[发明专利]用于法氏涡轮机转轮的紧凑叶片以及配置转轮的方法

说明书

一种用于具有一喉部直径（Dth）的法氏涡轮机转轮的叶片，该叶片包括：不小于0.03Dth的最大厚度以及具有不小于45度的最大倾斜角的前缘，其中，所述倾斜角是由一垂直线和前缘限定。

背景技术

本发明涉及一种用于法氏水轮机的叶片形状，而且特别涉及叶片的入口角和厚度。

法氏涡轮机是一种常用的水轮机。法氏涡轮机适合在例如十(10)米至六百五十(650)米的压头的情况下运转。这些涡轮机通常被用来驱动发电机以产生电力，如在10至750兆瓦特的范围内。法氏涡轮机的例子展示在美国专利第7,198,470号、第7,195,460号、第7,195,459号、第7,128,534号以及第6,135,716号中。法氏涡轮机的参考直径，例如，转轮直径，可以是1至10米。涡轮机可以以每分钟80至1000转(rpm)的旋转速度运转。大型和中型法氏涡轮机倾向于绕一垂直轴旋转，而较小的涡轮机绕水平轴旋转。传统法氏涡轮机的这种一般描述是为了提供叶片形状公开的背景，而不是限制本发明的范围。

转轮是法氏涡轮机的包括涡轮机叶片的部分。当修复法氏涡轮机时，可以安装新的转轮。新转轮的尺寸受到用于现有转轮的腔室的尺寸限制。新的转轮被设计用来装配到壳体内。由于现有壳体的限制，新转轮的设计可能不是最佳的，以提供最大的峰值效率和对于涡轮机的气穴行为。通常，转轮被限制为比将是最佳的更紧凑，例如，具有更小的转轮入口直径。因为转轮紧凑，关于涡轮机的效率和其性能例如关于气穴的问题出现。在转轮被用在在例如大于100米的大压头下运转的法氏涡轮机中的情形下，这些问题往往是特别关注的问题。

对于给定的压力头、叶片的数量和相对于分配器中心线的固定的叶片出口高度，紧凑的入口直径将增加球形叶片载荷。叶片入口可以因此达到临界低压水平，导致压力或吸入侧气穴，取决于操作头。

发明内容

已经构思了一种新颖的法氏涡轮机，特别是已经构思了用于法氏涡轮机转轮的新颖的叶片形状。新颖的叶片是合适于例如可以用来替换现有转轮的紧凑转轮。紧凑转轮可以被设计用来安装在现有的壳体中并且因此被限制为具有紧凑的叶片。

紧凑的叶片可以具有独特的入口形状，其在气穴问题和涡轮机效率方面具有改善的性能。例如，叶片入口的倾斜可以是显著的，例如，大于45度。叶片可以具有相对于分配器中心线的固定叶片出口高度和给定的入口直径。显著的倾斜角有助于控制吸入侧气穴，特别是在用于涡轮机的最大速率头处。叶片入口的显著倾斜可以是从护罩到中部叶片，相对于毂。入口叶片的显著倾斜趋向于抑制气穴，否则气穴可能损坏叶片的入口区域的表面。

叶片可以是相对薄的，相对于法氏涡轮机中的转轮的传统叶片。叶片可以在叶片的入口区域是相对薄的。叶片可以沿着入口到转轮的进入高度是相对薄的。

具有不小于0.03Dth的最大厚度和不小于45度的最大倾斜角的用于法氏涡轮机转轮的叶片已经被构思并且允许叶片和转轮紧凑。紧凑的转轮可以用来通过用具有高性能叶片的转轮替换过时的转轮来修复现有的法氏涡轮机组件，所述高性能叶片高效地将水能转换成机械动力并且抑制叶片表面上的气穴。

已经构思了一种用于具有一喉部直径(Dth)的法氏涡轮机转轮的叶片，该叶片包括：不小于0.03Dth的最大厚度以及具有不小于45度的最大倾斜角的前缘，其中，所述倾斜角是由一垂直线和前缘限定。同用于法氏涡轮机转轮的标准尺寸的叶片相比，所述叶片可以相对短的。叶片的前缘可以平行于一垂直轴线并且转轮绕所述垂直轴线旋转。叶片的后缘可以面向大体向下的方向。

叶片可以布置在安装在转轮中的叶片的环形阵列中，其中，每个叶片的上边缘固定到转轮的毂或冠的倒圆锥形部分。每个叶片可以具有固定到转轮带的下侧边缘。