一種葉片及水能機的製作方法

2023-06-02 20:47:36

本實用新型涉及動力機械領域，具體而言，涉及一種葉片及水能機。

背景技術：

水能機又稱水輪機，是把水流的能量轉換為旋轉機械能並驅動發電機發電的動力機械，水能機運行的經濟性和安全性直接影響水電廠的經濟效益。根據水輪機的結構不同有混流式、軸流式、斜流式、貫流式和水鬥式等多種。無論哪種水能機，都是藉助於水的流動來推動其葉輪連及主軸運轉，主軸在運轉中直接或間接驅動發電機或其他機器運轉。

水能機葉片是水力發電機中最基礎和最關鍵的部件，要求具有較好的疲勞強度和力學性能。目前的水能機葉片結構普遍存在葉片尾緣損失大，因而能耗高工作效率低，同時增加了水力發電的成本。此外，水能機葉片的力學性能差，這使得水能機不能適應大功率的工作要求，一定程度上限制了水能機的工作效率。

技術實現要素：

本實用新型的目的在於提供一種葉片，其能夠很好地改善葉片的力學性能，可以應用於高水頭、大流量的工作環境，從而滿足大功率的生產要求，並提高資源的利用率。

本實用新型的另一目的在於提供一種水能機，其包括上述葉片，該水能機具有很好的力學性能，能夠滿足大功率的生產作業要求，顯著提高水能機的工作效率。

本實用新型是這樣實現的：

一種葉片，其包括葉片主體和支撐臂，葉片主體的斷面為弧形，支撐臂包括支撐側臂和用於與轉輪連接的支撐底臂，支撐側臂的一端與支撐底臂連接，支撐底臂連接於轉輪時，支撐側壁遠離支撐底臂的一端沿轉輪的徑向向外延伸，葉片主體包括第一葉片主體和第二葉片主體，第一葉片主體與第二葉片主體分別連接於支撐側臂相對的兩側，支撐側臂與第一葉片主體之間形成第一腔室，支撐側臂與第二葉片主體之間形成第二腔室。

在本實用新型較佳的實施例中，上述第一葉片主體和上述第二葉片主體從靠近支撐底臂的一端到遠離支撐底臂的一端的葉片厚度逐漸增大。

在本實用新型較佳的實施例中，上述第一葉片主體和上述第二葉片主體靠近支撐底臂的一端的葉片厚度為遠離支撐底臂一端的葉片厚度的0.6-0.8倍。

在本實用新型較佳的實施例中，上述第一葉片主體和上述第二葉片主體在遠離支撐底臂的一端共同形成鈍尾緣結構，鈍尾緣結構為平面，支撐側臂沿遠離支撐底臂的方向延伸至鈍尾緣處。

在本實用新型較佳的實施例中，在上述葉片主體兩側的末端尾緣處形成的開口寬度為最大葉片厚度的0.5-0.7倍。

在本實用新型較佳的實施例中，上述第一葉片主體和上述第二葉片主體在遠離支撐底臂的一端共同形成鈍尾緣結構，鈍尾緣結構為弧形，支撐側臂沿遠離支撐底臂的方向延伸至鈍尾緣處。

在本實用新型較佳的實施例中，上述鈍尾緣的鈍頭的曲面高度為最大葉片厚度的0.2-0.3倍。

在本實用新型較佳的實施例中，上述第一葉片主體、第二葉片主體和支撐側臂在遠離轉輪的頂部形成M形缺口。

在本實用新型較佳的實施例中，上述M形缺口的缺口深度為最大葉片厚度的5-8倍。

一種水能機，其包括轉輪和多個葉片，多個葉片等距的間隔設置於轉輪的周向上。

本實用新型實施例的有益效果是：本實用新型的第一葉片主體和第二葉片主體分別與支撐側臂形成第一腔室和第二腔室，顯著增加了葉片主體的力學性能，尤其適用於水頭高、流量大的工作環境，有效提高了水能機的工作效率，同時也有效提高了能源的利用率。

附圖說明

為了更清楚地說明本實用新型實施例的技術方案，下面將對實施例中所需要使用的附圖作簡單地介紹，應當理解，以下附圖僅示出了本實用新型的某些實施例，因此不應被看作是對範圍的限定，對於本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他相關的附圖。

圖1為本實用新型第一實施例提供的葉片結構示意圖；

圖2為本實用新型第一實施例提供的平面鈍尾緣結構示意圖；

圖3為本實用新型第一實施例提供的弧面鈍尾緣結構示意圖；

圖4為本實用新型第二實施例提供的葉片結構示意圖；

圖5為本實用新型第二實施例提供的M形缺口的結構示意圖。

圖標：100-葉片；110-葉片主體；112-第一葉片主體；114-第二葉片主體；120-轉輪；140-支撐臂；142-支撐底臂；144-支撐側臂；162-第一腔室；164-第二腔室；180-鈍尾緣結構；200-葉片；170-M形缺口；172-第一缺口；174-第二缺口；176-凸部。

具體實施方式

為使本實用新型實施例的目的、技術方案和優點更加清楚，下面將結合本實用新型實施例中的附圖，對本實用新型實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例是本實用新型一部分實施例，而不是全部的實施例。通常在此處附圖中描述和示出的本實用新型實施例的組件可以以各種不同的配置來布置和設計。

因此，以下對在附圖中提供的本實用新型的實施例的詳細描述並非旨在限制要求保護的本實用新型的範圍，而是僅僅表示本實用新型的選定實施例。基於本實用新型中的實施例，本領域普通技術人員在沒有作出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬於本實用新型保護的範圍。

應注意到：相似的標號和字母在下面的附圖中表示類似項，因此，一旦某一項在一個附圖中被定義，則在隨後的附圖中不需要對其進行進一步定義和解釋。

在本實用新型的描述中，需要說明的是，術語「上」、「下」、「豎直」、「水平」、「內」、「外」等指示的方位或位置關係為基於附圖所示的方位或位置關係，或者是該實用新型產品使用時慣常擺放的方位或位置關係，僅是為了便於描述本實用新型和簡化描述，而不是指示或暗示所指的裝置或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構造和操作，因此不能理解為對本實用新型的限制。此外，術語「第一」、「第二」、「第三」等僅用於區分描述，而不能理解為指示或暗示相對重要性。

此外，術語「水平」、「豎直」等術語並不表示要求部件絕對水平或懸垂，而是可以稍微傾斜。如「水平」僅僅是指其方向相對「豎直」而言更加水平，並不是表示該結構一定要完全水平，而是可以稍微傾斜。

在本實用新型的描述中，還需要說明的是，除非另有明確的規定和限定，術語「設置」、「安裝」、「相連」、「連接」應做廣義理解，例如，可以是固定連接，也可以是可拆卸連接，或一體地連接；可以是機械連接，也可以是電連接；可以是直接相連，也可以通過中間媒介間接相連，可以是兩個元件內部的連通。對於本領域的普通技術人員而言，可以具體情況理解上述術語在本實用新型中的具體含義。

第一實施例

請參照圖1，本實施例提供一種葉片100，其包括葉片主體110和支撐臂140，多個葉片主體110連接於轉輪120上，葉片主體110的斷面為弧形，支撐臂140設置於弧形的葉片主體110的腔體內。

支撐臂140包括支撐底臂142和支撐側臂144，支撐底臂142與轉輪120連接，支撐側臂144一端與支撐底臂142相連，在支撐底臂142連接於轉輪120時，支撐側臂144遠離支撐底臂142的一端沿轉輪120的徑向向外延伸，使支撐側臂144遠離支撐底臂142的一端與葉片主體110遠離轉輪120的一端相連。

葉片主體110包括第一葉片主體112和第二葉片主體114，第一葉片主體112和第二葉片主體114分別連接於支撐側臂144相對的兩端。第一葉片主體112和第二葉片主體114靠近支撐底臂142的一端均與轉輪120相連，第一葉片主體112和第二葉片主體114遠離支撐底臂142的一端均連接於支撐側臂144。支撐側臂144與第一葉片主體112之間形成第一腔室162，支撐側臂144與第二葉片主體114之間形成第二腔室164。第一腔室162和第二腔室164的設置顯著增加了葉片主體110的力學性能，能夠適應高水頭、大流量的工作環境。

具體地，支撐側臂144與第一葉片主體112和第二葉片主體114相連的一側面為弧形薄壁，與弧形薄壁相對的另一壁面為長方形薄壁。優選地，第一葉片主體112和第二葉片主體114均為弧形曲面結構，且第一葉片主體112和第二葉片主體114相對於支撐側臂144對稱設置。此長方形薄壁與第一腔室162和第二腔室164的腔體外壁面在一個平面上。

進一步地，支撐底臂142可以是弧形薄壁，支撐底臂142一端與轉輪120相連，另一端與支撐側臂144相連，且支撐底臂142的弧形結構與葉片主體110的靠近轉輪120一端的弧形結構相適應。

進一步地，第一葉片主體112和第二葉片主體114從靠近支撐底臂142的一端到遠離支撐底臂142的一端的葉片厚度逐漸增大，在遠離支撐底臂142的一端的葉片厚度為最大葉片厚度。這樣的葉片結構在保證了葉片主體110遠離支撐底臂142一端的力學性能的同時，減少葉片根部的葉片重量，使葉片根部更易驅動，加之葉片主體110為弧形結構增加了受水力驅動的面積，從而增大了水能的利用率。優選地，第一葉片主體112和第二葉片主體114靠近支撐底臂142一端的葉片厚度為遠離支撐底臂142一端葉片厚度的0.6-0.8倍，這樣比例結構的葉片100具有更好的力學性能，且葉片100在工作過程中根部的阻力更小，顯著提高工作效率。

支撐側臂144的厚度不大於第一葉片主體112或第二葉片主體114的厚度。具體地，支撐側臂144從靠近支撐底臂142的一端到遠離支撐底臂142的一端的厚度逐漸增大。在其他的實施例中，支撐側臂144的厚度也可以是一定的，優選地，支撐側臂144的厚度等於第一葉片主體112或第二葉片主體114靠近支撐底臂142一端的葉片厚度，從而減少葉片的吸力面後部的局部分離小，使葉片100更易驅動，減少阻力損失。

進一步地，第一葉片主體112和第二葉片主體114均為鋁合金材質，使葉片主體110的整體質量較輕，容易驅動，並減少工作過程中的能量損失。支撐底臂142和支撐側臂144的材質可以為鋁合金，或者其他金屬材質，如不鏽鋼、銅、鐵等材質。第一葉片主體112和第二葉片主體114通過焊接等方式與支撐側臂144固定連接，支撐側臂144通過可拆卸連接的方式與支撐底臂142相連。

在其他的實施例中，葉片主體110也可以是一體成型的弧形腔體，支撐側臂144位於該弧形腔體內，支撐側臂144的一端與支撐底臂142相連，支撐側臂144的另一端與葉片主體110遠離轉輪120的一端的頂壁相連，支撐側臂144將該弧形腔體分為對稱的兩個腔體。

進一步地，第一葉片主體112和第二葉片主體114在遠離支撐底臂142的一端共同形成鈍尾緣結構180，即第一葉片主體112和第二葉片主體114的形線在尾緣處不匯合，而是形成一個開口，由此使葉片主體110兩側的末端形成鈍尾緣結構180。鈍尾緣結構180的設置使葉片的吸力面後部的局部分離小，且尾緣的突擴損失小，減少了能量的損失，有效提高了水能利用率。

具體地，請參照圖2，該鈍尾緣結構180為平面，即用直線將第一葉片主體112和第二葉片主體114的末端尾緣處連接起來形成鈍頭。優選地，第一葉片主體112和第二葉片主體114在遠離支撐底臂142的一端共同形成的鈍尾緣結構180的開口寬度W為最大葉片厚度的0.5-0.7倍，即開口寬度W為遠離支撐底臂142一端的葉片厚度的0.5-0.7倍。這樣，在保證葉片100具有很好的力學性能的同時，使末端尾緣處的突擴損失小，減少了能量的損失。

在其他的實施例中，請參照圖3，該鈍尾緣結構180為弧面，即用圓弧線將第一葉片主體112和第二葉片主體114的末端尾緣處連接起來形成鈍頭。優選地，第一葉片主體112和第二葉片主體114在遠離支撐底臂142的一端共同形成的鈍尾緣結構180的鈍頭的曲面高度H為最大葉片厚度的0.2-0.3倍，即曲面高度H為遠離支撐底臂142一端的葉片厚度的0.2-0.3倍。這樣，使葉片100的末端尾緣處的突擴損失更小。

本實施例還提供了一種包括多個葉片100的水能機，多個上述的葉片100間隔設置於轉輪120的周向上。優選地，多個上述葉片100等距地間隔設置於轉輪120的周向上，且第一腔室162和第二腔室164的朝向相同。此水能機具有很好的力學性能，能夠滿足大功率的生產作業要求，顯著提高水能機的工作效率。

本實施例提供的葉片100的支撐側臂144與第一葉片主體112和第二葉片主體114之間分別形成第一腔室162和第二腔室164，顯著增加了葉片主體110的力學性能，能夠適應高水頭、大流量的工作環境。葉片厚度的漸變，減少了葉片根部的葉片重量，使葉片根部更易驅動。鈍尾緣結構180的設置使葉片的吸力面後部的局部分離小，且尾緣的突擴損失小，減少了能量的損失。上述結構特徵使葉片100具有很好的力學性能且有效提高了水能利用率。

第二實施例

請參照圖4，本實施例提供一種葉片200，其與第一實施例的葉片100大致相同，二者的區別在於本實施例的葉片200不具有葉片100的鈍尾緣結構180，而是由第一葉片主體112、第二葉片主體114和支撐側臂144在遠離轉輪120的頂部形成M形缺口170。

進一步地，請參照圖5，M形缺口170包括第一缺口172和第二缺口174，第一缺口172由第一葉片主體112和支撐側臂144形成，第二缺口174由第二葉片主體114和支撐側臂144形成。M形缺口170的設置使第一葉片主體112和第二葉片主體114的吸力面後部的局部分離小，減少了能量的損失，從而有效增加了葉片200的工作效率。

進一步地，M形缺口170還包括凸部176，第一缺口172和第二缺口174相對於凸部176對稱設置，凸部176與支撐側臂144遠離支撐底臂142的一端相連。凸部176為弧形曲面結構，可以有效減少第一葉片主體112和第二葉片主體114的尾緣的突擴損失，提高能源的利用率。

進一步地，第一缺口172和第二缺口174的頂部均為圓弧過度，減少尾緣的突擴損失，第一缺口172的缺口深度為D1，第二缺口174的缺口深度為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均為最大葉片厚度的5-8倍，即D1和D2均為遠離支撐底臂142一端的葉片厚度的5-8倍。這樣的結構比例的M形缺口170，使第一葉片主體112和第二葉片主體114的吸力面後部的局部分離更小，能量損失也更少。

本實施例還提供了一種具有上述結構特徵的水能機，多個上述的葉片200間隔設置於轉輪120的周向上。優選地，多個上述葉片200等距地間隔設置於轉輪120的周向上，且第一腔室162和第二腔室164的朝向相同。此水能機具有很好的力學性能，尾緣突擴損失小，能夠滿足大功率的生產作業要求，顯著提高水能機的工作效率。

綜上所述，本實用新型的葉片100的結構中，支撐側臂144與第一葉片主體112和第二葉片主體114之間分別形成第一腔室162和第二腔室164，顯著增加了葉片主體110的力學性能，能夠適應高水頭、大流量的工作環境。葉片厚度的漸變，減少了葉片根部的葉片重量，使葉片根部更易驅動。鈍尾緣結構180的設置使葉片的吸力面後部的局部分離小，且尾緣的突擴損失小，減少了能量的損失。在葉片200的結構中，第一葉片主體112、第二葉片主體114和支撐側臂144在遠離轉輪120的頂部形成M形缺口170，同樣使葉片的吸力面後部的局部分離小，減少了能量的損失。具有上述結構的水能機能夠適應高水頭和大流量的工作環境，能量損失小，顯著提高了水能機的工作效率。

以上所述僅為本實用新型的優選實施例而已，並不用於限制本實用新型，對於本領域的技術人員來說，本實用新型可以有各種更改和變化。凡在本實用新型的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本實用新型的保護範圍之內。