专利名称：螺旋桨叶片结构的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于水轮机的叶轮，此种叶轮通常找分为螺旋桨式涡轮叶轮。
螺旋桨式涡轮叶轮一般是在低水头高流量条件下发电的地方得到应用。本发明的这种叶轮将会发现很适合在大型的水力发电装置中应用，并且这种叶轮将会以匀速旋转(最佳设计)，另外它也适合于那些恒速不是运转的一项条件的各种环境。
当设计一个这种类型的叶轮时，设计者会面临要使若干条件均为最佳的情况。
从水资源中获取动力需要用叶轮的叶片使流动的水偏流，以这种方法来产生可形成驱动转矩的力。但同时一个趋向于减小上述驱动转矩的阻力也会产生。进行叶片形状和节距等的最佳设计似乎是一种实践，在此种实践中要尽可能完善地把可产生驱动转矩的力增到最大，而使产生阻力的力减到最小，但实际情况并不是这样。叶轮的设计者还必须对付一种被称为“穴蚀”的现象，因为可产生最大输出功率的设计有可能因穴蚀现象对叶轮的叶片浸蚀而很快予以否定。穴蚀现象是这样产生的，即当叶片的翼形使流动的水偏流从而产生了速度差，这种速度差可使水中产生压力差，而这种压力差足以产生相当低的压力面，以致于在低压区形成水气泡(一般在叶片的负压面)。当低压水流经过叶轮时，压力将会增大而水气泡就会破碎。如果水气泡的破碎或被压破是在与叶轮叶片的表面稍微隔开一些距离的区域内，或许没有什么损坏产生，可是如果水气泡的爆破发生在叶轮叶片的表面，则将必然导致其叶片表面的严重浸蚀。
设计人员还要正视另一个设计准则，在产生最大的输出转矩的同时，要使穴蚀现象对叶轮叶片表面的浸蚀最小。
本申请人已能够制造一种具有很高效率的螺旋桨式叶轮。这种叶轮通过改变叶片的外形而使穴蚀现象造成的浸蚀减至最小，这种改变了形状的叶片的前边或导边沿旋转方向从轮毂处向前“倾斜”。
本发明的目的是提供一种改进的螺旋桨式叶轮，其中在多个叶片扇形结构中，每一叶片有一导边，该导边大体朝所述叶片旋转方向“倾斜”。每个叶片的形状是这样设计的，所述螺旋桨轴线引出的径向线经过每一叶片的导边与轮毂相连的点，与每一叶片的周边相交在所述叶片周边上前叶片端部后面的点处。径向线与周边相交点和叶片周边端部间的距离约等于所述周边尺寸的15%。叶轮可根据需要设置若干个扇形叶片结构，这些叶片呈对称配置，其形状在从该螺旋桨涡轮的逆流侧的轴线方向看时，每一叶片的导边遮蔽了前一叶片后沿的大部分，大约60%的后沿被予以遮蔽。
下面将参照附图对本发明的特点及结构进行详细描述。
图1是先有技术应用中所使用的一种螺旋桨叶轮。
图2是用在本发明中的一种螺旋桨叶轮。
图3A是一个单独的先有技术叶片的平面视图。
图3B-3C是图3A的各段剖视图。
图4A是一个本发明叶片的平面视图。
图4B-4C是图4A的各段剖视图。
图5是沿叶片轴线朝轮毂向里看的先有技术叶片的视图。
图6是沿叶片轴线朝轮毂径向内侧看的本发明叶片的视图。
现参见各图，特别是在图1中可以看出用于从水流中获取能量的先有技术螺旋桨涡轮的叶轮10的平面视图。
叶轮10由被若干叶片14所环绕的轮毂12构成，一条轴线16表示在其中一个叶片14上。一条叶片轴线大约定位在几何中心线上，叶片的翼形设计成环绕此轴线，设计者还可以此轴线作为较佳的扭转轴线，以便在设计阶段，为改变叶片的扭转角度提供一条参考轴线。
叶片14上示出的辅助线18穿过叶片14的导边端部的外周边20。值得注意的是辅助线18还穿过安装在轮毂上的叶片14(导边)的一个点22。
现参见图2，图2示出了本发明一种改进的叶轮30。显而易见，这种叶片结构与先有技术有着本质的不同。
叶轮30包括由叶片34所环绕的轮毂32。所示叶片34上有一叶片轴线36，此图中还示出了与图1的线18相对应的线38，线38分别与轮毂和叶片周边相交于点40和42处。可以看出叶片34的实质部分向前延伸超出线38，以此方式可遮蔽前一叶片的后沿的大部分。该叶片前沿的导前角大约是叶片(指周边)的1/7向前偏斜出线38，这就意味着在先有技术设计中所没有的叶片的这部分，所说这部分现在对从流动的水流中获取能量更有帮助。人们还无法完全了解叶轮的整个设计中，叶轮叶片的形状和扭转是如何影响效率或产生穴蚀现象的，但是图2的叶轮可产生更大的转矩和最少的穴蚀现象。而且很明显从流动的水柱中所获取的能量是非常均匀地分布在这种叶片上的，因此，在先有技术的设计中出现的广泛水压差不会出现在这种结构的叶片上。
先有技术的叶片和此种新改进的叶片其更具体的图示在图3和图4中给出。值得注意的是，尽管其弯曲略有不同，此两种设计中主要的区别在于经改进的叶片呈现出过度的“倾斜”。且这种“倾斜”使叶片沿旋转方向朝前延伸。
改进的叶片和先有技术叶片的扭转和径向弯曲不是完全相同的，不同之处在于，先有技术的叶片在导边处比改进的叶片有稍微大些的径向弯曲，而改进的叶片其导边和后沿更接近于呈直线。基于这个原因，当沿着图6的叶片轴线径向向内侧看时，可看到紧挨着导边的整个高压面，这在先有技术的设计中是不存在的。可是如果沿着图5和图6的叶片轴线向内侧看叶片的后沿时，这两种叶片则呈现出相同的形状，也即可看到紧挨着叶片后沿的整个负压面。
本设计的叶轮是一种5个叶片式设计。但是本发明对于在一个轮毂上安置多个或少于5个叶片的各种叶片结构均是等效可行的。
为什么这种装置的叶片可显示也所希望的高性能特性，且很少或没有穴蚀现象，除了由于这种改进的叶片向前倾斜形成了超出的叶片区域，以及与先有技术的叶片相比，这种叶片从运动的水流中获取能量或许是较为平缓的之外，似乎还不完全清楚。然而可以看出，这种改进叶片的“超出”区域倾向于处在可迭盖住在轮毂上紧靠其前一叶片的后沿处，这就可以在前一叶片的后沿和其随后叶片的导边之间形成一种更均匀分布的水压面。
本设计的叶轮为5个叶片设计，但是显而易见对本领域技术人员而言，在每个设计中对叶片数量的要求是由每一种实际使用时具体的水头和水容量决定的，而后者正是叶片设计时要用到的条件。
可显而易见，如果在某一利用本发明的特定设计中，叶片的数目大于5个，则这些叶片的重叠部分将比本申请附图中所示的要大一些。
与此类似，如果实际的水头和水容量要求使用的叶片少于5个，使得叶片间的叠盖较少或根本不重叠，即便如此，这种叶片导边处的“倾斜”程度也要保持在与本发明中5叶片所说明的数值相同。
权利要求
1.在低水头水力发电应用中所使用的一种螺旋桨式叶轮，包括多个叶片扇形结构，其特征在于，每一叶片有一导边，该导边大体上朝所述叶轮旋转方向“倾斜”。
2.在低水头水力发电应用中所使用的一种螺旋桨式叶轮，其特征在于，有一个由若干叶片所环绕的轮毂，从而构成一个从流动的水流中获取动力的多叶片螺旋桨，每一叶片形状是这样的，即由所述螺旋桨的轴线所引出的径向线，经过每一叶片的导边与轮毂相连的点，与每一叶片的周边相交在所述叶片周边上前叶片端部后面的点处。
3.如权利要求2中所述的叶轮，其特征在于，所述径向线与周边相交的相交点和前叶片周边端部间的距离约等于所述叶片周边尺寸的15%。
4.在低水头水力发电应用中所使用的一种螺旋桨式涡轮叶轮，其特征在于，有一个中心轮毂，若干个叶片以扇形结构安装其上，这些叶片呈对称配置的，且其形状在从该螺旋涡轮的逆流侧的轴线方向看时，每一叶片的导边遮蔽了前一叶片后沿的大部分。
5.如权利要求4所述的螺旋桨涡轮叶片，其中所述后沿的约60%被予以遮蔽。
6.由前述任一权利要求所限定的本发明包括了所公开的任何其它新颖的特征。
全文摘要
本发明涉及一种螺旋桨式叶轮，其中的每一叶片的导边沿旋转方向从根部向前“倾斜”，从而减少穴蚀现象并增加效率。对于5个叶片的设计中，每一叶片所具有的这种“倾斜”，可以使每一叶片的导边遮蔽前一叶片后沿的较大部分。
文档编号F03B3/12GK1058256SQ9110459
公开日1992年1月29日 申请日期1991年7月9日 优先权日1990年7月9日
发明者洪道 申请人:通用电器(加拿大)有限公司