面S83包括两个平坦部分S83a和S'83a，并且开口60的凸壁S60包括面向轨道S83a或S'83a的平坦部分S60a。

在实践中，喷水器经过设置，从而在两个凸缘6和6'之间推进水。水射流因而在接触叶片8时损失其动能，并沿着内部凸面S81在叶轮2的侧部上流动，即在限定在凸缘6和6'之间的空间之外。

80表示叶片8的径向外端部分。末端部分80相对于耳部82设置在沿着轴线Z8的叶片8的相反侧部上。换句话说，末端部分80是叶片8沿径向离轮缘4最远的部分。类似于FR-A-2802247，叶片部分80限定了两个螺纹孔，其中一个在图2中用标号86来显示。在各个碗体84和84'上限定了一个螺纹孔86。各个螺纹孔86适合于接收锁紧螺钉12，用于使叶片8在开口60中围绕销10略微地回转。各个锁紧螺钉12通过限定于联接凸缘6或6'中的孔62而进行插入。如图2中所示，孔62和86沿着相对于轴线Z8倾斜的轴线而延伸。

当拧紧锁紧螺钉12时，叶片8围绕销10旋转，并抵靠在开口60的壁S60的平坦部分S60a上，即面向轨道S83a或S'83a的凸缘6和6'的壁部分。在叶片的末端部分80和开口壁S60之间始终保持间隙。实际上，在螺钉12周围设置了垫圈，以防止末端部分80接触壁S60。然而，在水射流的作用力下仍然可能发生微移位，从而在叶片8和凸缘6和6'之间导致摩擦力。

为了避免凸缘6和6'因为摩擦引起过早的磨损，叶轮2还包括耐磨板14和14'，其具有矩形截面，并且分别置于各个叶片8与两个凸缘6和6'之间，即位于碗体84和凸缘6之间以及在碗体84'和凸缘6'之间。更精确地说，耐磨板14和14'分别接触碗体84和84'的外部凸面的平坦部分S83a和S'83a。这样耐磨板14和14'在图2的配置中会接触叶片8的背面。耐磨板14和14'平行于轴线Z8，并且各自容纳在互补形状的凹部64中，凹部64被限定在开口60的壁S60中。然后耐磨板14和14'被挤压在叶片8和凸缘6和6'的开口壁S60之间。

如图3和图4中所示，耐磨板14和14'各自分别紧固在凸缘6和6'上。实际上，耐磨板14和14'限定了用于接收螺钉16的各个孔O14。螺钉16各与凸缘6和6'中形成的螺纹孔66相接合。螺钉16通过孔O14沿着与叶轮2的旋转轴线X2平行的方向D16进行接合。螺纹孔66成形于凸缘6和6'的外表面上，即分别背向相反凸缘6'或6的环形表面上。至少一个未展示的销还用于支撑引起的剪力。这个销穿过耐磨板14或14'的未展示的孔，并接合在凸缘6或6'的壳体中。实际上，至少一个螺钉和一个销对于将耐磨板14和14'附连到凸缘6或6'上是必需的。

耐磨板14由低摩擦材料，例如陶瓷制成。耐磨板还可包括由低摩擦材料，例如陶瓷制成的涂层或覆层。结果，耐磨板吸收了由于水射流功率引起叶片微移位而造成的摩擦力。因此，减少了随着时间的推移而产生的凸缘磨损，并延长了佩尔顿涡轮叶轮2的寿命。

在一个未展示的备选实施例中，佩尔顿涡轮叶轮只包括一个环形凸缘，其固定在整体式轮缘上。佩尔顿涡轮叶轮还可包括不止两个凸缘。然后耐磨板的数量也加以修改。

在一个未展示的备选实施例中，耐磨板14和14'并不平行于轴线Z8，而是弯曲的，具有与叶片8的外部凸面S83互补的曲率。具体地说，耐磨板14和14'可覆盖整个外部凸面S83。

凸缘6和6'还可固定在整体的轮缘周围。

上面本发明的不同实施例和备选实施例的技术特征可组合在一起，从而产生本发明的新的实施例。

Claims (15)

1.一种佩尔顿涡轮叶轮(2)，包括：

-轮缘(4)，

-分布在所述轮缘的周边上的叶片(8)，

-至少一个环形凸缘(6,6')，其固定在所述轮缘周围，并设有用于接收所述叶片的开口(60)，所述叶片各自具有外部凸面(S83)，其面向所述开口的壁(S60)，

其特征在于，所述叶轮(2)还包括耐磨板(14,14')，其置于所述叶片(8)的外部凸面(S83)和所述开口(60)的壁(S60)之间。

2.根据权利要求1所述的叶轮，其特征在于，各个耐磨板(14,14')与叶片(8)的外部凸面(S83)的平面部分(S83a，S'83a)相接触。

3.根据权利要求1或2所述的叶轮，其特征在于，各个耐磨板(14,14')容纳在所述开口(60)的壁(S60)中所限定的凹部(64)中。

4.根据前述权利要求中的任一项所述的叶轮，其特征在于，其包括紧固装置(16，O14,66)，用于将所述耐磨板(14,14')紧固到所述或各个环形凸缘(6,6')上。

5.根据权利要求4所述的叶轮，其特征在于，所述紧固装置包括至少：

-螺钉(16)，其通过所述耐磨板(14,14')的孔(O14)而接合在凸缘(6,6')的螺纹孔(66)中，和

-销，其通过所述耐磨板(14,14')的孔而接合在所述凸缘(6,6')的壳体中。

6.根据前述权利要求中的任一项所述的叶轮，其特征在于，其包括两个彼此相向的环形凸缘(6,6')。

7.根据权利要求6所述的叶轮，其特征在于，所述叶片(8)各自在所述环形凸缘(6,6')的任一侧部突出。

8.根据前述权利要求中的任一项所述的叶轮，其特征在于，各个叶片(8)设有至少一个用于接收锁紧螺钉(12)的螺纹孔(86)。

9.根据权利要求8所述的叶轮，其特征在于，各个叶片包括两个连接在一起的碗体(84,84')，各个碗体具有用于接收所述锁紧螺钉(12)的螺纹孔(86)。

10.根据前述权利要求中的任一项所述的叶轮，其特征在于，各个叶片(8)包括用于附连到所述轮缘(4)上的耳部(82)。

11.根据前述权利要求中的任一项所述的叶轮，其特征在于，所述耐磨板(14,14')由低摩擦材料制成。

12.根据权利要求1至10中的任一项所述的叶轮，其特征在于，所述耐磨板(14,14')包括低摩擦材料形成的覆层。

13.根据权利要求1至10中的任一项所述的叶轮，其特征在于，所述耐磨板(14,14')被涂覆低摩擦材料。

14.一种佩尔顿涡轮，其特征在于，其包括根据前述权利要求中的任一项所述的叶轮(2)。

15.一种用于将液压能转换成机械能或电能的装置，其特征在于，其包括根据权利要求14所述的佩尔顿涡轮。