用于制造液壓機器的旋轉(zhuǎn)部分的方法、根據(jù)該方法制造的旋轉(zhuǎn)部分、液壓機器及能量轉(zhuǎn)換設(shè)備的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種用于制造屬于用于將液壓能轉(zhuǎn)換成機械能或電能的設(shè)備的液壓機器的旋轉(zhuǎn)部分的方法、根據(jù)該方法制造的旋轉(zhuǎn)部分、配備有此類旋轉(zhuǎn)部分的液壓機器，以及包括此類機器的能量轉(zhuǎn)換設(shè)備。
【背景技術(shù)】
[0002]在將液壓能轉(zhuǎn)換成機械能或電能的領(lǐng)域中，已知的是使用液壓機器，如渦輪、栗或栗渦輪。在渦輪模式中，機器驅(qū)動軸旋轉(zhuǎn)，因此將液壓能轉(zhuǎn)換成機械能。該能量轉(zhuǎn)換借助于轉(zhuǎn)輪實現(xiàn)，該轉(zhuǎn)輪包括轉(zhuǎn)輪冠部、轉(zhuǎn)輪帶和葉片，該葉片圍繞轉(zhuǎn)輪的旋轉(zhuǎn)軸線分布在轉(zhuǎn)輪冠部與轉(zhuǎn)輪帶之間。葉片遵循曲線在操作中分別為用于水流的前緣和后緣的第一邊緣與第二邊緣之間延伸。當(dāng)以渦輪模式操作時，水從上游水儲存器流過給水栓，并且到達包繞機器的轉(zhuǎn)輪的外殼中。外殼接著將水分配在轉(zhuǎn)輪的葉片之間。葉片具有特定輪廓，借助于其，低壓區(qū)可在轉(zhuǎn)輪內(nèi)產(chǎn)生。這引起轉(zhuǎn)輪旋轉(zhuǎn)。當(dāng)水到達葉片的后緣時，其朝下游的引流管移動。
[0003]液壓機器領(lǐng)域中的當(dāng)前出現(xiàn)的問題中的一個在于產(chǎn)生轉(zhuǎn)輪的葉片的后緣附近和下游的卡曼渦列。更準(zhǔn)確地說，轉(zhuǎn)輪的葉片的后緣不是非常流線形的，并且產(chǎn)生由圍繞葉片的流動的不穩(wěn)定分離引起的周期性渦流模式?？鼫u列降低機器的效率，并且表示可導(dǎo)致開裂的葉片上的動態(tài)負載。
[0004]產(chǎn)生卡曼渦列越大，葉片的后緣就越厚。因此，第一解決方案在于以非對稱方式盡可能減小后緣的厚度，以便破壞現(xiàn)象的對稱性及其強度。該途徑使得有可能減小卡曼渦列，但不可消除它們，因為使用的鋼的性質(zhì)不允許厚度的必要減小。
[0005]本發(fā)明更具體地旨在通過提出用于制造液壓機器的旋轉(zhuǎn)部分的方法來補救這些缺陷，借助于該方法，有可能制造更穩(wěn)健并且具有改進的性能的液壓機器。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]為此，本發(fā)明涉及一種用于制造屬于用于將液壓能轉(zhuǎn)換成電能或機械能的設(shè)備的液壓機器的旋轉(zhuǎn)部分的方法，該旋轉(zhuǎn)部分包括圍繞旋轉(zhuǎn)部分的旋轉(zhuǎn)軸線分布并且從前緣延伸至后緣的葉片。根據(jù)本發(fā)明，該方法包括由以下構(gòu)成的步驟:
a)以鋼制造限定其前緣的各個葉片的第一部分，
b)以除鋼之外的材料制造葉片的第二部分并且將其附接于葉片的第一部分，以便形成后緣。
[0007]借助于本發(fā)明，使用兩部分的葉片，由除鋼之外的材料制成的其第二部分使得有可能將后緣的厚度減小至接近零的厚度，而不削弱轉(zhuǎn)輪的機械強度或裝備的壽命，這意味著出現(xiàn)在葉片的后緣處的卡曼渦列減少。
[0008]根據(jù)本發(fā)明的一個有利但非強制的方面，第二部分由粘合粘結(jié)、焊接或螺接來附接于第一部分。
[0009]本發(fā)明還涉及一種屬于用于將液壓能轉(zhuǎn)換成機械能或電能的設(shè)備的液壓機器的旋轉(zhuǎn)部分，該旋轉(zhuǎn)部分在水流穿過其時圍繞旋轉(zhuǎn)軸線旋轉(zhuǎn)，并且包括圍繞旋轉(zhuǎn)軸線分布并且從前緣延伸至后緣的葉片。根據(jù)本發(fā)明，旋轉(zhuǎn)部分的各個葉片包括限定前緣的第一部分和由延伸部形成的第二部分，其附接于第一部分的附接區(qū)域并且限定葉片的后緣。
[0010]根據(jù)本發(fā)明的有利但非強制的方面，屬于液壓機器的旋轉(zhuǎn)部分可包括以任何技術(shù)上可容許的組合的以下特征中的一個或更多個:
延伸部包括兩個表面，其分別使由葉片的第一部分限定的壓力面和吸入面延伸。
[0011]延伸部由如下材料制成，其彈性極限高于鋼，其裂紋擴散趨勢低于鋼，或其彈性模量低于鋼，如，復(fù)合材料。
[0012]延伸部使葉片延伸，并且具有認作是在后緣與附接區(qū)域之間的為葉片的平均總長度的1%到25%之間，特別是等于10%的長度。
[0013]旋轉(zhuǎn)部分為弗朗西斯型轉(zhuǎn)輪，其包括轉(zhuǎn)輪冠部和轉(zhuǎn)輪帶，葉片在它們之間延伸，第一部分和第二部分附接于轉(zhuǎn)輪冠部和轉(zhuǎn)輪帶。
[0014]延伸部具有對稱點形的截面。
[0015]旋轉(zhuǎn)部分屬于球狀、Kaplan、螺旋槳或Deriaz型的機器，并且包括在操作時圍繞軸線旋轉(zhuǎn)的轂，以及從轂相對于旋轉(zhuǎn)軸線沿徑向延伸的葉片。
[0016]本發(fā)明還涉及一種包括如上文限定的旋轉(zhuǎn)部分的液壓機器。
[0017]最后，本發(fā)明涉及一種用于將液壓能轉(zhuǎn)換成機械能或電能的設(shè)備，其包括如上文限定的液壓機器。
【附圖說明】
[0018]鑒于根據(jù)本發(fā)明的原理的用于制造屬于液壓機器的旋轉(zhuǎn)部分的方法的實施例的純粹示例性的以下描述，參照附圖，將更好理解本發(fā)明，并且其其它優(yōu)點將更清楚顯現(xiàn)，在該附圖中:
圖1為并入也根據(jù)本發(fā)明的弗朗西斯式渦輪的根據(jù)本發(fā)明的能量轉(zhuǎn)換設(shè)備的示例性軸向區(qū)段，
圖2為圖1的渦輪的轉(zhuǎn)輪的側(cè)視圖，
圖3為屬于圖2的轉(zhuǎn)輪的單個葉片的詳圖，具體是如該圖中所見從左側(cè)的第五葉片，
圖4為從圖3的葉片的截面圖，
圖5為從圖4的框V的放大視圖，
圖6為并入根據(jù)本發(fā)明的第二實施例的螺旋槳型渦輪的根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備的示意性軸向區(qū)段，
圖7為沿圖6中的線VI1-VII的放大局部區(qū)段，以及圖8為屬于現(xiàn)有技術(shù)的轉(zhuǎn)輪的葉片的截面的類似于圖5的視圖。
【具體實施方式】
[0019]圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的能量轉(zhuǎn)換設(shè)備2。該能量轉(zhuǎn)換設(shè)備2包括在實例中為弗朗西斯式渦輪的液壓機器20。渦輪20的旋轉(zhuǎn)部分因此為弗朗西斯型轉(zhuǎn)輪202。該轉(zhuǎn)輪202圍繞垂直軸線Z202旋轉(zhuǎn)，并且使傳動軸204轉(zhuǎn)動。在本情況下，傳動軸204連接于交流發(fā)電機206，以便產(chǎn)生電力。然而，還有可能使用產(chǎn)生的機械能來驅(qū)動另一個裝置。水在上游儲存在水儲存器(未示出)中。其接著經(jīng)由具有壓頭的給水栓22的中介機構(gòu)供應(yīng)至液壓渦輪20，該壓頭由水儲存器與渦輪20之間的高度差限定。給水栓22通向外殼24，外殼24包繞轉(zhuǎn)輪202，并且借助于外殼24，可大致有規(guī)則地圍繞軸線Z202在轉(zhuǎn)輪202內(nèi)分配水。更準(zhǔn)確地說，水在定位在轉(zhuǎn)輪202的轉(zhuǎn)輪冠部2022與轉(zhuǎn)輪帶2020之間的葉片208之間流動。這些葉片208均包括水相對于其從外殼24到達的前緣2080，以及水朝引流管26從其離開的后緣2082。葉片208具有非對稱輪廓，具有壓力面2084和吸入面2086。弦2088限定為在壓力面2084與吸入面2086之間等距并且穿過前緣2080和后緣2082的線。水穿過渦輪20的流動方向在圖1中由箭頭E示出。
[0020]圖2示出了根據(jù)本發(fā)明的轉(zhuǎn)輪202。更確切地說，關(guān)心的是流E到達葉片208的后緣2082的時刻，因為其是用于流E的特別關(guān)鍵的區(qū)域。實際上，該時刻標(biāo)記流E與葉片208的分離。出于該原因，葉片208為制造方法的主題。
[0021]圖8示出了屬于現(xiàn)有技術(shù)的轉(zhuǎn)輪的葉片208’的后緣2082’。在該情況下，葉片具有接近后緣2082’的非對稱形狀，因為厚度朝該邊緣減小。因此獲得了減小厚度的后緣。然而，后緣2082’仍保持一定厚度，因為鋼的性質(zhì)并未使得在厚度過小時可保證所需的壽命，特別是具有開裂的風(fēng)險。
[0022]在下文中關(guān)心的是根據(jù)本發(fā)明的轉(zhuǎn)輪202的葉片208的后緣2082與流E之間的界面。該界面還可應(yīng)用于轉(zhuǎn)輪202的其它葉片208。
[0023]圖3到5示出了借助于本發(fā)明的方法制造的葉片208。如圖5中所示，葉片208包括由鋼制成且在制造方法的第一階段中制造的第一部分208A，以及為附接于第一部分208A的附接區(qū)域208A2的延伸部且由柔性材料如復(fù)合材料制成的第二部分208C。附接區(qū)域208A2垂直于弦2088。延伸部208C具有在類似于圖3到5的平面