混流式水轮及水轮机的制作方法

1.本实用新型涉及水轮机技术领域，特别是涉及一种混流式水轮及水轮机。


背景技术：

2.随着时代的发展，人们日益发现能源逐渐枯竭的严峻问题，越来越多的人开始重视清洁能源，如水力抽水、水力发电等。不管是水力抽水还是水力发电，一般都需要水轮机进行配合，先将水流能量转换为水轮旋转能量，再借水轮为原动力，推动发电机产生电能或者进行抽水。
3.传统水轮由于结构设计欠合理，对水的利用率不高，水流能量损失严重，即水流能量转换为水轮旋转能量的转换效率低。


技术实现要素：

4.基于此，有必要针对上述技术问题，提供一种混流式水轮及水轮机。
5.一种混流式水轮，包括：
6.轮盘；
7.轮环，与所述轮盘同轴间隔设置；
8.叶片，包括径向受压部及轴向受压部；所述径向受压部位于所述轮盘与所述轮环之间，所述径向受压部沿所述轮盘的轴向延伸呈平板状，且其两端分别连接所述轮盘及所述轴向受压部，所述径向受压部具有径向迎水面；所述轴向受压部位于所述轮环内，所述轴向受压部的一侧与所述轮环的内周面连接，所述轴向受压部相对所述径向受压部倾斜设置，所述轴向受压部具有与所述径向迎水面平滑相接的轴向迎水面，所述轴向迎水面为凹弧面并朝向所述轮盘。
9.上述混流式水轮，水流先沿混流式水轮的径向冲击径向受压部的径向迎水面，完成第一次做功，冲击径向迎水面的部分水流沿混流式水轮的轴向冲击轴向受压部的轴向迎水面，完成第二次做功，从而部分水流在混流式水轮的径向及轴向都做功，促使混流式水轮，对水流能量的利用率较高，减少水流能量的损失，有效提高水流能量转换为混流式水轮转动能量的转换效率，且有利于加大传动轴的旋转力矩。
10.在其中一个实施例中，所述轮盘朝向所述轮环的一侧设置有凸起，所述凸起位于所述轮盘的轴心上，且所述凸起的横截面积自所述轮盘朝所述轮环的方向逐渐减小。
11.在其中一个实施例中，所述轴向受压部的宽度朝远离所述径向受压部的方向逐渐变小。
12.在其中一个实施例中，所述轴向受压部沿远离所述径向受压部的方向朝所述轮环的轴心线扭曲。
13.在其中一个实施例中，所述叶片还包括连接于所述径向受压部与所述轴向受压部之间的过渡部，所述过渡部具有与所述径向迎水面及所述轴向迎水面平滑连接的凹弧面。
14.一种水轮机，包括蜗壳、传动轴及上述的混流式水轮，所述混流式水轮设置在所述
蜗壳中；所述蜗壳内设有环绕所述混流式水轮周向设置的流道，所述流道的一端为进水口，所述蜗壳上还设有出水口，所述出水口沿所述混流式水轮的轴向与所述混流式水轮对应设置；所述传动轴连接所述混流式水轮的所述轮盘；水流经所述进水口流入流道以冲击所述叶片，使所述混流式水轮旋转，进而带动所述传动轴旋转，冲击所述叶片后的水流沿所述混流式水轮的轴向从所述出水口排出。
15.在其中一个实施例中，所述流道的两端分别为大端和小端，所述进水口位于所述流道的大端，所述流道的横截面自大端朝小端逐渐减小。
16.在其中一个实施例中，所述流道内设置有挡水板，所述挡水板位于所述大端与所述小端之间。
17.在其中一个实施例中，所述挡水板具有朝向所述小端的导流面，所述导流面朝靠近进水口的方向倾斜延伸。
18.在其中一个实施例中，所述蜗壳对应所述出水口的位置设置有外接环，所述外接环位于所述蜗壳的外部，所述外接环的内周壁设置有限位台，所述轮环位于所述外接环内，所述轮环远离所述轮盘的一端抵接所述限位台。
附图说明
19.图1为本实用新型的一实施例的水轮机的结构示意图；
20.图2为图1所示的水轮机的部分剖视图；
21.图3为图1所示的水轮机的径向剖视图；
22.图4为图2所示的水轮机中的混流式水轮的结构示意图；
23.图5为图4所示的水轮机中的混流式水轮的周向剖视图。
24.附图中各标号的含义为：
25.蜗壳10，容纳腔11，流道12，大端120，小端121，进水口13，出水口14，挡水板15，导流面150，外接环16，限位台160，通孔17，凸环18，混流式水轮20，轮盘21，轮环22，叶片23，径向受压部24，径向迎水面240，轴向受压部25，轴向迎水面250，凸起26，轴孔27，过渡部28，凹弧面280，传动轴30，轴套31。
具体实施方式
26.为使本实用新型的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本实用新型的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本实用新型。但是本实用新型能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本实用新型内涵的情况下做类似改进，因此本实用新型不受下面公开的具体实施例的限制。
27.在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。
28.此外，术语“第一”、“从”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“从”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本实用新型的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
29.在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
30.在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在从特征“上”或“下”可以是第一和从特征直接接触，或第一和从特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在从特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在从特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于从特征。第一特征在从特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在从特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于从特征。
31.需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“上”、“下”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。
32.请参考图1至图5，为实用新型一实施方式的水轮机，其用于水力发电或水力抽水。请参考图1及图2，水轮机包括蜗壳10、混流式水轮20及传动轴30。混流式水轮20设置在蜗壳10中。具体地，蜗壳10内设有容纳腔11及流道12，混流式水轮20容置于容纳腔11内。流道12环绕容纳腔11设置，即流道12环绕混流式水轮20的周向设置。流道12的一端为进水口13。蜗壳10上还设有出水口14，出水口14与容纳腔11连通，出水口14沿混流式水轮20的轴向与混流式水轮20对应设置。外界水流经进水口13流入流道12以冲击混流式水轮20，使混流式水轮20旋转，进而带动传动轴30旋转，冲击混流式水轮20后的水流沿混流式水轮20的轴向从出水口14排出。
33.在本实施例中，外界水流是市政自来水管路的输出，进入流道12的水则为自来水。在其他一些实施例中，外界水流也可以是市政自来水管路经加压泵后的输出，也可以是卫浴设备的外部泵体对外部储水的抽送输出。
34.请参考图3，流道12的两端分别为大端120和小端121，进水口13位于流道12的大端120，流道12的横截面自大端120朝小端121逐渐减小，以保证混流式水轮20周向各处受到水流的冲击力一致，从而保证混流式水轮20能够稳定地旋转。具体地，由于在水流自流道12的大端120朝小端121流动的过程中，会不断有水流冲击混流式水轮20而进入容纳腔11，然后从出水口14排出，从而流道12内的水流流量会逐渐减少，为保证流道12内的水压稳定，通过将流道12的横截面沿水流方向逐渐减小，以弥补水流流量减少时水压也会随着变小的问题。需要说明的是，流道12的横截面为垂直水流方向的截面。
35.请继续参考图3，在一些实施例中，流道12内设置有挡水板15，挡水板15位于大端120与小端121之间。流道12的大端120与小端121相邻，从而通过在大端120与小端121之间
设置挡水板15，经进水口13进入的水流会被挡水板15阻挡而促使水流能够沿着流道12螺旋流动。进一步地，挡水板15具有朝向小端121的导流面150，导流面150朝靠近进水口13的方向倾斜延伸，导流面150用于将小端121处的水流逐渐导流至混流式水轮20处，有效防止小端121处的水流强烈撞击导流面150而产生较大的噪音。
36.请再次参考图3，在一些实施例中，蜗壳10对应出水口14的位置设置有外接环16，外接环16位于蜗壳10的外部，外接环16用于连接外界的排水管。进一步地，外接环16的内周壁设置有限位台160，混流式水轮20的一端抵接限位台160，可以理解地，通过限位台160对混流式水轮20进行限位，保证混流式水轮20容置在容纳腔11内的稳定性。
37.蜗壳10上还设有通孔17，通孔17与容纳腔11连通，且通孔17沿混流式水轮20的轴向与混流式水轮20对应设置，传动轴30的一端自通孔17延伸至蜗壳10内与轮盘21连接。进一步地，蜗壳10设置有凸环18，凸环18部分位于蜗壳10的外部，凸环18的另一部分穿过通孔17延伸至容纳腔11内，传动轴30上套设有轴套31，轴套31的部分位于凸环18内。通过设置凸环18对传动轴30的轴套31进行限位，有效保证传动轴30旋转的稳定性。
38.请参考图4及图5，混流式水轮20包括轮盘21、轮环22及叶片23。轮盘21靠近通孔17设置，传动轴30的一端连接轮盘21。轮环22与轮盘21同轴间隔设置，且轮环22对应于出水口14。叶片23连接轮盘21及轮环22。具体地，叶片23包括径向受压部24及轴向受压部25。径向受压部24位于轮盘21与轮环22之间，径向受压部24沿轮盘21的轴向延伸呈平板状，径向受压部24的两端分别连接轮盘21及轴向受压部25，径向受压部24具有径向迎水面240。轴向受压部25位于轮环22内，轴向受压部25的一侧与轮环22的内周面连接，轴向受压部25相对轮环22的轴向倾斜设置，轴向受压部25的凹弧面280为轴向迎水面250，轴向迎水面250与径向迎水面240平滑相接并朝向轮盘21。
39.该水轮机工作时，水流经进水口13流入流道12并以冲击叶片23，使混流式水轮20旋转，进而带动传动轴30旋转，冲击叶片23后的水流沿混流式水轮20的轴向从出水口14排出。具体地，外界水流经进水口13进入流道12，水流在流道12内形成旋转水并沿混流式水轮20的径向冲击径向迎水面240，冲击径向迎水面240后的水流朝混流式水轮20的中心流动，由于水流的自身重量，在水流朝混流式水轮20中心流动时也会向下流动，从而部分水流会沿混流式水轮20的轴向冲击轴向迎水面250，叶片23的径向迎水面240和轴向迎水面250受到水流冲击后进行旋转运动，从而使混流式水轮20旋转，进而带动传动轴30同步旋转，冲击轴向迎水面250后的水流沿混流式水轮20的轴向从出水口14排出。
40.上述混流式水轮20，水流先沿混流式水轮20的径向冲击径向受压部24的径向迎水面240，完成第一次做功，冲击径向迎水面240的部分水流沿混流式水轮20的轴向冲击轴向受压部25的轴向迎水面250，完成第二次做功，从而部分水流在混流式水轮20的径向及轴向都做功，促使混流式水轮20，对水流能量的利用率较高，减少水流能量的损失，有效提高水流能量转换为混流式水轮20转动能量的转换效率，且有利于加大传动轴30的旋转力矩。
41.在本实施例中，轮盘21为圆盘，轮盘21与通孔17及出水口14同轴心设置。
42.在一些实施例中，轮盘21朝向轮环22的一侧设置有凸起26，如图5所示，凸起26位于轮盘21的轴心上，且凸起26的横截面积自轮盘21朝轮环22的方向逐渐减小，冲击叶片23后的水流在凸起26的导向下形成朝出水口14方向隆起的旋转水柱，以使水流快速地从出水口14排出。具体地，凸起26的横截面为圆形，凸起26为圆锥台，当然凸起26也可以为圆锥。轮
盘21的上设有轴孔27，轴孔27位于轮盘21的中心上，传动轴30位于蜗壳10外，传动轴30的一端穿过凸环18插入至轴孔27内。进一步地，轴孔27延伸至凸起26内，有利于增大传动轴30与轮盘21的接触面积，有利于加强传动轴30与轮盘21之间连接的稳定性。
43.在本实施例中，轮环22为圆环，且轮环22的内径等于轮盘21的直径。轮环22位于外接环16内。具体地，轮环22远离轮盘21的一端抵接限位台160。
44.请继续参考图4及图5，叶片23位于轮盘21的周向边缘。叶片23的数量为多个，多个叶片23沿轮盘21的周向均匀分布，工作时，混流式水轮20灌满整个流道12，使所有的叶片23都能同时被水流冲击，有效提高混流式水轮20的扭矩。轴向受压部25的宽度朝远离径向受压部24的方向逐渐变小。轴向受压部25沿远离径向受压部24的方向朝轮环22的轴心线扭曲，能够很好地对冲击至轴向迎水面250上的水流进行导流，以使轴向迎水面250上的水流顺利地流走。
45.在一些实施例中，叶片23还包括连接于径向受压部24与轴向受压部25之间的过渡部28，过渡部28具有与径向迎水面240及轴向迎水面250平滑连接的凹弧面280，通过凹弧面280平滑连接径向迎水面240及轴向迎水面250，使径向迎水面240上的部分水流能够顺利地导流至轴向迎水面250上。
46.以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
47.以上所述实施例仅表达了本实用新型的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。因此，本实用新型专利的保护范围应以所附权利要求为准。