用于有护罩的转轮的叶片和包含所述叶片的有护罩的转轮的制作方法

本发明涉及一种有护罩的(shrouded)卡普兰式水轮机(kaplanhydraulicturbine)或螺桨式水轮机并且更通常涉及一种用于水轮机的转轮(runner)。更特别地，本发明涉及一种用于这样的有护罩的涡轮机的叶片。

背景技术：

众所周知，卡普兰式和螺桨式转轮叶片可比转轮护罩低得多地延伸，这主要由于液压(hydraulic，有时称为水力)约束考虑以及限制的可用的空间。由于这样因此创造了靠近后缘的叶片顶端间隙的扩大。

大的顶端间隙是造成增加的泄漏流的原因，该泄漏流引起了效率的减少、增加的边界空蚀(cavitation)以及增加的鱼类死亡率。

对于需要在最高的开度(opening)处比由护罩空间允许的可用的空间的长的叶片长度的涡轮机来说，顶端间隙的特性和尺寸可通过设计具有曲线形的后缘轮廓的叶片改变。

曲线形的后缘是在护罩处局部地降低叶片高度而在需要的地方在较小的半径处维持叶片的大的高度的结果。

在大多数情况中，该解决办法证明是不够的，因为需要的叶片长度导致几乎垂直的后缘，引起了增加的泄漏流以及叶片顶端涡流的形成，类似于在标准型的间隙中经历的那样。

技术实现要素：

本发明的一个目标是通过提供如在独立权利要求1中充分地限定的用于有护罩的螺桨式或卡普兰式转轮的叶片解决上述的技术上的问题。

本发明的另一目标是提供如在独立权利要求6中充分地限定的有护罩的螺桨式或卡普兰式转轮。

本发明的另一目标是提供如在独立权利要求7中充分地限定的用于修复(rehabilitate)现有的有护罩的螺桨式或卡普兰式转轮的方法。

根据本发明的一个方面，该目标通过用于有护罩的转轮的构造成在环状地位于转轮周围的外部的护罩内旋转的叶片获得，其中叶片包含位于叶片压力侧上并且向上延伸的小翼。

根据本发明的一个优选方面，小翼位于叶片的后缘附近。

根据本发明的一个优选方面，小翼具有流体动力学的轮廓。

根据本发明的一个优选方面，小翼具有圆形的前缘。

根据本发明的一个优选方面，小翼具有与叶片的圆角接合部(filletjunction)。

根据本发明的另一优选方面，提供了用于修复有护罩的转轮的方法，其中转轮包含构造成在环状地位于转轮周围的护罩内旋转的一个或多个叶片，其中方法包括给一个或每个叶片提供位于叶片压力侧上且向上延伸的小翼的步骤。

根据本发明的一个优选方面，其中小翼通过焊接连接到叶片。

根据本发明的一个优选方面，在叶片和小翼之间的连接执行成使得沿焊接部分建立圆角接合部。

成为本发明基础的基本想法是在叶片的压力侧上添加小翼以消除在叶片和护罩之间的大的间隙，以为了改善性能、减少边界空蚀并且改善鱼类友好度。

叶片顶端小翼或唇部被广泛地用于轴流式水轮机中，但是它们典型地在中间叶片周围放置在吸力侧上并且相比于本发明通常在高度方面被限制。

此外，小翼经常被应用在航天(翼形件和螺桨式叶片)和风力涡轮机中的叶片顶端上以反抗叶片顶端涡流，但是这些应用不涉及护罩。此外他们主要地全都在吸力侧上或在压力侧和吸力侧两者上。

小翼也已经被应用在用于船只的未有护罩的敞水(open-water)的螺桨中。

如从示例性的和非限制性的实施例的详细描述中将清楚的那样，本发明包括小翼或鳍状物，其在叶片的压力侧上向上延伸以消除在叶片和护罩之间的大的间隙。

通过在叶片后缘附近维持仅仅功能性的间隙，大大地减少了边界空蚀和损失。

本发明可适用于螺桨并且尤其地卡普兰式转轮。优选地，对于后者而言，小翼是球形的以为了维持在所有的叶片开度处的功能性的间隙。这类似于局部地在转轮叶片上施加的球形的护罩的延伸。

有利地，该解决办法不管可用的护罩高度提供了期望的水力的叶片长度，而不引进大的顶端间隙。

本发明能够有助于减少与泄漏流和顶端涡流关联的损失和空蚀。

此外，确保了用于鱼类友好的涡轮机的最小的间隙需要。事实上，大的顶端间隙已经与鱼类伤害相关联；然而鱼类友好的涡轮机也需要增加的压力，该增加的压力利用较大的弦长获得。相似地，当利用转轮替换(replacement)增加涡轮机的功率时大的弦长也可被需要以避免空蚀。

根据本发明的另一方面，也提供了用于修复轴向水轮机的方法，特定地其中鱼类友好度是主要的关注。

附图说明

本发明的目标、优点以及其他的特征当阅读在下文参考附图对本发明的仅仅为了例证的目的给出的优选的实施例进行的非限制性的描述时将变得更加显而易见，贯穿所有附图相似的参考标号可被用于意指相似的元素，并且在所述附图中：

图1-7以不同的透视图示出了根据本发明的包含小翼的叶片。

具体实施方式

参考图1，示意性地示出了根据本发明的转轮(未示出)的通常由参考标号1指出的叶片的终端部分。叶片1构造成在环状地位于叶片1周围的示意性地利用参考标号6指出的外部的护罩内旋转。如在图中示出的那样，叶片1包含位于叶片压力侧4上并且向上延伸的小翼3。有利地以这样的方式选择小翼3朝向护罩6的延伸量以提供在小翼3的顶点和护罩之间最小的间隙5，这样以确保用于在由围绕的护罩限制的体积内的叶片的旋转的必要的公差。

根据一种优选实施例，小翼3具有圆形的前缘7，并且包含沿连接部分与叶片1的圆角接合部8，以避免应力集中，该应力集中可导致在长时间的使用期间的破损。

有利地，前缘7在液压方面是平滑的以避免局部流动加速。

参考下一个图2，包括小翼3的叶片1以透视图更明显地示出。有利地，如可从该视图中认识到的那样，小翼3具有流体动力学的轮廓并且位于叶片的后缘附近。

在下面的图3-7中也以不同的透视图描绘了根据本发明的叶片。

当相比于具有带有相似的长度的叶片的已知的安装时，有利地这样设计小翼3的高度以有效地缩小在叶片和护罩之间的存在的间隙5。此外，小翼被提供有足够的厚度以为了确保机械完整性。

小翼3也可被提供到现有的有护罩的转轮，以为了修复涡轮机并且改善涡轮机的性能。

根据本发明的有护罩的转轮的修复方法包括给转轮的叶片提供带有向上延伸并且位于叶片压力侧4上的小翼3。

在小翼和现有的叶片之间的连接可利用焊接操作实现。特别地，可这样操作焊接以沿焊接部分创造圆角接合部8。

根据一种备选的实施例，用于修复有护罩的转轮的方法可包括在叶片的铸件(casting)中的小翼，以为了有利地获得作为单件的包含小翼的叶片。

虽然已经结合仅仅限制数量的实施例详细地描述了本发明，但应当容易地理解的是本发明不限于这样的公开的实施例。相反地，本发明能够被修改以包含迄今未描述的但是与本发明的精神和范围相称的任何数量的变更、改造、替代或等价的布置。附加地，虽然已经描述了本发明的各种实施例，但是应理解的是本发明的方面可仅仅包括描述的实施例中的一些。因此，本发明不应被视作由前述描述所限制，而是仅仅由所附权利要求的范围所限制。