CN206513494U - 一种叶片及水能机 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种叶片及水能机，其包括叶片主体和支撑臂，叶片主体的断面为弧形，支撑臂包括支撑侧臂和用于与转轮连接的支撑底臂，支撑侧臂的一端与支撑底臂连接，支撑底臂连接于转轮时，支撑侧壁远离支撑底臂的一端沿转轮的径向向外延伸，叶片主体包括第一叶片主体和第二叶片主体，第一叶片主体与第二叶片主体分别连接于支撑侧臂相对的两侧，支撑侧臂与第一叶片主体之间形成第一腔室，支撑侧臂与第二叶片主体之间形成第二腔室。上述叶片结构显著增加了叶片主体的力学性能，能够适应高水头、大流量的工作环境。

Description

一种叶片及水能机

技术领域

本实用新型涉及动力机械领域，具体而言，涉及一种叶片及水能机。

背景技术

水能机又称水轮机，是把水流的能量转换为旋转机械能并驱动发电机发电的动力机械，水能机运行的经济性和安全性直接影响水电厂的经济效益。根据水轮机的结构不同有混流式、轴流式、斜流式、贯流式和水斗式等多种。无论哪种水能机，都是借助于水的流动来推动其叶轮连及主轴运转，主轴在运转中直接或间接驱动发电机或其他机器运转。

水能机叶片是水力发电机中最基础和最关键的部件，要求具有较好的疲劳强度和力学性能。目前的水能机叶片结构普遍存在叶片尾缘损失大，因而能耗高工作效率低，同时增加了水力发电的成本。此外，水能机叶片的力学性能差，这使得水能机不能适应大功率的工作要求，一定程度上限制了水能机的工作效率。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种叶片，其能够很好地改善叶片的力学性能，可以应用于高水头、大流量的工作环境，从而满足大功率的生产要求，并提高资源的利用率。

本实用新型的另一目的在于提供一种水能机，其包括上述叶片，该水能机具有很好的力学性能，能够满足大功率的生产作业要求，显著提高水能机的工作效率。

本实用新型是这样实现的：

一种叶片，其包括叶片主体和支撑臂，叶片主体的断面为弧形，支撑臂包括支撑侧臂和用于与转轮连接的支撑底臂，支撑侧臂的一端与支撑底臂连接，支撑底臂连接于转轮时，支撑侧壁远离支撑底臂的一端沿转轮的径向向外延伸，叶片主体包括第一叶片主体和第二叶片主体，第一叶片主体与第二叶片主体分别连接于支撑侧臂相对的两侧，支撑侧臂与第一叶片主体之间形成第一腔室，支撑侧臂与第二叶片主体之间形成第二腔室。

在本实用新型较佳的实施例中，上述第一叶片主体和上述第二叶片主体从靠近支撑底臂的一端到远离支撑底臂的一端的叶片厚度逐渐增大。

在本实用新型较佳的实施例中，上述第一叶片主体和上述第二叶片主体靠近支撑底臂的一端的叶片厚度为远离支撑底臂一端的叶片厚度的0.6-0.8倍。

在本实用新型较佳的实施例中，上述第一叶片主体和上述第二叶片主体在远离支撑底臂的一端共同形成钝尾缘结构，钝尾缘结构为平面，支撑侧臂沿远离支撑底臂的方向延伸至钝尾缘处。

在本实用新型较佳的实施例中，在上述叶片主体两侧的末端尾缘处形成的开口宽度为最大叶片厚度的0.5-0.7倍。

在本实用新型较佳的实施例中，上述第一叶片主体和上述第二叶片主体在远离支撑底臂的一端共同形成钝尾缘结构，钝尾缘结构为弧形，支撑侧臂沿远离支撑底臂的方向延伸至钝尾缘处。

在本实用新型较佳的实施例中，上述钝尾缘的钝头的曲面高度为最大叶片厚度的0.2-0.3倍。

在本实用新型较佳的实施例中，上述第一叶片主体、第二叶片主体和支撑侧臂在远离转轮的顶部形成M形缺口。

在本实用新型较佳的实施例中，上述M形缺口的缺口深度为最大叶片厚度的5-8倍。

一种水能机，其包括转轮和多个叶片，多个叶片等距的间隔设置于转轮的周向上。

本实用新型实施例的有益效果是：本实用新型的第一叶片主体和第二叶片主体分别与支撑侧臂形成第一腔室和第二腔室，显著增加了叶片主体的力学性能，尤其适用于水头高、流量大的工作环境，有效提高了水能机的工作效率，同时也有效提高了能源的利用率。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本实用新型的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本实用新型第一实施例提供的叶片结构示意图；

图2为本实用新型第一实施例提供的平面钝尾缘结构示意图；

图3为本实用新型第一实施例提供的弧面钝尾缘结构示意图；

图4为本实用新型第二实施例提供的叶片结构示意图；

图5为本实用新型第二实施例提供的M形缺口的结构示意图。

图标：100-叶片；110-叶片主体；112-第一叶片主体；114-第二叶片主体；120-转轮；140-支撑臂；142-支撑底臂；144-支撑侧臂；162-第一腔室；164-第二腔室；180-钝尾缘结构；200-叶片；170-M形缺口；172-第一缺口；174-第二缺口；176-凸部。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本实用新型实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本实用新型的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本实用新型的范围，而是仅仅表示本实用新型的选定实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该实用新型产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

此外，术语“水平”、“竖直”等术语并不表示要求部件绝对水平或悬垂，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。

在本实用新型的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

第一实施例

请参照图1，本实施例提供一种叶片100，其包括叶片主体110和支撑臂140，多个叶片主体110连接于转轮120上，叶片主体110的断面为弧形，支撑臂140设置于弧形的叶片主体110的腔体内。

支撑臂140包括支撑底臂142和支撑侧臂144，支撑底臂142与转轮120连接，支撑侧臂144一端与支撑底臂142相连，在支撑底臂142连接于转轮120时，支撑侧臂144远离支撑底臂142的一端沿转轮120的径向向外延伸，使支撑侧臂144远离支撑底臂142的一端与叶片主体110远离转轮120的一端相连。

叶片主体110包括第一叶片主体112和第二叶片主体114，第一叶片主体112和第二叶片主体114分别连接于支撑侧臂144相对的两端。第一叶片主体112和第二叶片主体114靠近支撑底臂142的一端均与转轮120相连，第一叶片主体112和第二叶片主体114远离支撑底臂142的一端均连接于支撑侧臂144。支撑侧臂144与第一叶片主体112之间形成第一腔室162，支撑侧臂144与第二叶片主体114之间形成第二腔室164。第一腔室162和第二腔室164的设置显著增加了叶片主体110的力学性能，能够适应高水头、大流量的工作环境。

具体地，支撑侧臂144与第一叶片主体112和第二叶片主体114相连的一侧面为弧形薄壁，与弧形薄壁相对的另一壁面为长方形薄壁。优选地，第一叶片主体112和第二叶片主体114均为弧形曲面结构，且第一叶片主体112和第二叶片主体114相对于支撑侧臂144对称设置。此长方形薄壁与第一腔室162和第二腔室164的腔体外壁面在一个平面上。

进一步地，支撑底臂142可以是弧形薄壁，支撑底臂142一端与转轮120相连，另一端与支撑侧臂144相连，且支撑底臂142的弧形结构与叶片主体110的靠近转轮120一端的弧形结构相适应。

进一步地，第一叶片主体112和第二叶片主体114从靠近支撑底臂142的一端到远离支撑底臂142的一端的叶片厚度逐渐增大，在远离支撑底臂142的一端的叶片厚度为最大叶片厚度。这样的叶片结构在保证了叶片主体110远离支撑底臂142一端的力学性能的同时，减少叶片根部的叶片重量，使叶片根部更易驱动，加之叶片主体110为弧形结构增加了受水力驱动的面积，从而增大了水能的利用率。优选地，第一叶片主体112和第二叶片主体114靠近支撑底臂142一端的叶片厚度为远离支撑底臂142一端叶片厚度的0.6-0.8倍，这样比例结构的叶片100具有更好的力学性能，且叶片100在工作过程中根部的阻力更小，显著提高工作效率。

支撑侧臂144的厚度不大于第一叶片主体112或第二叶片主体114的厚度。具体地，支撑侧臂144从靠近支撑底臂142的一端到远离支撑底臂142的一端的厚度逐渐增大。在其他的实施例中，支撑侧臂144的厚度也可以是一定的，优选地，支撑侧臂144的厚度等于第一叶片主体112或第二叶片主体114靠近支撑底臂142一端的叶片厚度，从而减少叶片的吸力面后部的局部分离小，使叶片100更易驱动，减少阻力损失。

进一步地，第一叶片主体112和第二叶片主体114均为铝合金材质，使叶片主体110的整体质量较轻，容易驱动，并减少工作过程中的能量损失。支撑底臂142和支撑侧臂144的材质可以为铝合金，或者其他金属材质，如不锈钢、铜、铁等材质。第一叶片主体112和第二叶片主体114通过焊接等方式与支撑侧臂144固定连接，支撑侧臂144通过可拆卸连接的方式与支撑底臂142相连。

在其他的实施例中，叶片主体110也可以是一体成型的弧形腔体，支撑侧臂144位于该弧形腔体内，支撑侧臂144的一端与支撑底臂142相连，支撑侧臂144的另一端与叶片主体110远离转轮120的一端的顶壁相连，支撑侧臂144将该弧形腔体分为对称的两个腔体。

进一步地，第一叶片主体112和第二叶片主体114在远离支撑底臂142的一端共同形成钝尾缘结构180，即第一叶片主体112和第二叶片主体114的形线在尾缘处不汇合，而是形成一个开口，由此使叶片主体110两侧的末端形成钝尾缘结构180。钝尾缘结构180的设置使叶片的吸力面后部的局部分离小，且尾缘的突扩损失小，减少了能量的损失，有效提高了水能利用率。

具体地，请参照图2，该钝尾缘结构180为平面，即用直线将第一叶片主体112和第二叶片主体114的末端尾缘处连接起来形成钝头。优选地，第一叶片主体112和第二叶片主体114在远离支撑底臂142的一端共同形成的钝尾缘结构180的开口宽度W为最大叶片厚度的0.5-0.7倍，即开口宽度W为远离支撑底臂142一端的叶片厚度的0.5-0.7倍。这样，在保证叶片100具有很好的力学性能的同时，使末端尾缘处的突扩损失小，减少了能量的损失。

在其他的实施例中，请参照图3，该钝尾缘结构180为弧面，即用圆弧线将第一叶片主体112和第二叶片主体114的末端尾缘处连接起来形成钝头。优选地，第一叶片主体112和第二叶片主体114在远离支撑底臂142的一端共同形成的钝尾缘结构180的钝头的曲面高度H为最大叶片厚度的0.2-0.3倍，即曲面高度H为远离支撑底臂142一端的叶片厚度的0.2-0.3倍。这样，使叶片100的末端尾缘处的突扩损失更小。

本实施例还提供了一种包括多个叶片100的水能机，多个上述的叶片100间隔设置于转轮120的周向上。优选地，多个上述叶片100等距地间隔设置于转轮120的周向上，且第一腔室162和第二腔室164的朝向相同。此水能机具有很好的力学性能，能够满足大功率的生产作业要求，显著提高水能机的工作效率。

本实施例提供的叶片100的支撑侧臂144与第一叶片主体112和第二叶片主体114之间分别形成第一腔室162和第二腔室164，显著增加了叶片主体110的力学性能，能够适应高水头、大流量的工作环境。叶片厚度的渐变，减少了叶片根部的叶片重量，使叶片根部更易驱动。钝尾缘结构180的设置使叶片的吸力面后部的局部分离小，且尾缘的突扩损失小，减少了能量的损失。上述结构特征使叶片100具有很好的力学性能且有效提高了水能利用率。

第二实施例

请参照图4，本实施例提供一种叶片200，其与第一实施例的叶片100大致相同，二者的区别在于本实施例的叶片200不具有叶片100的钝尾缘结构180，而是由第一叶片主体112、第二叶片主体114和支撑侧臂144在远离转轮120的顶部形成M形缺口170。

进一步地，请参照图5，M形缺口170包括第一缺口172和第二缺口174，第一缺口172由第一叶片主体112和支撑侧臂144形成，第二缺口174由第二叶片主体114和支撑侧臂144形成。M形缺口170的设置使第一叶片主体112和第二叶片主体114的吸力面后部的局部分离小，减少了能量的损失，从而有效增加了叶片200的工作效率。

进一步地，M形缺口170还包括凸部176，第一缺口172和第二缺口174相对于凸部176对称设置，凸部176与支撑侧臂144远离支撑底臂142的一端相连。凸部176为弧形曲面结构，可以有效减少第一叶片主体112和第二叶片主体114的尾缘的突扩损失，提高能源的利用率。

进一步地，第一缺口172和第二缺口174的顶部均为圆弧过度，减少尾缘的突扩损失，第一缺口172的缺口深度为D₁，第二缺口174的缺口深度为D₂。第一缺口172的缺口深度D₁以及第二缺口174的缺口深度D₂均为最大叶片厚度的5-8倍，即D₁和D₂均为远离支撑底臂142一端的叶片厚度的5-8倍。这样的结构比例的M形缺口170，使第一叶片主体112和第二叶片主体114的吸力面后部的局部分离更小，能量损失也更少。

本实施例还提供了一种具有上述结构特征的水能机，多个上述的叶片200间隔设置于转轮120的周向上。优选地，多个上述叶片200等距地间隔设置于转轮120的周向上，且第一腔室162和第二腔室164的朝向相同。此水能机具有很好的力学性能，尾缘突扩损失小，能够满足大功率的生产作业要求，显著提高水能机的工作效率。

综上所述，本实用新型的叶片100的结构中，支撑侧臂144与第一叶片主体112和第二叶片主体114之间分别形成第一腔室162和第二腔室164，显著增加了叶片主体110的力学性能，能够适应高水头、大流量的工作环境。叶片厚度的渐变，减少了叶片根部的叶片重量，使叶片根部更易驱动。钝尾缘结构180的设置使叶片的吸力面后部的局部分离小，且尾缘的突扩损失小，减少了能量的损失。在叶片200的结构中，第一叶片主体112、第二叶片主体114和支撑侧臂144在远离转轮120的顶部形成M形缺口170，同样使叶片的吸力面后部的局部分离小，减少了能量的损失。具有上述结构的水能机能够适应高水头和大流量的工作环境，能量损失小，显著提高了水能机的工作效率。

以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种叶片，其特征在于，包括叶片主体和支撑臂，所述叶片主体的断面为弧形，所述支撑臂包括支撑侧臂和用于与转轮连接的支撑底臂，所述支撑侧臂的一端与所述支撑底臂连接，所述支撑底臂连接于所述转轮时，所述支撑侧壁远离所述支撑底臂的一端沿所述转轮的径向向外延伸，所述叶片主体包括第一叶片主体和第二叶片主体，所述第一叶片主体与所述第二叶片主体分别连接于所述支撑侧臂相对的两侧，所述支撑侧臂与所述第一叶片主体之间形成第一腔室，所述支撑侧臂与所述第二叶片主体之间形成第二腔室。

2.根据权利要求1所述的叶片，其特征在于，所述第一叶片主体和所述第二叶片主体从靠近所述支撑底臂的一端到远离所述支撑底臂的一端的叶片厚度逐渐增大。

3.根据权利要求2所述的叶片，其特征在于，所述第一叶片主体和所述第二叶片主体靠近所述支撑底臂的一端的叶片厚度为远离所述支撑底臂一端的叶片厚度的0.6-0.8倍。

4.根据权利要求2所述的叶片，其特征在于，所述第一叶片主体和所述第二叶片主体在远离所述支撑底臂的一端共同形成钝尾缘结构，所述钝尾缘结构为平面，所述支撑侧臂沿远离所述支撑底臂的方向延伸至所述钝尾缘处。

5.根据权利要求4所述的叶片，其特征在于，所述叶片主体两侧的末端尾缘处形成的开口宽度为最大叶片厚度的0.5-0.7倍。

6.根据权利要求2所述的叶片，其特征在于，所述第一叶片主体和所述第二叶片主体在远离所述支撑底臂的一端共同形成钝尾缘结构，所述钝尾缘结构为弧形，所述支撑侧臂沿远离所述支撑底臂的方向延伸至所述钝尾缘处。

7.根据权利要求6所述的叶片，其特征在于，所述钝尾缘的钝头的曲面高度为最大叶片厚度的0.2-0.3倍。

8.根据权利要求2所述的叶片，其特征在于，所述第一叶片主体、所述第二叶片主体和所述支撑侧臂在远离所述转轮的顶部形成M形缺口。

9.根据权利要求8所述的叶片，其特征在于，所述M形缺口的缺口深度为最大叶片厚度的5-8倍。

10.一种水能机，其特征在于，其包括所述转轮和多个如权利要求1至9中任一项所述的叶片，多个所述叶片等距的间隔设置于所述转轮的周向上。