用于制造液壓機器的旋轉部分的方法、根據該方法制造的旋轉部分、液壓機器及能量轉換設備的制造方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種用于制造屬于用于將液壓能轉換成機械能或電能的設備的液壓機器的旋轉部分的方法、根據該方法制造的旋轉部分、配備有此類旋轉部分的液壓機器，以及包括此類機器的能量轉換設備。
【背景技術】
[0002]在將液壓能轉換成機械能或電能的領域中，已知的是使用液壓機器，如渦輪、栗或栗渦輪。在渦輪模式中，機器驅動軸旋轉，因此將液壓能轉換成機械能。該能量轉換借助于轉輪實現，該轉輪包括轉輪冠部、轉輪帶和葉片，該葉片圍繞轉輪的旋轉軸線分布在轉輪冠部與轉輪帶之間。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輪的外殼中。外殼接著將水分配在轉輪的葉片之間。葉片具有特定輪廓，借助于其，低壓區可在轉輪內產生。這引起轉輪旋轉。當水到達葉片的后緣時，其朝下游的引流管移動。
[0003]液壓機器領域中的當前出現的問題中的一個在于產生轉輪的葉片的后緣附近和下游的卡曼渦列。更準確地說，轉輪的葉片的后緣不是非常流線形的，并且產生由圍繞葉片的流動的不穩定分離引起的周期性渦流模式。卡曼渦列降低機器的效率，并且表示可導致開裂的葉片上的動態負載。
[0004]產生卡曼渦列越大，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不允許厚度的必要減小。
[0005]本發明更具體地旨在通過提出用于制造液壓機器的旋轉部分的方法來補救這些缺陷，借助于該方法，有可能制造更穩健并且具有改進的性能的液壓機器。

【發明內容】

[0006]為此，本發明涉及一種用于制造屬于用于將液壓能轉換成電能或機械能的設備的液壓機器的旋轉部分的方法，該旋轉部分包括圍繞旋轉部分的旋轉軸線分布并且從前緣延伸至后緣的葉片。根據本發明，該方法包括由以下構成的步驟:
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，而不削弱轉輪的機械強度或裝備的壽命，這意味著出現在葉片的后緣處的卡曼渦列減少。
[0008]根據本發明的一個有利但非強制的方面，第二部分由粘合粘結、焊接或螺接來附接于第一部分。
[0009]本發明還涉及一種屬于用于將液壓能轉換成機械能或電能的設備的液壓機器的旋轉部分，該旋轉部分在水流穿過其時圍繞旋轉軸線旋轉，并且包括圍繞旋轉軸線分布并且從前緣延伸至后緣的葉片。根據本發明，旋轉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域并且限定葉片的后緣。
[0010]根據本發明的有利但非強制的方面，屬于液壓機器的旋轉部分可包括以任何技術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]旋轉部分為弗朗西斯型轉輪，其包括轉輪冠部和轉輪帶，葉片在它們之間延伸，第一部分和第二部分附接于轉輪冠部和轉輪帶。
[0014]延伸部具有對稱點形的截面。
[0015]旋轉部分屬于球狀、Kaplan、螺旋槳或Deriaz型的機器，并且包括在操作時圍繞軸線旋轉的轂，以及從轂相對于旋轉軸線沿徑向延伸的葉片。
[0016]本發明還涉及一種包括如上文限定的旋轉部分的液壓機器。
[0017]最后，本發明涉及一種用于將液壓能轉換成機械能或電能的設備，其包括如上文限定的液壓機器。
【附圖說明】
[0018]鑒于根據本發明的原理的用于制造屬于液壓機器的旋轉部分的方法的實施例的純粹示例性的以下描述，參照附圖，將更好理解本發明，并且其其它優點將更清楚顯現，在該附圖中:
圖1為并入也根據本發明的弗朗西斯式渦輪的根據本發明的能量轉換設備的示例性軸向區段，
圖2為圖1的渦輪的轉輪的側視圖，
圖3為屬于圖2的轉輪的單個葉片的詳圖，具體是如該圖中所見從左側的第五葉片，
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為并入根據本發明的第二實施例的螺旋槳型渦輪的根據本發明的設備的示意性軸向區段，
圖7為沿圖6中的線VI1-VII的放大局部區段，以及圖8為屬于現有技術的轉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示出了根據本發明的能量轉換設備2。該能量轉換設備2包括在實例中為弗朗西斯式渦輪的液壓機器20。渦輪20的旋轉部分因此為弗朗西斯型轉輪202。該轉輪202圍繞垂直軸線Z202旋轉，并且使傳動軸204轉動。在本情況下，傳動軸204連接于交流發電機206，以便產生電力。然而，還有可能使用產生的機械能來驅動另一個裝置。水在上游儲存在水儲存器(未示出)中。其接著經由具有壓頭的給水栓22的中介機構供應至液壓渦輪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包繞轉輪202，并且借助于外殼24，可大致有規則地圍繞軸線Z202在轉輪202內分配水。更準確地說，水在定位在轉輪202的轉輪冠部2022與轉輪帶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示出了根據本發明的轉輪202。更確切地說，關心的是流E到達葉片208的后緣2082的時刻，因為其是用于流E的特別關鍵的區域。實際上，該時刻標記流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示出了屬于現有技術的轉輪的葉片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險。
[0022]在下文中關心的是根據本發明的轉輪202的葉片208的后緣2082與流E之間的界面。該界面還可應用于轉輪202的其它葉片208。
[0023]圖3到5示出了借助于本發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的附接區域208A2的延伸部且由柔性材料如復合材料制成的第二部分208C。附接區域208A2垂直于弦2088。延伸部208C具有在類似于圖3到5的平面