CN205508253U - 一种3d打印混流式水轮机模型转轮连接组件 - Google Patents
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Abstract
一种3D打印混流式水轮机模型转轮连接组件，它涉及一种水轮机模型连接件，为解决现有3D打印金属混流式水轮机模型表面粗糙、制造成本高和生产周期长，以及3D打印非金属水轮机模型联轴法兰与金属转动轴装配时易损坏；转轮上的螺纹孔容易破坏，使得转轮无法拆卸等问题。混流式水轮机模型转轮连接组件包括金属联轴法兰(3)和金属泄水锥(2)；金属联轴法兰(3)为凸缘联轴法兰，凸缘位于金属联轴法兰(3)中部偏下，金属联轴法兰(3)底部设有反扣螺纹孔(3‑5)；金属泄水锥上部侧壁(2‑1)加长与金属联轴法兰(3)底部相接触。本实用新型用于模拟水轮机领域。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种水轮机模型连接件，具体涉及一种3D打印水轮机模型转轮连接组件。
背景技术
随着发电设备制造行业竞争的日趋加剧，水轮机模型制造技术在模型水轮机转轮开发过程中越来越重要，在某种程度上甚至决定了大型水电项目竞标的成败。传统的模型水轮机模型转轮的制造大都采取铸造铜坯进行数控加工来实现，其由转轮、上冠、下环、联轴法兰和叶片装配而成，如图7和图8所示；其中转轮(5)、上冠(6)、下环(7)、联轴法兰(8)和叶片(9)。此种制造方法可以获得高质量的模型水轮机转轮，但从水力开发效率角度，传统的数控加工模型水轮机转轮制造方式存在以下问题：一是制造周期长，每台模型水轮机转轮的加工周期一般在25天左右；二是制造成本高，每台模型转轮制造成本约20万元。同时，铸造铜坯的缺陷及后续处理将进一步增加制造周期和成本。制造周期过长严重影响着水力开发的效率，进而影响企业在水电市场上的竞争力。
3D打印技术(又称增材制造技术)诞生于20世纪80年代，是基于材料堆积法的一种新型制造技术，可以根据零件或物体的三维模型数据，通过成型设备以材料累加的方式制成实物模型。可以自动、直接、快速、精确地将设计思想转变为原型或直接用于制造零件，是一种高效低成本的零件原型制作和新设计思想校验等的实现手段。模型水轮机转轮的设计制造与3D打印技术拥有着完美的契合点，基于此，开展了3D打印技术应用于模型水轮机转轮制造领域的研究。
目前，3D打印的水轮机模型有两种材质：
一种为金属材料，即整体制造的3D打印的水轮机模型，该水轮机模型在使用中存在以下两个缺点：⑴、由于模型水轮机转轮直径过大(不少于350mm)，3D打印技术打印的金属材料模型水轮机转轮难于实现。⑵、模型水轮机转轮的表面粗糙度难以保证，需要后期耗时打磨，这无疑增加了制造成本和生产周期。因此，3D打印的金属水轮机模型与传统制造方法相比并无优势，故被排除。
另一种为非金属材料(塑料)，非金属水轮机模型虽然在时间、成本上和传统制造方法相比具有较大的优势，成本可降至传统方法的1/5，时间可缩短20天左右。基于传统 3D打印技术的加工思想，希望对水轮机模型整体加工成型，而不是上冠、下环、联轴法兰和叶片分体加工和装配，随之而来带来以下问题：⑴原联轴法兰部分与模型试验台转动轴连接时，需要进行键配合和紧配合。在安装过程中，非金属的联轴法兰部分与金属转动轴装配极易损坏；同时，金属螺栓可能与非金属模型转轮材料发生压紧力，破坏模型转轮。⑵模型水轮机通过键和键槽配合传递扭矩，由于非金属材料的抗扭能力较金属材料差，在模型试验中的流量和压力作用下，极易损坏非金属键槽甚至模型转轮破碎，破坏整个试验台系统。⑶由于模型水轮机转轮在模型试验结束后需要进行拆卸，传统方法为在上冠上攻两个反扣螺纹孔，以便进行拆卸转轮，而采用非金属材料的转轮只能在非金属部分开孔，在拆卸过程中，螺纹易被破坏，导致转轮无法拆卸。
实用新型内容
本实用新型的目的是提供一种3D打印混流式水轮机模型转轮连接组件，以解决现有3D打印金属混流式水轮机模型表面粗糙、制造成本高和生产周期长，以及3D打印非金属水轮机模型联轴法兰与金属转动轴装配时易损坏；转轮上的螺纹孔容易破坏，使得转轮无法拆卸等问题。
本实用新型混流式水轮机模型转轮连接组件包括金属联轴法兰(3)和金属泄水锥(2)；金属联轴法兰(3)为凸缘联轴法兰，凸缘位于金属联轴法兰(3)中部偏下，金属联轴法兰(3)底部设有反扣螺纹孔(3-5)；金属泄水锥上部侧壁(2-1)加长与金属联轴法兰(3)底部相接触。
所述的3D打印混流式水轮机模型转轮包括模型转轮(1)和数个连接元件，所述模型转轮(1)的上托架(1-1)上沿轴向设有阶梯孔，阶梯孔由下至上依次为泄水锥孔(1-1-1)、连接孔(1-1-2)和法兰孔(1-1-3)，泄水锥孔(1-1-1)的直径、连接孔(1-1-2)的直径和法兰孔(1-1-3)的直径依次递增，金属泄水锥(2)安装在泄水锥孔(1-1-1)中，金属泄水锥(2)与泄水锥孔(1-1-1)采用过盈配合，连接孔(1-1-2)外围设有数个与法兰孔(1-1-3)连通的螺纹孔(1-1-4)，金属联轴法兰(3)的凸缘上设有数个通孔(3-2)，数个通孔(3-2)与数个螺纹孔(1-1-4)一一对应，金属联轴法兰(3)安装在连接孔(1-1-2)和法兰孔(1-1-3)中，连接元件经通孔(3-2)和螺纹孔(1-1-4)紧固连接将金属联轴法兰(3)与模型转轮(1)固定连接。
本实用新型具有以下有益效果：
一、本实用新型的金属联轴法兰(3)和金属泄水锥(2)均采用金属材料，在安装过程中，金属的联轴法兰与金属的模型试验台转动轴装配时，联轴法兰不易损坏。同时， 本实用新型省去了上冠(6)，模型转轮(1)直接与金属联轴法兰(3)连接，使得模型转轮不易破损。本实用新型模型转轮上的螺纹孔开在平面上，在拆卸过程中，模型转轮上的螺纹孔不容易破坏，使得模型转轮容易拆卸。
二、随着国内核电及大型火电机组的投建，近年来国内抽水蓄能电站建设明显加速。可以预见，未来抽水蓄能市场将是开拓的重要领域。混流式水轮机是现代抽水蓄能电站的主要机组形式，混流式水轮机既可以作为水轮机使用又可以作为水泵使用，使用水头范围宽，结构简单、总价低，土建工程量小。本实用新型在混流式水轮机模型转轮上的成功应用，成功拓展了3D打印技术在水轮机模型转轮制造领域的应用范围，对企业提高水力设计与试验效率、降低研发成本、增强市场竞争力将发挥重要而积极的作用。
附图说明
图1是3D打印混流式水轮机模型转轮及连接组件整体结构主剖视图；
图2是图1的俯视图；
图3是金属联轴法兰(3)的结构主剖视图；
图4是图3的俯视图；
图5是金属泄水锥(2)的结构主剖视图；
图6是模型转轮(1)的结构主剖视图；
图7是现有金属铸造水轮机模型整体结构主剖视图；
图8是图7的俯视图。
具体实施方式
具体实施方式一：结合图1～图6说明本实施方式，本实施方式混流式水轮机模型转轮连接组件包括金属联轴法兰3和金属泄水锥2；金属联轴法兰3为凸缘联轴法兰，凸缘位于金属联轴法兰3中部偏下，金属联轴法兰3底部设有反扣螺纹孔3-5；金属泄水锥上部侧壁2-1加长与金属联轴法兰3底部相接触。
金属泄水锥2和金属联轴法兰3的材质为铜或不锈钢。
具体实施方式二：结合图1～图6说明本实施方式，本实施方式所述的3D打印混流式水轮机模型转轮包括模型转轮1和数个连接元件，所述模型转轮1的上托架1-1上沿轴向设有阶梯孔，阶梯孔由下至上依次为泄水锥孔1-1-1、连接孔1-1-2和法兰孔1-1-3，泄水锥孔1-1-1的直径、连接孔1-1-2的直径和法兰孔1-1-3的直径依次递增，金属泄水锥2安装在泄水锥孔1-1-1中，金属泄水锥2与泄水锥孔1-1-1采用过盈配合，连接孔1-1-2外围设有数个与法兰孔1-1-3连通的螺纹孔1-1-4，金属联轴法兰3的凸缘上设有数个通 孔3-2，数个通孔3-2与数个螺纹孔1-1-4一一对应，金属联轴法兰3安装在连接孔1-1-2和法兰孔1-1-3中，连接元件经通孔3-2和螺纹孔1-1-4紧固连接将金属联轴法兰3与模型转轮1固定连接。
金属联轴法兰3的传动轴内孔中设有键槽3-1。使用时，金属联轴法兰3与模型试验台转动轴连接，且键槽3-1通过键与模型试验台转动轴上的键槽紧配合。
具体实施方式三：结合图1、2和图4说明本实施方式，本实施方式是连接元件的数量为6个～12个。增加连接元件的数量，以保证金属联轴法兰3有安全可靠的传递扭矩。其它组成与连接关系与具体实施方式二相同。
具体实施方式四：结合图1、2和图4说明本实施方式，本实施方式是连接元件的数量为10个。其它组成与连接关系与具体实施方式二相同。
具体实施方式五：结合图6说明本实施方式，本实施方式的螺纹孔1-1-4的深度h为20mm～30mm。增加螺纹孔1-1-4的深度，以保证金属联轴法兰3有安全可靠的传递扭矩，减小金属连接元件与非金属模型转轮1之间的压强。其它组成与连接关系与具体实施方式二、三或四相同。
具体实施方式六：结合图1、2、4和6说明本实施方式，本实施方式的螺纹孔1-1-4的深度h为25mm。其它组成与连接关系与具体实施方式四相同。
具体实施方式七：结合图1、2和4说明本实施方式，本实施方式螺纹孔1-1-4均布于连接孔1-1-2外围。其它组成与连接关系与具体实施方式二相同。
具体实施方式八：本实施方式连接元件为连接螺钉。其它组成与连接关系与具体实施方式二相同。
Claims (9)
1.一种3D打印混流式水轮机模型转轮连接组件，其特征在于：混流式水轮机模型转轮连接组件包括金属联轴法兰(3)和金属泄水锥(2)；金属联轴法兰(3)为凸缘联轴法兰，凸缘位于金属联轴法兰(3)中部偏下，金属联轴法兰(3)底部设有反扣螺纹孔(3-5)；金属泄水锥上部侧壁(2-1)加长与金属联轴法兰(3)底部相接触。
2.根据权利要求1所述的一种3D打印混流式水轮机模型转轮连接组件，其特征在于：所述的3D打印混流式水轮机模型转轮包括模型转轮(1)和数个连接元件，所述模型转轮(1)的上托架(1-1)上沿轴向设有阶梯孔，阶梯孔由下至上依次为泄水锥孔(1-1-1)、连接孔(1-1-2)和法兰孔(1-1-3)，泄水锥孔(1-1-1)的直径、连接孔(1-1-2)的直径和法兰孔(1-1-3)的直径依次递增，金属泄水锥(2)安装在泄水锥孔(1-1-1)中，金属泄水锥(2)与泄水锥孔(1-1-1)采用过盈配合，连接孔(1-1-2)外围设有数个与法兰孔(1-1-3)连通的螺纹孔(1-1-4)，金属联轴法兰(3)的凸缘上设有数个通孔(3-2)，数个通孔(3-2)与数个螺纹孔(1-1-4)一一对应，金属联轴法兰(3)安装在连接孔(1-1-2)和法兰孔(1-1-3)中，连接元件经通孔(3-2)和螺纹孔(1-1-4)紧固连接将金属联轴法兰(3)与模型转轮(1)固定连接。
3.根据权利要求1所述的一种3D打印混流式水轮机模型转轮连接组件，其特征在于：金属联轴法兰(3)的传动轴内孔中设有键槽(3-1)。
4.根据权利要求2所述的一种3D打印混流式水轮机模型转轮连接组件，其特征在于：所述连接元件的数量为6个～12个。
5.根据权利要求2所述的一种3D打印混流式水轮机模型转轮连接组件：所述连接元件的数量为10个。
6.根据权利要求2所述的一种3D打印混流式水轮机模型转轮连接组件，其特征在于：所述螺纹孔(1-1-4)的深度(h)为20mm～30mm。
7.根据权利要求2所述的一种3D打印混流式水轮机模型转轮连接组件，其特征在于：所述螺纹孔(1-1-4)的深度(h)为25mm。
8.根据权利要求2所述的一种3D打印混流式水轮机模型转轮连接组件，其特征在于：螺纹孔(1-1-4)均布于连接孔(1-1-2)外围。
9.根据权利要求2所述的一种3D打印混流式水轮机模型转轮连接组件，其特征在于：连接元件为连接螺钉。
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