CN1100206C - 轴向辐流结构形式的流体动力机械的动轮 - Google Patents

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Abstract

一种轴向辐流式流体动力机械的动轮，特别是用于水轮机的动轮，所述动轮具有：动轮底缘11，动轮外缘12，以及多个叶片13，每个叶片13包括入口棱边131和出口棱边132，将出口棱边132的延伸段133与动轮底缘相交于位于出口棱边132无偏折时的交点A的下游的点B处，以使各个叶片的出口棱边132在靠近动轮底缘处的点C产生偏折。

Description

轴向辐流结构形式的流体 动力机械的动轮
                       技术领域
本发明涉及一种轴向辐流结构形式(Francis structural type)的包括有包围动轮并作为进水和出水之间相应连接通道的壳体的流体动力机械的动轮，特别是水轮机、水轮泵或泵的动轮。
                       背景技术
这些水轮机通常包括有多个叶片的扩散器，扩散器装在一动轮或另一导向轮的前面或后面。例如，参考专利US-A-4,496,282。
运转时，由于产生力，动轮机的动轮承受很高的应力。在叶片与动轮底缘以及动轮外缘之间的连接处更是如此。尤其在叶片与动轮底缘间的过度区出现应力高峰。这使得高负载时在所述位置产生裂纹。
过去常采取的措施所产生的效果有限。例如，将叶片局部或整体加厚。但是，裂纹还是会产生。此外，这一方法还会使动轮偏离液压原理上的最佳结构。
                      发明内容
本发明的目的是发明一种轴向辐流式动轮机的动轮的结构，以保证所述易损部位在水轮机的整个使用寿命中有足够的强度，并不会对水轮机的最佳结构形式产生负面影响，而且还使其所需费用尽可能少。因此，叶片将作成尽可能薄的形状。
根据本发明，提供一种轴向辐流式流体动力机械的动轮，特别是用于水轮机的动轮，所述动轮具有动轮底缘、动轮外缘、以及多个叶片，每个叶片包括入口棱边和出口棱边，将出口棱边的延伸段与动轮底缘相交于位于出口棱边无偏折时的交点的下游的点处，以使各个叶片的出口棱边在靠近动轮底缘处的点产生偏折。
根据本发明，在各个叶片的出口棱边以及叶片与动轮底缘连接处沿下游方向增加一小的表面部分。这样，通常具有连续轮廓的叶片出口棱边在离动轮底缘一定距离处产生偏转，因此动轮底缘上的出口棱边末端点位于较通常情况更下游处。
卸载(释放)部分的目的是为了使叶片刚度重新分布，这样，凹部敏感连接处产生的最大结构应力转移作用到大的释放部分的表面区域上，同时降低了应力水平。
发明人在此提出了一个极其简单的办法。所述的表面部分不要求比叶片的出口棱边其余部分更厚。
应用于叶片和动轮底缘间的过渡处的改进措施也可应用于叶片和动轮外缘间的过渡处。但在动轮底缘的过渡处的应力通常更大也更危险，因此在此处采用本发明的方法更重要。
按照本发明的一有利设计，位于出口棱边无偏折时与动轮底缘的交点和出口棱边的延伸段与动轮底缘的交点之间叶片段的长度为位于动轮底缘在入口棱边和出口棱边无偏折时与动轮底缘的交点之间的叶片段长度的至少3％，按照更进一步的有利设计，为至少5％。
按照本发明的另一有利设计，位于出口棱边无偏折时与动轮底缘的交点和偏折点之间叶片段的长度占位于动轮底缘在入口棱边和出口棱边无偏折时与动轮底缘的交点之间的叶片段长度的至少3％，按照更进一步的有利设计，为至少5％。
                         附图说明
根据附图，将对本发明进行更详细的说明。现分别解释如下，其中：
图1为轴向辐流式水轮机的轴向剖视图；
图2为轴向辐流式水轮机局部的子午面剖视图；
图3为图1的局部放大图。
                        具体实施方式
轴向辐流式水轮机如图1所示，包括动轮1，壳体2，扩散器3和轴4等主要构件。
动轮包括动轮底缘11，动轮外缘12，以及多个叶片13。所谓水轮机盖21和动轮底缘11之间存在轮(动轮)边间隙5，动轮外缘12和壳体2之间存在轮(动轮)边间隙6。
由图2又可见轴向辐流式水轮机的动轮底缘11，动轮外缘12，以及叶片13。
叶片13具有入口棱边131和出口棱边132。
还可以看出，叶片132在离动轮底部11不远处有一偏转。传统的叶片出口棱边132的轮廓线如虚线所示。根据本发明的叶片出口棱边132的轮廓线，将本发明与传统叶片相比较，叶片13有一附加的叶片部131，它明显大于传统的弧形过渡结构。本发明实施例中，叶片部131基本为三角形。
由图3即可看出连接关系。图中示出，传统叶片如虚线所示的叶片出口棱边132部分与动轮底缘11相交于点A。而就本发明来说出口棱边132与动轮底缘11相交于点B。因此，与传统叶片的交点A相比，本发明的叶片中的交点B位于A点下游。
叶片的轮廓如下，在动轮底缘11的方向上首先出现第一圆角，它由出口棱边的延伸的线性轮廓伸出。第一圆角再转变为凸的曲线。接着是另一圆角，它在B点与动轮底缘11的内轮廓光滑相连。
与此不同的是，本发明的出口棱边延伸段133也可以为直线。此外，它也可大致呈略凹形，即在几乎整段上都凹。
本发明中附加的叶片部131可以与叶片13作成一体。特别是当整个动轮铸造而成时更应如此。不过它也可以作成不同零件。它可以与出口棱边132的其余部分的厚度相等，也可以有不同的厚度。而且，它还能相对与叶片13的主体部分偏斜，使得在某一方向或其它方向上产生一定的液流偏转。
点C为本发明的纵长段133的引出点，它的位置在不同的实施例中可以有差别。因而点A和点C之间的距离可以是叶片出口棱边132的总长的0.1到0.3。实验证明0.2时最好。或上或下超出所述范围的偏差也是可能。
现有技术中，A-C间的长度以及B-C间的长度至少为沿流向测量的叶片长度的5％。但是，这并不能阻止那些在解决所述问题方面有所进步的更小的尺寸地提出。并不排除解决的方案中更小的尺寸会带来改进。

Claims (9)

1.一种轴向辐流式流体动力机械的动轮，特别是用于水轮机的动轮，所述动轮具有：
动轮底缘(11)，动轮外缘(12)，以及多个叶片(13)；
每个叶片(13)包括入口棱边(131)和出口棱边(132)；
其特征在于，将出口棱边(132)的延伸段(133)与动轮底缘相交于位于出口棱边(132)无偏折时的交点(A)的下游的交点(B)处，以使各个叶片的出口棱边(132)在靠近动轮底缘处的点(C)产生偏折。
2.根据权利要求1所述的动轮，其特征在于，位于偏折点(C)和出口棱边(132)的延伸段(133)与动轮底缘的交点(B)之间的出口棱边(132)的延伸段(133)是线性的。
3.根据权利要求1所述的动轮，其特征在于，位于偏折点(C)和出口棱边(132)的延伸段(133)与动轮底缘的交点(B)之间的出口棱边(132)的延伸段(133)是凹形的。
4.根据权利要求1所述的动轮，其特征在于，位于偏折点(C)和出口棱边(132)的延伸段(133)与动轮底缘的交点(B)之间的出口棱边(132)的延伸段(133)是凸形的。
5.根据权利要求1至4所述的动轮，其特征在于，位于出口棱边无偏折时与动轮底缘的交点(A)和出口棱边(132)的延伸段(133)与动轮底缘的交点(B)之间叶片段的长度为位于动轮底缘在入口棱边和出口棱边无偏折时与动轮底缘的交点(A)之间的叶片段长度的至少3％。
6.根据权利要求5所述的动轮，其特征在于，位于出口棱边无偏折时与动轮底缘的交点(A)和出口棱边(132)的延伸段(133)与动轮底缘的交点(B)之间叶片段的长度为位于动轮底缘在入口棱边和出口棱边无偏折时与动轮底缘的交点(A)之间的叶片段长度的至少5％。
7.根据权利要求1所述的动轮，其特征在于，位于出口棱边无偏折时与动轮底缘的交点(A)和偏折点(C)之间叶片段的长度占位于动轮底缘在入口棱边和出口棱边无偏折时与动轮底缘的交点(A)之间的叶片段长度的至少3％。
8.根据权利要求7所述的动轮，其特征在于，位于出口棱边无偏折时与动轮底缘的交点(A)和偏折点(C)之间叶片段的长度占位于动轮底缘在入口棱边和出口棱边无偏折时与动轮底缘的交点(A)之间的叶片段长度的至少5％。
9.一种轴向辐流式流体动力水轮机，其特征在于，具有如权利要求1至8所述的动轮。
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