混流式微小直径长短叶片转轮及其制造工艺的制作方法

本发明属于水轮发电机组设备技术领域，尤其是涉及一种混流式微小直径长短叶片转轮及其制造工艺。

背景技术：

混流水轮机也称为弗朗西斯式水轮机，属反击式水轮机的一种，由美国工程师弗朗西斯于1849年发明，又称弗朗西斯水轮机，或辐轴流式水轮机。由于结构紧凑，效率较高，能适应很宽的水头范围，混流水轮机已成为目前世界各国广泛采用的水轮机型式之一。

转轮是混流式水轮发电机组的心脏，它是水能转化为电能的核心零件。而转轮中的长短叶片能使叶片正、背面两侧压力分布最优而获得更高的流速和最小的空化，更能适应水流特性。水力效率高、有较好的水力特性倍受青睐，正在逐渐替代单一叶片。目前的混流式转轮的直径大都在0.84～1.8m之间，其重量也在1.0～2.5t之间，而对于直径在0.35～0.75m之间，重量在0.1～0.6t之间的微小直径长短叶片转轮，由于焊接空间非常狭小，而且这种长短叶片交替焊接在转轮中，叶片数量比单一叶片多一倍，叶片焊接质量难以保证，导致很多制造厂家在焊接微小直径转轮长短叶片时束手无策，被迫放弃制造这样的高效率转轮。

因此急需设计一款新的微小直径混流式长短叶片转轮结构及其制造工艺，解决微小直径混流式转轮的长短叶片的难以焊接的问题。

专利授权公告号为cn102364083b的发明专利公开了一种混流式水泵水轮机长短叶片转轮，包括一个上冠、一个下环，若干个经过优化设计的长叶片和短叶片。该发明通过对长叶片和短叶片的包角，叶片的进出口角，短叶片轴面流道的长度，短叶片到相邻长叶片背面开口的大小等参数进行优化，可以使水轮机工况部分负荷条件下尾水管压力脉动大大降低，可以使转轮直径减小，从而提高转轮效率，改善水轮机工况下的“s”区不稳定性问题。然而，该发明提供的转轮结构无法解决小直径混流水轮机转轮的长短叶片由于焊接空间狭小导致无法高质高效完成焊接的问题。

专利授权公告号为cn202300788u的实用新型专利公开了一种水轮机转轮，包括上冠和下环及多个连接在上冠和下环之间的叶片，所述叶片包括主叶片和短叶片，所述短叶片分布在主叶片之间，所述短叶片比主叶片短，本实用新型能够有效地改善水轮机的空蚀并提高水轮机的效率。然而，该实用新型提供的水轮机转轮结构依然无法解决小直径混流水轮机转轮的长短叶片由于焊接空间狭小导致无法高质高效完成焊接的问题。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明的目的是针对现有技术的不足，提供一种混流式微小直径长短叶片转轮及其制造工艺，有效解决了微小直径混流式水轮机转轮长短叶片由于数量多、焊接空间非常狭小难以高效且保证质量的完成长短叶片焊接的问题。

为达到上述目的，本发明采用以下技术方案：

混流式微小直径长短叶片转轮，包括上冠，下环，以及若干个连接在所述上冠和所述下环之间的长叶片和短叶片，且所述长叶片和所述短叶片沿转轮的周向均匀间隔分布，所述下环由靠近转轮进水口的下环ⅰ和焊接在所述下环ⅰ下端的下环ⅱ组成，且所述下环ⅰ下端低于所述短叶片的下端。

优选地，所述长叶片和所述短叶片的数量均为13～15个。

优选地，所述上冠的材质采用合金钢zg20simn，所述下环、所述长叶片和所述短叶片的材质均采用不锈钢zg0cr13ni4mo。

优选地，所述下环ⅰ下端与所述短叶片的下端之间的距离不小于10mm。

优选地，所述转轮的直径为0.35～0.75m,所述转轮的重量为0.1～0.6t。

混流式微小直径长短叶片转轮制造工艺，包括以下步骤：

步骤1、完成短叶片与上冠及下环i的组焊：首先将上冠倒置于焊接工装上，之后按照图纸设计在上冠的过流面上标记出每一个长叶片和短叶片的安装位置，之后将短叶片按照上述标记出的安装位置进行位置固定，之后将下环i吊装在图纸设计位置上，随后按照图纸要求的焊缝形式、焊角大小和圆弧角大小完成短叶片与上冠以及短叶片与下环i之间焊缝的焊接，并按照图纸要求对完成焊缝进行打磨；

步骤2、完成长叶片与上冠及下环i的组焊：首先吊装长叶片并按照上述标记出的安装位置将长叶片进行位置固定，之后按照图纸要求的焊缝形式、焊角大小和圆弧角大小完成长叶片与上冠之间焊缝的焊接，之后将转轮吊起离开焊接工装并将转轮处于水平放置状态，随后按照图纸要求对完成焊缝进行打磨；之后按照图纸要求完成长叶片与下环i之间焊缝的焊接并打磨焊缝至光滑；

步骤3、完成下环ii与下环i及长叶片的组焊：首先吊装下环ii，并按照下环ii与上冠的同轴度要求将下环ii放置在下环i上，之后采用分段退焊法完成下环ii与下环i之间焊缝的焊接，最后按照图纸要求的焊缝形式、焊角大小和圆弧角大小完成下环ii与长叶片之间焊缝的焊接并打磨焊缝至光滑。

优选地，步骤1中，在对短叶片进行位置固定时为了使短叶片焊接收缩后的进水高度能够达到图纸要求，在短叶片与上冠之间留有高度为1.5～3.0mm的间隙。

优选地，步骤1中，在对短叶片与上冠以及短叶片与下环i之间的焊缝进行焊接前，为防止焊后上冠与下环i之间的距离收缩超出图纸要求，在上冠与下环i之间设置有支撑定位杆。

优选地，所述支撑定位杆为一根圆管沿直径切开形成的半管结构，且所述半管结构下端设置与所述下环的内壁相贴合的倾斜面。

本发明的有益效果是：

本发明针对目前的微小直径混流式水轮机转轮由于长短叶片数量多且焊接空间狭小导致很多制造厂家在焊接微小直径转轮的长短叶片时束手无策，被迫放弃制造这样的高效率转轮或者难以制造出焊接质量好的小直径混流水轮，提供一种混流式微小直径长短叶片转轮及其制造工艺，通过采用特殊的微小直径混流式长短叶片转轮结构以及制造工艺，使得微小直径混流式长短叶片转轮能够高效、高质量的制造出来。

其中，混流式微小直径长短叶片转轮包括上冠，下环，以及若干个连接在上冠和下环之间的长叶片和短叶片，而且长叶片和短叶片沿转轮的周向均匀间隔分布，而且下环由靠近转轮进水口的下环ⅰ和焊接在下环ⅰ下端的下环ⅱ组成，且下环ⅰ下端低于短叶片的下端，下环采用这种分割结构，使得在先焊接短叶片时能够摆脱下环的下部空间狭小的制约，使短叶片更能充分暴露在焊接者视野下，焊接空间较下环为一体时大很多，进而能够在确保焊接质量的前提下大大提高焊接效率，同时能够使水轮机效率比同直径单一叶片转轮效率提高2%～3%，例如电站装机3×2000kw的机组，每小时可以多发电120～180kw，或节约发电用水流量，使电站发电时间延长，使电站获得较好的发电效益。

另外，为了使短叶片焊接收缩后的进水高度能够达到图纸要求，在短叶片与上冠之间留有高度为1.5～3.0mm的间隙。另外，为防止焊后上冠与下环i之间的距离收缩超出图纸要求，在上冠与下环i之间设置有支撑定位杆。本发明有效解决了微小直径混流长短叶片转轮的叶片由于焊接空间非常狭小难以高效且保证质量的完成长短叶片焊接的问题。

附图说明

图1为本发明混流式微小直径长短叶片转轮的结构示意图；

图2为本发明混流式微小直径长短叶片转轮制造状态的结构示意图；

图3为本发明混流式微小直径长短叶片转轮制造状态中支撑定位杆的结构主视示意图；

图4为本发明混流式微小直径长短叶片转轮制造状态中支撑定位杆的结构俯视示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例的附图，对本发明实施例的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本发明的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1：

如图1所示，混流式微小直径长短叶片转轮，包括上冠1，下环，以及若干个连接在所述上冠1和所述下环之间的长叶片2和短叶片3，且所述长叶片2和所述短叶片3沿转轮的周向均匀间隔分布，所述下环由靠近转轮进水口的下环ⅰ4和焊接在所述下环ⅰ4下端的下环ⅱ5组成，且所述下环ⅰ4下端低于所述短叶片3的下端。

所述转轮的进口直径为φ0.5m，所述转轮的进水高度为92mm，所述下环的出水口直径为φ385mm，转轮的总重量为0.5t，所述转轮属于应用在混流式水轮机上的微小直径转轮。

所述长叶片2和所述短叶片3的数量均为15个。

所述上冠1的材质采用合金钢zg20simn，所述下环、所述长叶片2和所述短叶片3的材质均采用不锈钢zg0cr13ni4mo。

所述下环ⅰ4下端与所述短叶片3的下端之间的距离为10mm。

该实施例中，为了克服微小直径混流式长短叶片转轮叶片数量多且焊接空间狭小导致很多制造厂家在焊接微小直径转轮长短叶片时束手无策，被迫放弃制造这样的高效率转轮或者难以制造出焊接质量好的微小直径混流水轮的难题，混流式微小直径长短叶片转轮采用包括上冠，下环，以及若干个连接在上冠和下环之间的长叶片和短叶片，而且长叶片和短叶片沿转轮的周向均匀间隔分布，而且下环由靠近转轮进水口的下环ⅰ和焊接在下环ⅰ下端的下环ⅱ组成，且下环ⅰ下端低于短叶片的下端的结构，其中下环采用这种分割结构，使得在先焊接短叶片时能够摆脱下环的下部空间狭小的制约，使短叶片更能充分暴露在焊接者视野下，焊接空间较下环为一体时大很多，进而能够在确保焊接质量的前提下大大提高焊接效率，同时能够使水轮机效率比同直径单一叶片转轮效率提高2%～3%，例如电站装机3×2000kw的机组，每小时可以多发电120～180kw，或节约发电用水流量，使电站发电时间延长，使电站获得较好的发电效益。

与此同时，该实施例中下环ⅰ下端与短叶片的下端之间的距离为10mm，一方面使得短叶片能充分暴露在焊接者视野下以摆脱下环的下部空间狭小的制约，另一方面便于将焊缝的端部暴露在外面，使得易出现焊接缺陷的焊缝端部充分暴露在焊接者视野下以便于焊缝修复，另外根据多年工作经验发现下环ⅰ下端与短叶片的下端之间的距离不能低于10mm，如果低于10mm不仅会大大降低焊缝端部的焊接质量造成大量返工，而且不利于返工时的清理，该实施例中下环ⅰ下端与短叶片的下端之间的距离为10mm，很显然下环ⅰ下端与短叶片的下端之间的距离还可以选用大于10mm，比如11mm、12mm、13mm等，同样能够起到相同的效果。

另外，该实施例中长叶片和短叶片的数量均为15个，为了适应不同的水流环境还可以选用其他数量个，比如13个或14个。

另外，为了在保证上冠、下环、长叶片及短叶片的耐腐蚀性能的基础上提高抗空化性、焊接性能及抗疲劳性能，该实施例中，上冠的材质采用合金钢zg20simn，而下环、长叶片和短叶片的材质均采用不锈钢zg0cr13ni4mo。

实施例2：

本实施例还提供了一种混流式微小直径长短叶片转轮制造工艺，包括以下步骤：

步骤1、完成短叶片与上冠及下环i的组焊：首先将上冠倒置于焊接工装上，之后按照图纸设计在上冠的过流面上标记出每一个长叶片和短叶片的安装位置，之后将短叶片按照上述标记出的安装位置进行位置固定，之后将下环i吊装在图纸设计位置上，随后按照图纸要求的焊缝形式、焊角大小和圆弧角大小完成短叶片与上冠以及短叶片与下环i之间焊缝的焊接，并按照图纸要求对完成焊缝进行打磨；

步骤2、完成长叶片与上冠及下环i的组焊：首先吊装长叶片并按照上述标记出的安装位置将长叶片进行位置固定，之后按照图纸要求的焊缝形式、焊角大小和圆弧角大小完成长叶片与上冠之间焊缝的焊接，之后将转轮吊起离开焊接工装并将转轮处于水平放置状态，随后按照图纸要求对完成焊缝进行打磨；之后按照图纸要求完成长叶片与下环i之间焊缝的焊接并打磨焊缝至光滑；

步骤3、完成下环ii与下环i及长叶片的组焊：首先吊装下环ii，并按照下环ii与上冠的同轴度要求将下环ii放置在下环i上，之后采用分段退焊法完成下环ii与下环i之间焊缝的焊接，最后按照图纸要求的焊缝形式、焊角大小和圆弧角大小完成下环ii与长叶片之间焊缝的焊接并打磨焊缝至光滑。

实施例3：

如图2、图3和图4所示，其与实施例2的区别在于：

步骤1中，在对短叶片进行位置固定时为了使短叶片焊接收缩后的进水高度能够达到图纸要求，在短叶片与上冠之间留有高度为1.5mm的间隙。

步骤1中，在对短叶片与上冠以及短叶片与下环i之间的焊缝进行焊接前，为防止焊后上冠与下环i之间的距离收缩超出图纸要求，在上冠与下环i之间设置有支撑定位杆6。

所述支撑定位杆6为一根圆管沿直径切开形成的半管结构，且所述半管结构下端设置与所述下环的内壁相贴合的倾斜面7。

该实施例中，为了使短叶片焊接收缩后的进水高度能够达到图纸要求，在短叶片与上冠之间留有一定高度的间隙，由于叶片焊接量大，材料为不锈钢，收缩量大，根据多年工作经验收缩量在1.5～3.0mm之间，该实施例中在短叶片与上冠之间留有高度为1.5mm的间隙，很显然在短叶片与上冠之间留有的间隙也可以是1.5～3.0mm之间任意一个数值，比如2.0mm、2.5mm或3.0mm等。另外，支撑定位杆采用半管结构，一方面便于取材，只需将一根圆管沿直径切开即可，另一方面半管结构下端设置与下环的内壁相贴合的倾斜面，从而能够保证支撑定位杆下端与下环内壁充分接触以起到稳定支撑作用，避免焊后上冠与下环i之间的距离收缩超出图纸要求。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，本领域普通技术人员对本发明的技术方案所做的其他修改或者等同替换，只要不脱离本发明技术方案的精神和范围，均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。