CN113236466A - 一种水轮机全新结构的水斗式冲击转轮 - Google Patents

一种水轮机全新结构的水斗式冲击转轮 Download PDF

Info

Publication number
CN113236466A
CN113236466A CN202110710244.9A CN202110710244A CN113236466A CN 113236466 A CN113236466 A CN 113236466A CN 202110710244 A CN202110710244 A CN 202110710244A CN 113236466 A CN113236466 A CN 113236466A
Authority
CN
China
Prior art keywords
bucket
hub
runner
water
side plates
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN202110710244.9A
Other languages
English (en)
Inventor
黄须强
吕朝阳
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Northeastern University China
Original Assignee
Northeastern University China
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Northeastern University China filed Critical Northeastern University China
Priority to CN202110710244.9A priority Critical patent/CN113236466A/zh
Publication of CN113236466A publication Critical patent/CN113236466A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03B—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS
    • F03B1/00—Engines of impulse type, i.e. turbines with jets of high-velocity liquid impinging on blades or like rotors, e.g. Pelton wheels; Parts or details peculiar thereto
    • F03B1/02—Buckets; Bucket-carrying rotors
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/20—Hydro energy

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Hydraulic Turbines (AREA)

Abstract

本发明公开一种水轮机全新结构的水斗式冲击转轮，包括水斗、轮毂、侧板和螺栓组成的分体式水斗式冲击转轮结构，所述水斗背部设置弧形突起的支撑曲面，所述水斗分别通过底部的燕尾凸台与阵列在轮毂外径处的燕尾槽采用过盈配合连接，所述轮毂的毂径处设置螺纹孔组，所述侧板上设置与轮毂的螺纹孔组位置相对应的圆孔组，并通过螺栓穿过侧板的圆孔组，所述侧板设置在轮毂的两侧，通过侧板边缘上的卡环将水斗夹持，使侧板、水斗、轮毂三者连接成一体。具有强度高、耐磨、耐冲蚀等性能，制造成本低廉而且易于维修更换。

Description

一种水轮机全新结构的水斗式冲击转轮
技术领域
本发明涉及水轮机的核心部件技术领域，尤其涉及一种水轮机全新结构的水斗式冲击转轮。
背景技术
水轮机是把水流的能量转换为旋转机械能的动力机械，用来驱动发电机发电。水轮机按照工作原理分类可分为冲击式水轮机和反击式水轮机。冲击式水轮机是借助于特殊导水机构引出具有动能的自由射流，冲向转轮水斗，使转轮旋转做功，从而完成将水能转换成机械能的一种水力原动机。冲击式水轮机的研究制造主要在欧洲进行，我国冲击式水轮机的水斗式冲击转轮以早期哈尔滨大电机等的提供为主，但在近些年已经停止了开发及试验。各厂家仍继续使用旧型转轮或加以一些改造，或以高昂的费用购买国外转轮。
水斗是承受冲击载荷的关键部位，水斗失效即俗称飞斗，这是转轮最严重的转轮故障，转轮技术的很多新措施，都是为防止出现飞斗事故。早期解决飞斗的办法是在转轮外圆加箍，小转轮用圆钢，大转轮用方钢圆环加一圈箍，水斗与箍焊牢，运行时水斗的受力工况由悬臂梁变成简支梁，由于箍的存在，水柱冲击力在外圆产生的力由单个斗变为集体承受，使水斗受力情况得到极大改善，但由于加箍会导致转轮出力不足，在采用加强型转轮后冲击式转轮就不再使用加箍结构。水斗在工作中会产生磨蚀现象，水中含泥沙时，经过一段时间运行后转轮就会产生磨蚀，如泥沙含量大，硬度高时对转轮产生非常严重的冲蚀，转轮的磨蚀是一个较难解决的难题。
目前国内外水斗式冲击转轮都是采用一体铸造成型，如附图6所示。由于冲击转轮的水斗长期受水流磨蚀，必须具有硬度高、耐磨蚀的特性，早期采用20SiMn铸造，水斗部位硬度低、不耐磨蚀，水斗很容易磨损或断裂，无法满足使用要求，所以目前普遍采用0Cr13Ni4Mo这种马氏体钢铸造，才能满足使用要求。使用0Cr13Ni4Mo一体铸造的缺点是制造成本高，轮毂部位因不是水流冲击面，对材料要求相对较低，为了使水斗部位达到使用要求，不得不整体采用0Cr13Ni4Mo一体铸造，这样就造成了成本浪费。冲击式水轮机发展的总趋势是向大容量化发展，转轮的尺寸越来越大，最大可达上百吨。转轮尺寸较小时铸造性能好；但随着转轮尺寸增大，铸造难度增加，容易产生铸造缺陷，尤其水斗是异形结构，又处在转轮的边缘，在铸造的过程中，熔料不易流动至水斗处，更容易出现铸造缺陷。当铸造完成后，即使在铸造后的水斗处发现了砂眼、缩松等质量缺陷，也不能通过回炉熔炼的方式再进行二次铸造，因为这样的做法使成本过高。因此，通常采用局部修复处理后作为成品使用，导致在使用过程中造成转轮上的某一水斗断裂，同时也破坏了转轮的整体平衡性。铸造质量的好坏直接决定着水斗的使用寿命，为了提高转轮的强度，目前设计和制造上使用锻件代替铸件，尤其是大型冲击转轮。虽然整锻转轮性能好，强度高，适用于高水头，高转速转轮，但造价十分高昂，目前国内市场价每吨高达几十万，约为整铸手工铲磨加工转轮价格的4倍。无论是整体铸造还是整体锻造，水斗是易损部位，运行一阶段，就得进行修复，而且必须下线修复，几次堆焊修复后必须整体更换，运行成本大大增加。
发明内容
为了解决上述问题，发明了一种水轮机全新结构的水斗式冲击转轮，具有强度高、耐磨、耐冲蚀等性能，制造成本低廉而且易于维修更换。
为了解决上述问题，本发明采用的技术方案是：
包括水斗、轮毂、侧板和螺栓组成的分体式水斗式冲击转轮结构，所述水斗背部设置弧形突起的支撑曲面，所述水斗分别通过底部的燕尾凸台与阵列在轮毂外径处的燕尾槽采用过盈配合连接，所述轮毂的毂径处设置螺纹孔组，所述侧板上设置与轮毂的螺纹孔组位置相对应的圆孔组，并通过螺栓穿过侧板3的圆孔组，所述侧板设置在轮毂的两侧，通过侧板边缘上的卡环将水斗夹持，使侧板、水斗、轮毂三者连接成一体。
相比现有技术，本发明的有益效果为：
一、水斗与轮毂是各自独立的分体结构。通过水斗底部的燕尾凸台与轮毂外径处的燕尾槽采用过盈配合连接，侧板上设置有卡环，将水斗夹持，使侧板、水斗、轮毂三者连接成一体，结构紧凑、牢固，使其稳定可靠的进行工作运转，实用性强，具有较好的发展前景。采用这种分体式结构，相较于一体铸造成型，降低了其加工难度的同时，使加工质量更容易保证，与早期在转轮外圆加箍的相比，此种结构设计不影响转轮出力，解决了现有水斗式冲击转轮一体成型难、质量不稳定、转轮运转中飞斗等问题。
二、水斗采用复合材料制作。水斗采用低合金高强钢锻造粗加工后，在受水流冲击的内表面复合一层耐磨蚀的特殊材料，使水斗能适用于不同的介质环境下工作，耐磨蚀性强，适用性广泛。目前整体铸造或锻造，既要考虑冲击转轮机械性能又要考虑水斗耐磨性能，0Cr13Ni4Mo作为现在世界上通用转轮制作材料，制造成本极高。
三、轮毂、侧板的材质是低合金高强钢。轮毂采用铸造，侧板采用轧制板材。与目前整体铸造或锻造0Cr13Ni4Mo相比，大大降低了制造成本。
四、水斗可拆卸更换。水斗是冲击转轮是易损部位，整体转轮水斗失效，需更换新转轮，如果采用分体制作，仅需更换损坏的水斗即可继续使用，而且在水轮机上直接拆卸更换，从而避免将转轮整体拆卸下来更换，节省了大量的检修时间，节约了维修成本，互换性能好，后期的维修成本低且维修工期短。
附图说明
图1为本发明提出的一种水轮机全新结构的水斗式冲击转轮的结构示意图；
图2为水斗式冲击转轮正面剖面图；
图3为水斗式冲击转轮侧面剖视图；
图4为水斗结构示意图；
图5为轮毂结构示意图；
图6为侧板结构示意图；
图7为传统结构一体铸造的水斗式冲击转轮。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明较为优选的一部分实施例，而不是全部的实施例。
如图1-7所示：一种水轮机全新结构的水斗式冲击转轮，包括水斗1、轮毂2、侧板3和螺栓4组成的分体式水斗式冲击转轮结构，所述水斗1背部设置弧形突起的支撑曲面102，所述水斗1分别通过底部的燕尾凸台11与阵列在轮毂2外径处的燕尾槽201采用过盈配合连接，所述轮毂2的毂径处设置螺纹孔组202，所述侧板3上设置与轮毂2的螺纹孔组202位置相对应的圆孔组301，并通过螺栓4穿过侧板3的圆孔组301，所述侧板3设置在轮毂2的两侧，通过侧板3边缘上的卡环302将水斗1夹持，使侧板3、水斗1、轮毂2三者连接成一体。
所述水斗1的材质是复合材料，由图4可知：所述复合材料包括设置在水斗1受水流冲击的圆弧形凹陷内表面101上设置有耐磨蚀层12和水斗1的基体材质，其中，水斗基体材质是锻造低合金钢,耐磨蚀层12是3Cr13Ni5Mo或碳化硅陶瓷。
优选的，3Cr13Ni5Mo具有良好的强度、韧性、可焊性及耐磨耐腐蚀性能。
优选的，碳化硅陶瓷具有高耐磨和腐蚀的性能，因此，水斗1应用在海洋领域时，采用碳化硅陶瓷。
所述轮毂2的材质是铸造的或锻造的低合金钢，侧板3的材质为低合金钢。
所述水斗1底部的燕尾凸台11依次与轮毂2外径处的燕尾槽201采用过盈配合连接。
所述轮毂2的凸台两侧分别设有台肩203。
水斗式冲击转轮采用此种分体式结构，结构紧凑、牢固。
当所述水斗1底部的燕尾凸台11与轮毂2外径处的燕尾槽201连接后，水斗1分别贴合在轮毂2圆周上的凸台端面上，当水斗1承受水流的冲击载荷时，背部弧形突起的曲面102起到强力支撑作用，保证水斗不会受冲击变形和断裂。所述侧板3上设置有卡环302，卡环302的内面分别与轮毂2凸台两侧的台肩203相扣合，使水斗定位，这样在水斗1跟随轮毂2的运转时不发生径向松动，效率提升；侧板3、水斗1、轮毂2三者连接成一体，这样水斗不发生轴向窜动，使其稳定可靠的进行工作运转。
水斗1底部燕尾凸台11，采用过盈配合的方式嵌入轮毂圆周面上布设的燕尾槽内；水斗安装方便，可灵活拆卸，当水斗损坏需要更换时，可在水轮机上直接更换，从而避免将转轮整体拆卸下来修复或更换，节省了大量的检修时间，节约了维修时间。
优选的，所述水斗1底部的燕尾凸台11经过预热后依次与轮毂2外径处的燕尾槽201采用公差配合中的过盈配合连接，水斗1背部底面是凸台13，并呈圆弧形，当所述水斗1底部的燕尾凸台11与轮毂2外径处的燕尾槽201连接后，水斗1背部底面的凸台13贴合在轮毂的圆周端面上，当水斗1承受水流的冲击载荷时，背部弧形突起的曲面102起到强力支撑作用，保证水斗不会受冲击变形和断裂。
进一步地，水斗底部燕尾凸台11，通过预热后直接热装嵌入轮毂圆周面上布设的燕尾槽内,安装方便，可灵活拆卸。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种水轮机全新结构的水斗式冲击转轮，其特征在于，包括水斗（1）、轮毂（2）、侧板（3）和螺栓（4）组成的分体式水斗式冲击转轮结构，所述水斗（1）背部设置弧形突起的支撑曲面（102），所述水斗（1）分别通过底部的燕尾凸台（11）与阵列在轮毂（2）外径处的燕尾槽（201）采用过盈配合连接，所述轮毂（2）的毂径处设置螺纹孔组（202），所述侧板（3）上设置与轮毂（2）的螺纹孔组（202）位置相对应的圆孔组（301），并通过螺栓（4）穿过侧板（3）的圆孔组（301），所述侧板（3）设置在轮毂（2）的两侧，通过侧板（3）边缘上的卡环（302）将水斗（1）夹持，使侧板（3）、水斗（1）、轮毂（2）三者连接成一体。
2.根据权利要求1所述的一种水轮机全新结构的水斗式冲击转轮，其特征在于，所述水斗（1）在受水流冲击的圆弧形凹陷内表面（101）上设置有耐磨蚀层（12），所述水斗（1）的基体材质是锻造低合金钢。
3.根据权利要求1所述的一种水轮机全新结构的水斗式冲击转轮，其特征在于，所述轮毂（2）的材质是铸造的或锻造的低合金钢，侧板（3）的材质为低合金钢。
4.根据权利要求1所述的一种水轮机全新结构的水斗式冲击转轮，其特征在于，所述水斗（1）底部的燕尾凸台（11）依次与轮毂（2）外径处的燕尾槽（201）采用过盈配合连接。
5.根据权利要求1一种水轮机全新结构的水斗式冲击转轮，其特征在于，所述轮毂（2）的凸台两侧分别设有台肩（203）。
CN202110710244.9A 2021-06-25 2021-06-25 一种水轮机全新结构的水斗式冲击转轮 Pending CN113236466A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202110710244.9A CN113236466A (zh) 2021-06-25 2021-06-25 一种水轮机全新结构的水斗式冲击转轮

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202110710244.9A CN113236466A (zh) 2021-06-25 2021-06-25 一种水轮机全新结构的水斗式冲击转轮

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN113236466A true CN113236466A (zh) 2021-08-10

Family

ID=77140849

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202110710244.9A Pending CN113236466A (zh) 2021-06-25 2021-06-25 一种水轮机全新结构的水斗式冲击转轮

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN113236466A (zh)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113958438A (zh) * 2021-10-20 2022-01-21 哈尔滨电机厂有限责任公司 一种机械组合方式的佩尔顿涡轮
CN114109694A (zh) * 2021-11-19 2022-03-01 东方电气集团东方电机有限公司 一种组合式冲击式水轮机转轮

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0900935A1 (de) * 1997-09-04 1999-03-10 Sulzer Hydro AG Befestigung von Schaufeln an einer Peltonlaufradscheibe
JP2001153019A (ja) * 1999-11-30 2001-06-05 Toshiba Corp ペルトン水車のバケット、ニードル弁及びペルトン水車
WO2010024686A1 (en) * 2008-08-22 2010-03-04 Rovas As Water turbine and turbine blades
CN102865177A (zh) * 2012-09-13 2013-01-09 沈阳市盛华特种铸造有限公司 一种组合式的冲击式水轮发电机转轮的结构及制造方法
CN111140421A (zh) * 2018-11-02 2020-05-12 通用电气再生能源技术公司 具有提高的寿命的水电涡轮机部件及其形成方法
CN211975262U (zh) * 2020-04-20 2020-11-20 东方电气集团东方电机有限公司 一种镶嵌型冲击式水轮机转轮
CN212225429U (zh) * 2020-04-20 2020-12-25 东方电气集团东方电机有限公司 一种夹持式冲击式水轮机转轮

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0900935A1 (de) * 1997-09-04 1999-03-10 Sulzer Hydro AG Befestigung von Schaufeln an einer Peltonlaufradscheibe
JP2001153019A (ja) * 1999-11-30 2001-06-05 Toshiba Corp ペルトン水車のバケット、ニードル弁及びペルトン水車
WO2010024686A1 (en) * 2008-08-22 2010-03-04 Rovas As Water turbine and turbine blades
CN102865177A (zh) * 2012-09-13 2013-01-09 沈阳市盛华特种铸造有限公司 一种组合式的冲击式水轮发电机转轮的结构及制造方法
CN111140421A (zh) * 2018-11-02 2020-05-12 通用电气再生能源技术公司 具有提高的寿命的水电涡轮机部件及其形成方法
CN211975262U (zh) * 2020-04-20 2020-11-20 东方电气集团东方电机有限公司 一种镶嵌型冲击式水轮机转轮
CN212225429U (zh) * 2020-04-20 2020-12-25 东方电气集团东方电机有限公司 一种夹持式冲击式水轮机转轮

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113958438A (zh) * 2021-10-20 2022-01-21 哈尔滨电机厂有限责任公司 一种机械组合方式的佩尔顿涡轮
CN114109694A (zh) * 2021-11-19 2022-03-01 东方电气集团东方电机有限公司 一种组合式冲击式水轮机转轮
CN114109694B (zh) * 2021-11-19 2023-01-31 东方电气集团东方电机有限公司 一种组合式冲击式水轮机转轮
WO2023087683A1 (zh) * 2021-11-19 2023-05-25 东方电气集团东方电机有限公司 一种组合式冲击式水轮机转轮

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN113236466A (zh) 一种水轮机全新结构的水斗式冲击转轮
CN103805992B (zh) 一种用电火花沉积结合激光熔覆增强金属水轮机转轮叶片表面的方法
CN104668058A (zh) 一种新型球磨机衬板及其衬板安装方法
CN204503215U (zh) 锤式破碎机耐磨锤盘
CN211801213U (zh) 一种低成本、可修复式陶瓷合金复合磨辊
CN205008044U (zh) 一种可拆卸式陶瓷合金复合磨辊
CN103203266A (zh) 一种复合阶梯式耐磨衬板
CN101560942B (zh) 具有耐磨损的加强边缘的液力机部件以及使用该部件的液力机
CN202788863U (zh) 一种盾构机用重型撕裂刀
CN101239380A (zh) 双金属复合铸造板锤生产工艺方法
CN201757019U (zh) 一种水轮机叶轮结构
CN107664037B (zh) 一种用于盾构机硬质岩掘进的弹硬刀圈及其热处理方法
CN111112583A (zh) 一种低成本、可修复式陶瓷合金复合磨辊的制造方法
CN102909113B (zh) 一种破碎机用复合板锤的及其制作方法
CN211636746U (zh) 一种分体式耐磨锤头
CN202590878U (zh) 组合式强力甩锤
CN212493222U (zh) 一种多面型耐磨锤头
CN201154315Y (zh) 一种镶铸耐磨合金的承击砧
CN213193909U (zh) 一种易拆卸、可修复高耐磨陶瓷合金复合磨辊
CN202497903U (zh) 锤式破碎机耐磨锤盘
CN201791571U (zh) 一种用于高铬铸铁磨煤机的衬板
CN209406446U (zh) 一种用于金属破碎的锤头结构
CN206652574U (zh) 耐磨风扇磨煤机轻型冲击轮
CN113775459B (zh) 一种支架结构的佩尔顿涡轮轮毂
CN214021135U (zh) 一种熔融还原工艺还原剂破碎用锤头

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

Application publication date: 20210810

WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication