[实用新型]带应力缓解槽的冲击式水轮机转轮水斗

说明书

技术领域

本实用新型属于水力发电设备机械技术领域，是关于带应力缓解槽的冲击式水轮机转轮水斗，适用于焊接构造的冲击式水轮机转轮水斗。

背景技术

传统冲击式水轮机一般应用于高落差水轮发电机组使用，冲击式水轮机具有喷嘴及转轮，转轮包括由水斗和转盘，水轮机工作过程：高水头水流由引水管进入，经由喷嘴射入至转轮水斗内，流体能量由转轮及轴变换成机械能传给发电机转子继而转换成电能，做功后的水流由转轮流出至大气压下游。

大型高水头冲击式转轮采用整体铸造制造时对铸造技术要求十分高，很难控制转轮及水斗间薄厚等的处理，特别是水斗根部应力集中，铸造处理不好水轮机运行时将会发生水头断斗，直接危害运行的安全。另外，如果一味追求铸造的高质量那么价格就会非常的高。因此，高水头大型机转轮一般采取焊接技术，将水斗分别单体铸造，然后用焊接方法将水斗等分焊接于轮盘制造成水轮机转轮。

当前国家重视发展水力发电，需求会继续增大不可估量，大型水轮机组一台价值在一亿元以上。因为冲击式水轮机所需的土木工程规模远比轴流式水轮机、混流式水轮机要小得多，因而成为当代选型热点。由于冲式水轮机电站不需要大量下挖工程，造价优势明显，近年来市场要求非常旺盛。水斗的远离转轮轴的一端有缺口，另外水斗正面(接受射流的面)中央部有将射流左右分开的分水刃，分水刃尖部形状锐利。另一方面邻接水斗的后面(背面)没有分水刃，前面锐利分水刃的分水在相邻水斗的根部突然消灭，由于形状的突变引起应力集中且反复发生非常危险。水斗数目多、焊接在直径小的圆盘上均分密布，运行时根部应力十分集中，如不及时让此应力缓解，很快此处产生疲劳，水斗根部生成裂纹或至折断水斗，造成危险故障损失巨大，业界也有多起事故发生报道。

实用新型内容

本实用新型的主要目的在于提高冲击式水轮机水斗根部抗应力变化能力，提出一种带应力缓解槽的冲击式水轮机转轮水斗。本实用新型适用于焊接构造的冲击式水轮机转轮水斗的根部。

本实用新型目的通过以下方案来实现：

一种带应力缓解槽的冲击式水轮机转轮水斗，包括水斗叶片2和位于水斗叶片2对称轴处的分水刃1，在所述水斗叶片2正面的分水刃1的根部设有第一应力缓解槽3，在水斗叶片2背面的根部设有第二应力缓解槽4，所述第一应力缓解槽3与第二应力缓解槽4的内表面为光滑的曲面。

优选所述第一应力缓解槽3与第二应力缓解槽4的内表面为同一直径的圆弧面；第一应力缓解槽3与相邻水斗的第二应力缓解槽4的内表面连接构成圆弧面。

所述分水刃的根部与水轮机转轮中心的距离满足R₃＜R-R_j，式中：R₃为所述分水刃的根部与水轮机转轮中心的距离，R_j为喷嘴射流半径，R为转轮代表半径。

所述根部是靠近转轮中心的一端，而水斗叶片2的缺口端为水斗叶片远离转轮中心的有缺口的一端。

水斗叶片2正面分水刃1的根部处设置第一应力缓解槽3，同时在邻接后续水斗的背面根部2设置与第二应力缓解槽4，焊接相邻的水斗时应使第一应力缓解槽3和第二应力缓解槽4形成光滑连接的圆弧面。本实用新型不仅可提高冲击式水轮机转轮水斗的抗应力变动强度，还可以提高其运行稳定性。

本实用新型结构简单，这个应力缓解曲面可以大大减少运行中转轮水斗的应力集中，以保证水斗的强度，运行时水斗根部以柔克刚，即使在高水头下运行水轮机平稳且对效率没有影响。实验室模型及真机运行结果都显示出了优良的效率特性及稳定性。

附图说明

图1为冲击式水轮机转轮结构图；表示焊接后两相邻水斗应力缓解槽的效果；

图2为带应力缓解槽的冲击式水轮机转轮水斗的结构图，

图中，分水刃1，水斗叶片2，第一应力缓解槽3、第二应力缓解槽4。

具体实施方式

如图2所示，设计一种带应力缓解槽的冲击式水轮机转轮水斗，包括水斗叶片2和位于水斗叶片2对称轴处的分水刃1，在水斗叶片2正面的分水刃1的根部设有第一应力缓解槽3，在水斗叶片2背面的根部设有第二应力缓解槽4，第一应力缓解槽3与第二应力缓解槽4的内表面为同一直径的的圆弧面；第一应力缓解槽3与相邻水斗的第二应力缓解槽4的内表面连接构成圆弧面。