CN114109694B - 一种组合式冲击式水轮机转轮 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种组合式冲击式水轮机转轮，涉及冲击式水轮机技术领域，包括水斗、轮盘、上盖板和下盖板；水斗设置有若干且均匀布置在轮盘外周，水斗包括内端的水斗根部和外端的水斗戽；水斗根部呈嵌入式拨叉型结构，包括上拨叉和下拨叉，上拨叉和下拨叉上设置有若干上下同轴的水斗根部孔，上拨叉和下拨叉之间靠近水斗戽的一端设置有嵌入式挡块；轮盘的中心开设有第一轴孔，盘面上开设有若干组孔系，每一组孔系沿圆周方向均设置有若干个轮盘通孔，轮盘沿圆周方向边缘均布有若干嵌入槽，嵌入式挡块嵌入嵌入槽内，使嵌入式挡块和轮盘承受射流冲击水斗根部的部分切向力；上盖板和下盖板的中心均开设有第二轴孔，板面上开设有若干盖板固定孔。

Description

一种组合式冲击式水轮机转轮

技术领域

本发明涉及冲击式水轮机技术领域，更具体地说涉及一种组合式冲击式水轮机转轮。

背景技术

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。冲击式水轮机适用于高水头、小流量的电站，它将来自压力管道的水，经喷嘴后转换为高速射流，切向冲击转轮，推动转轮旋转，从而带动发电机转子转动发电。在冲击式水轮机中，以工作射流与转轮相对位置和做工次数的不同，可分为切击式水轮机、斜击式水轮机和双击式水轮机。

转轮是冲击式水轮机的一个重要部件，包括轮盘和水斗两部分。转轮结构分为整体式和组合式。整体式结构采用铸锻件毛坯整体数控加工，由于水斗型面复杂，相邻间隙狭小，因此数控加工难度大，周期长，制造成本高昂。组合式将水斗和轮盘分别加工，最终装配至整体成型，其加工难度小，周期短，但转轮整体强度较差，转动过程中的复杂受力容易导致螺栓疲劳断裂，继而引起断斗、水斗飞逸等严重事故，对机组安全运行带来不良隐患。

公开号为CN211975262U，公开日为2020年11月20日的实用新型专利文献，公开了一种镶嵌型冲击式水轮机转轮，包括轮盘和均匀分布在轮盘周围的水斗组，所述水斗组各水斗的根部均设有连接块，轮盘外周对应每个连接块分别设有卡槽，所述卡槽槽底的内径大于卡槽外端口处的内径；所述连接块整体嵌入卡槽内，连接块的根部与轮盘相接触，轮盘内侧设有定位连接件径向固定所述连接块。本实用新型所述转轮通过轮盘卡槽和水斗根部的负角度连接块，再通过螺栓进行定位，对水斗进行镶嵌，来改善冲击式水轮机转轮在运行过程中水斗的根部受力情况，从而实现对水斗根部受力优化。

上述专利提供的冲击式水轮机转轮，在转轮长期运行中，复杂受力仍然会导致螺栓疲劳断裂，继而引起断斗、水斗飞逸等严重事故，对机组安全运行带来不良隐患。

发明内容

为了克服上述现有技术中存在的缺陷，本发明公开了一种组合式冲击式水轮机转轮，本发明的目的是为提升组合式转轮结构的强度，改善水斗根部受力情况，解决离心力均由螺栓承受而易引起螺栓疲劳断裂、切向力由水斗根部承受而易引起根部断裂的问题。本发明通过上下盖板、轮盘和具有特殊嵌入式拨叉型根部结构的水斗，通过各组件间的多重连接与配合，有效提升了转轮的整体强度，其结构稳定，可靠性强，水斗根部受力情况得到优化，使机组在运行过程中受力更加均匀，同时多重保障减小水斗飞逸、断裂的风险，从而保证整个机组的安全稳定运行。

为了实现以上目的，本发明采用的技术方案：

一种组合式冲击式水轮机转轮，包括水斗、轮盘、上盖板和下盖板；

所述水斗设置有若干且均匀布置在所述轮盘外周，水斗包括内端的水斗根部和外端的水斗戽；所述水斗根部呈嵌入式拨叉型结构，包括上拨叉和下拨叉，所述上拨叉和下拨叉上设置有若干上下同轴的水斗根部孔，上拨叉和下拨叉之间靠近所述水斗戽的一端设置有嵌入式挡块；

所述轮盘的中心开设有第一轴孔，盘面上开设有若干组孔系，每一组孔系沿圆周方向均设置有若干个轮盘通孔，轮盘沿圆周方向边缘均布有若干嵌入槽，所述嵌入式挡块嵌入所述嵌入槽内，使所述嵌入式挡块和轮盘承受射流冲击水斗根部的部分切向力，第一固定件穿过所述水斗根部孔和轮盘通孔将所述水斗根部安装在所述轮盘外周；

所述上盖板和下盖板的中心均开设有第二轴孔，板面上沿圆周方向均开设有若干盖板固定孔，第二固定件穿过所述盖板固定孔、水斗根部孔和轮盘通孔，将所述上盖板和下盖板盖合在所述水斗根部和轮盘上固定所述水斗根部和轮盘。

进一步的是，所述上拨叉顶端面上靠近所述水斗戽的一端，以及所述下拨叉底端面上靠近所述水斗戽的一端均开设有拨叉根部槽。

进一步的是，所述水斗根部孔包括用于将所述水斗根部定位安装在所述轮盘上的第一固定件安装孔，以及利用所述上盖板和下盖板，将所述水斗根部和轮盘夹紧的第二固定件安装孔。

进一步的是，所述第一固定件安装孔包括位于所述上拨叉上的第一销孔和第二销孔，以及位于所述下拨叉上的第一通孔和第二通孔，所述第一销孔和第一通孔同轴，所述第二销孔和所述第二通孔同轴。

进一步的是，所述第二固定件安装孔包括位于所述上拨叉上的第三通孔和位于所述下拨叉上的第四通孔，所述第三通孔和所述第四通孔同轴，第三通孔位于所述第一销孔和第二销孔之间，第四通孔位于所述第一通孔和第二通孔之间。

进一步的是，所述孔系包括用于所述第一固定件横穿的第一孔系和第二孔系，以及用于所述第二固定件横穿的第三孔系，所述第三孔系位于所述第一孔系和第二孔系之间。

进一步的是，所述嵌入槽上下贯穿，外端与外部连通；所述轮盘内设置有筒体，所述筒体向所述轮盘上方和下方延伸并穿过所述上盖板和下盖板的第二轴孔，所述第一轴孔位于所述筒体内，第一轴孔内还设置有键槽。

进一步的是，所述上盖板底端面和下盖板顶端面上均设置有呈圆环形且竖直的第一凸起，所述第一凸起与所述上拨叉顶端面或者下拨叉的底端面接触，所述盖板固定孔贯穿所述第一凸起。

进一步的是，所述上盖板底端面和下盖板顶端面上均设置有呈圆环形且竖直的第二凸起，所述第二凸起位于所述第一凸起外侧且其高度高于所述第一凸起，第二凸起插入所述拨叉根部槽内。

进一步的是，所述上盖板底端面和下盖板顶端面上均设置有呈圆环形且竖直的第三凸起，所述第三凸起位于所述第一凸起内侧且与所述轮盘的端面接触。

进一步的是，所述第一固定件和所述第二固定件均为螺栓螺母，第一固定件的螺栓为带定位销轴和外螺纹的螺栓，所述盖板固定孔为沉头孔。

本发明的有益效果：

1、本发明改变了水斗根部结构，提升了根部强度，也引导转动时的切向力被根部挡块、轮盘共同处理，一定程度上保护了水斗，避免了根部高应力集中。

2、本发明水斗根部的多重螺栓把合及上下盖板夹持水斗与轮盘的结构，进一步防止由于长期受转轮离心力而导致螺栓疲劳断裂，减小水斗飞逸的风险，并使上下盖板与水斗根部螺栓和轮盘共同承受转动时的离心力，使机组在运行过程中受力得到优化。

3、本发明通过各组件间的多重连接与配合，有效提升了转轮的整体强度，其结构稳定，可靠性强，水斗根部受力情况得到优化，使机组在运行过程中受力更加均匀，同时多重保障减小水斗飞逸、断裂的风险，从而保证整个机组的安全稳定运行。

4、本发明单件加工的难度小，周期短，上下盖板和轮盘皆具有通用性，可反复使用，同时新组合式结构也很牢固，可靠性强。

附图说明

图1为本发明转轮的爆炸图；

图2为本发明水斗的示意图；

图3为本发明水斗另一视角的示意图；

图4为本发明水斗安装在轮盘的示意图；

图5为本发明轮盘的俯视图；

图6为本发明轮盘的剖视图；

图7为本发明上盖板的俯视图；

图8为本发明上盖板的剖视图；

图9为本发明转轮装配后的示意图；

附图标记：

1、水斗；11、水斗根部；111、上拨叉；112、下拨叉；113、嵌入式挡块；114、拨叉根部槽；115、第一销孔；116、第二销孔；117、第一通孔；118、第二通孔；119、第三通孔；110、第四通孔；12、水斗戽；2、轮盘；21、第一轴孔；22、嵌入槽；23、第一孔系；24、第二孔系；25、第三孔系；26、筒体；27、键槽；3、上盖板；31、第二轴孔；32、盖板固定孔；33、第一凸起；34、第二凸起；35、第三凸起；4、下盖板。

具体实施方式

以下将结合实施例和附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果进行清楚、完整的描述，以充分地理解本发明的目的、特征和效果。

实施例1

一种组合式冲击式水轮机转轮，如图1-9所示，包括水斗1、轮盘2、上盖板3和下盖板4。

水斗1设置有若干且均匀布置在轮盘2外周，水斗1包括内端的水斗根部11和外端的水斗戽12；水斗根部11呈嵌入式拨叉型结构，包括上拨叉111和下拨叉112，上拨叉111和下拨叉112上设置有若干上下同轴的水斗根部孔，上拨叉111和下拨叉112之间靠近水斗戽12的一端设置有嵌入式挡块113。

轮盘2的中心开设有第一轴孔21，盘面上开设有若干组孔系，每一组孔系沿圆周方向均设置有若干个轮盘通孔，轮盘2沿圆周方向边缘均布有若干嵌入槽22，嵌入式挡块113嵌入嵌入槽22内，使嵌入式挡块113和轮盘2承受射流冲击水斗根部11的部分切向力，第一固定件穿过水斗根部孔和轮盘通孔将水斗根部11安装在轮盘2外周。

上盖板3和下盖板4的中心均开设有第二轴孔31，板面上沿圆周方向均开设有若干盖板固定孔32，第二固定件穿过盖板固定孔32、水斗根部孔和轮盘通孔，将上盖板3和下盖板4盖合在水斗根部11和轮盘2上固定水斗根部11和轮盘2。

本实施例中，水斗1的上拨叉111和下拨叉112上设置有嵌入式挡块113的几何特征，用于和轮盘2的嵌入槽22特征紧密配合。以往的结构中，转轮运行时受射流冲击的切向力仅靠水斗根部承受，新结构增加了根部的强度，嵌入式挡块113的几何特征使根部强度更高，也引导该切向力被根部嵌入式挡块113、轮盘2共同处理，一定程度上保护了水斗1，避免了根部高应力集中。

本实施例中，第一固定件和第二固定件均为螺栓螺母，第一固定件的螺栓为带定位销轴和外螺纹的螺栓，盖板固定孔32为沉头孔。通过设置有上盖板3和下盖板4固定水斗根部11和轮盘2，进一步保证根部与轮盘间的紧密配合，使结构更可靠。

实施例2

本实施例在实施例1的基础上作进一步的改进，如图2-4和8所示，上拨叉111顶端面上靠近水斗戽12的一端，以及下拨叉112底端面上靠近水斗戽12的一端均开设有拨叉根部槽114。

本实施例中，拨叉根部槽114用于与上下盖板的第二凸起34配合，当水斗根部与轮盘装配完成后，再装配上下盖板，盖板的第二凸起34特征将嵌入水斗根部上下的拨叉根部槽114内。以往水斗在转轮高速转动时的所受的离心力仅靠水斗根部螺栓承受，螺栓失效则水斗可能发生飞逸，新的几何特征将使上下盖板与水斗根部螺栓和轮盘（因为上下盖板也与轮盘把合）共同承受转动时的离心力，使机组在运行过程中受力优化，也防止极端情况下螺栓因疲劳失效断裂后水斗飞逸的危险情况。

实施例3

本实施例在实施例2的基础上作进一步的改进，如图2-4所示，水斗根部孔包括用于将水斗根部11定位安装在轮盘2上的第一固定件安装孔，以及利用上盖板3和下盖板4，将水斗根部11和轮盘2夹紧的第二固定件安装孔。第一固定件安装孔用于安装带有定位销轴的螺栓，第二固定件安装孔用于安装上下盖板沉头孔系的螺栓。

第一固定件安装孔包括位于上拨叉111上的第一销孔115和第二销孔116，以及位于下拨叉112上的第一通孔117和第二通孔118，第一销孔115和第一通孔117同轴，第二销孔116和第二通孔118同轴。第一销孔115和第二销孔116的销孔大小与带有定位销的螺栓的销轴大小一致，用作定位；第一通孔117和第二通孔118与带有定位销轴的螺栓的螺纹大小相对应，螺栓通过第一通孔117和第二通孔118后，与螺帽连接用作把合。

第二固定件安装孔包括位于上拨叉111上的第三通孔119和位于下拨叉112上的第四通孔110，第三通孔119和第四通孔110同轴，第三通孔119位于第一销孔115和第二销孔116之间，第四通孔110位于第一通孔117和第二通孔118之间。第三通孔119和第四通孔110与上下盖板沉头孔系的螺栓相对应，螺栓通过第三通孔119和第四通孔110，将上下盖板与水斗根部和轮盘夹紧。

实施例4

本实施例在实施例3的基础上作进一步的改进，如图4-6所示，孔系包括用于第一固定件横穿的第一孔系23和第二孔系24，以及用于第二固定件横穿的第三孔系25，第三孔系25位于第一孔系23和第二孔系24之间。

上述孔系中，第一孔系23和第二孔系24为销孔，用于和水斗根部的销钉配合定位，第三孔系25为螺纹底孔，用于和上下盖板的螺栓把合，双重夹紧水斗根部与轮盘，三组孔系与轮盘共同承受转轮转动时的离心力，更加安全可靠。

嵌入槽22上下贯穿，外端与外部连通；轮盘2内设置有筒体26，筒体26向轮盘2上方和下方延伸并穿过上盖板3和下盖板4的第二轴孔31，第一轴孔21位于筒体26内，第一轴孔21内还设置有键槽27。第一轴孔21和键槽27用于与转动主轴和键配合，保证转轮的位置精确和转动力矩足够。

沿圆周方向均布有嵌入槽22，尺寸与水斗根部的嵌入式挡块113保持精密配合，将水斗嵌入轮盘后，该几何特征与轮盘将辅助承受射流冲击水斗根部的部分切向力，有助于保持根部强度，减小水斗根部断裂的风险。

实施例5

本实施例在实施例4的基础上作进一步的改进，如图7-8所示，上、下盖板结构和尺寸完全一致且对称。上盖板3底端面和下盖板4顶端面上均设置有呈圆环形且竖直的第一凸起33，第一凸起33与上拨叉111顶端面或者下拨叉112的底端面接触，盖板固定孔32贯穿第一凸起33。

本实施例中，利用螺栓夹持水斗根部与轮盘，在水斗根部与轮盘把合装配后，利用第一凸起33夹紧水斗根部的上下两端。在水斗和轮盘把合之外，再夹持水斗和轮盘，进一步保证根部与轮盘间的紧密配合，使结构更可靠。

实施例6

本实施例在实施例5的基础上作进一步的改进，如图7-8所示，上盖板3底端面和下盖板4顶端面上均设置有呈圆环形且竖直的第二凸起34，第二凸起34位于第一凸起33外侧且其高度高于第一凸起33，第二凸起34插入拨叉根部槽114内。

第二凸起34用于卡住水斗根部的拨叉根部槽114，进一步防止由于长期受转轮离心力而导致螺栓疲劳断裂，减小水斗飞逸的风险，并使上下盖板与水斗根部螺栓和轮盘共同承受转动时的离心力，使机组在运行过程中受力优化。

上盖板3底端面和下盖板4顶端面上均设置有呈圆环形且竖直的第三凸起35，第三凸起35位于第一凸起33内侧且与轮盘2的端面接触。

为了更好的理解本发明，下面对本发明的工作原理作一次完整的描述：

在装配时，将各部分制作完成后，先将水斗1嵌入轮盘2，并通过带有定位销的螺栓与轮盘指定位置把合，使水斗1和轮盘2紧密配合并保证水斗的定位精确。将水斗1与轮盘2把合后，再将上下盖板与轮盘2装配，夹持水斗根部，减小由于离心力使水斗飞逸的风险，即形成整体转轮。

在使用时，嵌入式挡块和嵌入槽提升了根部强度，也引导转动时的切向力被根部挡块、轮盘共同处理，一定程度上保护了水斗，避免了根部高应力集中；同时水斗根部的多重螺栓把合及上下盖板夹持水斗与轮盘的结构，进一步防止由于长期受转轮离心力而导致螺栓疲劳断裂，减小水斗飞逸的风险，并使上下盖板与水斗根部螺栓和轮盘共同承受转动时的离心力，使机组在运行过程中受力得到优化。通过各组件间的多重连接与配合，有效提升了转轮的整体强度，其结构稳定，可靠性强，水斗根部受力情况得到优化，使机组在运行过程中受力更加均匀，同时多重保障减小水斗飞逸、断裂的风险，从而保证整个机组的安全稳定运行。

以上对本发明的实施方式进行了具体说明，但本发明并不限于所述实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可作出种种等同变型或替换，这些等同或替换均包含在本发明权利要求所限定的范围内。

Claims (10)

1.一种组合式冲击式水轮机转轮，其特征在于：包括水斗（1）、轮盘（2）、上盖板（3）和下盖板（4）；

所述水斗（1）设置有若干且均匀布置在所述轮盘（2）外周，水斗（1）包括内端的水斗根部（11）和外端的水斗戽（12）；所述水斗根部（11）呈嵌入式拨叉型结构，包括上拨叉（111）和下拨叉（112），所述上拨叉（111）和下拨叉（112）上均设置有若干水斗根部孔，所述水斗根部孔在不同拔叉上的孔上下同轴设置，上拨叉（111）和下拨叉（112）之间靠近所述水斗戽（12）的一端设置有嵌入式挡块（113）；

所述轮盘（2）的中心开设有第一轴孔（21），盘面上开设有若干组孔系，每一组孔系沿圆周方向均设置有若干个轮盘通孔，轮盘（2）沿圆周方向边缘均布有若干嵌入槽（22），所述嵌入式挡块（113）嵌入所述嵌入槽（22）内，使所述嵌入式挡块（113）和轮盘（2）承受射流冲击水斗根部（11）的部分切向力，第一固定件穿过所述水斗根部孔和轮盘通孔将所述水斗根部（11）安装在所述轮盘（2）外周；

所述上盖板（3）和下盖板（4）的中心均开设有第二轴孔（31），板面上沿圆周方向均开设有若干盖板固定孔（32），第二固定件穿过所述盖板固定孔（32）、水斗根部孔和轮盘通孔，将所述上盖板（3）和下盖板（4）盖合在所述水斗根部（11）和轮盘（2）上固定所述水斗根部（11）和轮盘（2）。

2.如权利要求1所述的组合式冲击式水轮机转轮，其特征在于：所述上拨叉（111）顶端面上靠近所述水斗戽（12）的一端，以及所述下拨叉（112）底端面上靠近所述水斗戽（12）的一端均开设有拨叉根部槽（114）。

3.如权利要求1所述的组合式冲击式水轮机转轮，其特征在于：所述水斗根部孔包括用于将所述水斗根部（11）定位安装在所述轮盘（2）上的第一固定件安装孔，以及利用所述上盖板（3）和下盖板（4），将所述水斗根部（11）和轮盘（2）夹紧的第二固定件安装孔。

4.如权利要求3所述的组合式冲击式水轮机转轮，其特征在于：所述第一固定件安装孔包括位于所述上拨叉（111）上的第一销孔（115）和第二销孔（116），以及位于所述下拨叉（112）上的第一通孔（117）和第二通孔（118），所述第一销孔（115）和第一通孔（117）同轴，所述第二销孔（116）和所述第二通孔（118）同轴。

5.如权利要求4所述的组合式冲击式水轮机转轮，其特征在于：所述第二固定件安装孔包括位于所述上拨叉（111）上的第三通孔（119）和位于所述下拨叉（112）上的第四通孔（110），所述第三通孔（119）和所述第四通孔（110）同轴，第三通孔（119）位于所述第一销孔（115）和第二销孔（116）之间，第四通孔（110）位于所述第一通孔（117）和第二通孔（118）之间。

6.如权利要求1所述的组合式冲击式水轮机转轮，其特征在于：所述孔系包括用于所述第一固定件横穿的第一孔系（23）和第二孔系（24），以及用于所述第二固定件横穿的第三孔系（25），所述第三孔系（25）位于所述第一孔系（23）和第二孔系（24）之间。

7.如权利要求1所述的组合式冲击式水轮机转轮，其特征在于：所述嵌入槽（22）上下贯穿，外端与外部连通；所述轮盘（2）内设置有筒体（26），所述筒体（26）向所述轮盘（2）上方和下方延伸并穿过所述上盖板（3）和下盖板（4）的第二轴孔（31），所述第一轴孔（21）位于所述筒体（26）内，第一轴孔（21）内还设置有键槽（27）。

8.如权利要求2所述的组合式冲击式水轮机转轮，其特征在于：所述上盖板（3）底端面和下盖板（4）顶端面上均设置有呈圆环形且竖直的第一凸起（33），所述第一凸起（33）与所述上拨叉（111）顶端面或者下拨叉（112）的底端面接触，所述盖板固定孔（32）贯穿所述第一凸起（33）。

9.如权利要求8所述的组合式冲击式水轮机转轮，其特征在于：所述上盖板（3）底端面和下盖板（4）顶端面上均设置有呈圆环形且竖直的第二凸起（34），所述第二凸起（34）位于所述第一凸起（33）外侧且其高度高于所述第一凸起（33），第二凸起（34）插入所述拨叉根部槽（114）内。

10.如权利要求8所述的组合式冲击式水轮机转轮，其特征在于：所述上盖板（3）底端面和下盖板（4）顶端面上均设置有呈圆环形且竖直的第三凸起（35），所述第三凸起（35）位于所述第一凸起（33）内侧且与所述轮盘（2）的端面接触。

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