專利名稱：螺旋槳葉片結(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于水輪機的葉輪，此種葉輪通常找分為螺旋槳式渦輪葉輪。
螺旋槳式渦輪葉輪一般是在低水頭高流量條件下發(fā)電的地方得到應用。本發(fā)明的這種葉輪將會發(fā)現(xiàn)很適合在大型的水力發(fā)電裝置中應用，并且這種葉輪將會以勻速旋轉(zhuǎn)(最佳設(shè)計)，另外它也適合于那些恒速不是運轉(zhuǎn)的一項條件的各種環(huán)境。
當設(shè)計一個這種類型的葉輪時，設(shè)計者會面臨要使若干條件均為最佳的情況。
從水資源中獲取動力需要用葉輪的葉片使流動的水偏流，以這種方法來產(chǎn)生可形成驅(qū)動轉(zhuǎn)矩的力。但同時一個趨向于減小上述驅(qū)動轉(zhuǎn)矩的阻力也會產(chǎn)生。進行葉片形狀和節(jié)距等的最佳設(shè)計似乎是一種實踐，在此種實踐中要盡可能完善地把可產(chǎn)生驅(qū)動轉(zhuǎn)矩的力增到最大，而使產(chǎn)生阻力的力減到最小，但實際情況并不是這樣。葉輪的設(shè)計者還必須對付一種被稱為“穴蝕”的現(xiàn)象，因為可產(chǎn)生最大輸出功率的設(shè)計有可能因穴蝕現(xiàn)象對葉輪的葉片浸蝕而很快予以否定。穴蝕現(xiàn)象是這樣產(chǎn)生的，即當葉片的翼形使流動的水偏流從而產(chǎn)生了速度差，這種速度差可使水中產(chǎn)生壓力差，而這種壓力差足以產(chǎn)生相當?shù)偷膲毫γ?，以致于在低壓區(qū)形成水氣泡(一般在葉片的負壓面)。當?shù)蛪核鹘?jīng)過葉輪時，壓力將會增大而水氣泡就會破碎。如果水氣泡的破碎或被壓破是在與葉輪葉片的表面稍微隔開一些距離的區(qū)域內(nèi)，或許沒有什么損壞產(chǎn)生，可是如果水氣泡的爆破發(fā)生在葉輪葉片的表面，則將必然導致其葉片表面的嚴重浸蝕。
設(shè)計人員還要正視另一個設(shè)計準則，在產(chǎn)生最大的輸出轉(zhuǎn)矩的同時，要使穴蝕現(xiàn)象對葉輪葉片表面的浸蝕最小。
本申請人已能夠制造一種具有很高效率的螺旋槳式葉輪。這種葉輪通過改變?nèi)~片的外形而使穴蝕現(xiàn)象造成的浸蝕減至最小，這種改變了形狀的葉片的前邊或?qū)н呇匦D(zhuǎn)方向從輪轂處向前“傾斜”。
本發(fā)明的目的是提供一種改進的螺旋槳式葉輪，其中在多個葉片扇形結(jié)構(gòu)中，每一葉片有一導邊，該導邊大體朝所述葉片旋轉(zhuǎn)方向“傾斜”。每個葉片的形狀是這樣設(shè)計的，所述螺旋槳軸線引出的徑向線經(jīng)過每一葉片的導邊與輪轂相連的點，與每一葉片的周邊相交在所述葉片周邊上前葉片端部后面的點處。徑向線與周邊相交點和葉片周邊端部間的距離約等于所述周邊尺寸的15%。葉輪可根據(jù)需要設(shè)置若干個扇形葉片結(jié)構(gòu)，這些葉片呈對稱配置，其形狀在從該螺旋槳渦輪的逆流側(cè)的軸線方向看時，每一葉片的導邊遮蔽了前一葉片后沿的大部分，大約60%的后沿被予以遮蔽。
下面將參照附圖對本發(fā)明的特點及結(jié)構(gòu)進行詳細描述。


圖1是先有技術(shù)應用中所使用的一種螺旋槳葉輪。
圖2是用在本發(fā)明中的一種螺旋槳葉輪。
圖3A是一個單獨的先有技術(shù)葉片的平面視圖。
圖3B-3C是圖3A的各段剖視圖。
圖4A是一個本發(fā)明葉片的平面視圖。
圖4B-4C是圖4A的各段剖視圖。
圖5是沿葉片軸線朝輪轂向里看的先有技術(shù)葉片的視圖。
圖6是沿葉片軸線朝輪轂徑向內(nèi)側(cè)看的本發(fā)明葉片的視圖。
現(xiàn)參見各圖，特別是在圖1中可以看出用于從水流中獲取能量的先有技術(shù)螺旋槳渦輪的葉輪10的平面視圖。
葉輪10由被若干葉片14所環(huán)繞的輪轂12構(gòu)成，一條軸線16表示在其中一個葉片14上。一條葉片軸線大約定位在幾何中心線上，葉片的翼形設(shè)計成環(huán)繞此軸線，設(shè)計者還可以此軸線作為較佳的扭轉(zhuǎn)軸線，以便在設(shè)計階段，為改變?nèi)~片的扭轉(zhuǎn)角度提供一條參考軸線。
葉片14上示出的輔助線18穿過葉片14的導邊端部的外周邊20。值得注意的是輔助線18還穿過安裝在輪轂上的葉片14(導邊)的一個點22。
現(xiàn)參見圖2，圖2示出了本發(fā)明一種改進的葉輪30。顯而易見，這種葉片結(jié)構(gòu)與先有技術(shù)有著本質(zhì)的不同。
葉輪30包括由葉片34所環(huán)繞的輪轂32。所示葉片34上有一葉片軸線36，此圖中還示出了與圖1的線18相對應的線38，線38分別與輪轂和葉片周邊相交于點40和42處?？梢钥闯鋈~片34的實質(zhì)部分向前延伸超出線38，以此方式可遮蔽前一葉片的后沿的大部分。該葉片前沿的導前角大約是葉片(指周邊)的1/7向前偏斜出線38，這就意味著在先有技術(shù)設(shè)計中所沒有的葉片的這部分，所說這部分現(xiàn)在對從流動的水流中獲取能量更有幫助。人們還無法完全了解葉輪的整個設(shè)計中，葉輪葉片的形狀和扭轉(zhuǎn)是如何影響效率或產(chǎn)生穴蝕現(xiàn)象的，但是圖2的葉輪可產(chǎn)生更大的轉(zhuǎn)矩和最少的穴蝕現(xiàn)象。而且很明顯從流動的水柱中所獲取的能量是非常均勻地分布在這種葉片上的，因此，在先有技術(shù)的設(shè)計中出現(xiàn)的廣泛水壓差不會出現(xiàn)在這種結(jié)構(gòu)的葉片上。
先有技術(shù)的葉片和此種新改進的葉片其更具體的圖示在圖3和圖4中給出。值得注意的是，盡管其彎曲略有不同，此兩種設(shè)計中主要的區(qū)別在于經(jīng)改進的葉片呈現(xiàn)出過度的“傾斜”。且這種“傾斜”使葉片沿旋轉(zhuǎn)方向朝前延伸。
改進的葉片和先有技術(shù)葉片的扭轉(zhuǎn)和徑向彎曲不是完全相同的，不同之處在于，先有技術(shù)的葉片在導邊處比改進的葉片有稍微大些的徑向彎曲，而改進的葉片其導邊和后沿更接近于呈直線?；谶@個原因，當沿著圖6的葉片軸線徑向向內(nèi)側(cè)看時，可看到緊挨著導邊的整個高壓面，這在先有技術(shù)的設(shè)計中是不存在的?？墒侨绻刂鴪D5和圖6的葉片軸線向內(nèi)側(cè)看葉片的后沿時，這兩種葉片則呈現(xiàn)出相同的形狀，也即可看到緊挨著葉片后沿的整個負壓面。
本設(shè)計的葉輪是一種5個葉片式設(shè)計。但是本發(fā)明對于在一個輪轂上安置多個或少于5個葉片的各種葉片結(jié)構(gòu)均是等效可行的。
為什么這種裝置的葉片可顯示也所希望的高性能特性，且很少或沒有穴蝕現(xiàn)象，除了由于這種改進的葉片向前傾斜形成了超出的葉片區(qū)域，以及與先有技術(shù)的葉片相比，這種葉片從運動的水流中獲取能量或許是較為平緩的之外，似乎還不完全清楚。然而可以看出，這種改進葉片的“超出”區(qū)域傾向于處在可迭蓋住在輪轂上緊靠其前一葉片的后沿處，這就可以在前一葉片的后沿和其隨后葉片的導邊之間形成一種更均勻分布的水壓面。
本設(shè)計的葉輪為5個葉片設(shè)計，但是顯而易見對本領(lǐng)域技術(shù)人員而言，在每個設(shè)計中對葉片數(shù)量的要求是由每一種實際使用時具體的水頭和水容量決定的，而后者正是葉片設(shè)計時要用到的條件。
可顯而易見，如果在某一利用本發(fā)明的特定設(shè)計中，葉片的數(shù)目大于5個，則這些葉片的重疊部分將比本申請附圖中所示的要大一些。
與此類似，如果實際的水頭和水容量要求使用的葉片少于5個，使得葉片間的疊蓋較少或根本不重疊，即便如此，這種葉片導邊處的“傾斜”程度也要保持在與本發(fā)明中5葉片所說明的數(shù)值相同。
權(quán)利要求
1.在低水頭水力發(fā)電應用中所使用的一種螺旋槳式葉輪，包括多個葉片扇形結(jié)構(gòu)，其特征在于，每一葉片有一導邊，該導邊大體上朝所述葉輪旋轉(zhuǎn)方向“傾斜”。
2.在低水頭水力發(fā)電應用中所使用的一種螺旋槳式葉輪，其特征在于，有一個由若干葉片所環(huán)繞的輪轂，從而構(gòu)成一個從流動的水流中獲取動力的多葉片螺旋槳，每一葉片形狀是這樣的，即由所述螺旋槳的軸線所引出的徑向線，經(jīng)過每一葉片的導邊與輪轂相連的點，與每一葉片的周邊相交在所述葉片周邊上前葉片端部后面的點處。
3.如權(quán)利要求2中所述的葉輪，其特征在于，所述徑向線與周邊相交的相交點和前葉片周邊端部間的距離約等于所述葉片周邊尺寸的15%。
4.在低水頭水力發(fā)電應用中所使用的一種螺旋槳式渦輪葉輪，其特征在于，有一個中心輪轂，若干個葉片以扇形結(jié)構(gòu)安裝其上，這些葉片呈對稱配置的，且其形狀在從該螺旋渦輪的逆流側(cè)的軸線方向看時，每一葉片的導邊遮蔽了前一葉片后沿的大部分。
5.如權(quán)利要求4所述的螺旋槳渦輪葉片，其中所述后沿的約60%被予以遮蔽。
6.由前述任一權(quán)利要求所限定的本發(fā)明包括了所公開的任何其它新穎的特征。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種螺旋槳式葉輪，其中的每一葉片的導邊沿旋轉(zhuǎn)方向從根部向前“傾斜”，從而減少穴蝕現(xiàn)象并增加效率。對于5個葉片的設(shè)計中，每一葉片所具有的這種“傾斜”，可以使每一葉片的導邊遮蔽前一葉片后沿的較大部分。
文檔編號F03B3/12GK1058256SQ9110459
公開日1992年1月29日 申請日期1991年7月9日 優(yōu)先權(quán)日1990年7月9日
發(fā)明者洪道 申請人:通用電器(加拿大)有限公司