<Desc/Clms Page number 1>
Schaufelrad für Francis-Turbinen oder-Pumpen
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Schaufelrad für Francis-Turbinen oder-Pumpen.
In der Entwicklung der Turbinen- und Pumpentechnik ist man während der letzten Zeit mehr und mehr dazu übergegangen, immer grössere Einheiten herzustellen. Dabei sind den Stahlgiessereien Schwierigkeiten erwachsen, diese grossen Schaufelräder mit zufriedenstellender Präzision aus einem Stück herzustellen, besonders wenn das Material aus rostfreiem Stahl bestand. Um diese Schwierigkeiten zu umgehen, wurden die Schaufelrader aus getrennt gegossenen Schaufeln, Naben und Bändern in geschweisster Bauart hergestellt.
Infolge der mit Hilfe der Schweissung erzielten guten Ergebnisse, besonders hinsichtlich der gewünschten Präzision, ist man bei Herstellung von Schaufelrädern nicht nur der grössten Einhei- ten, sondern bis hinab zu kleinen Schaufelrädern auf dieses Verfahren übergegangen ; die einzige Einschränkung dabei ist, dass man in das Innere hineinkommen muss, um in den engen Schaufelkanälen zu schweissen.
Wie ersichtlich, hat die Herstellung von Schaufelrädern durch Schweissen einen wesentlichen Fortschritt bedeutet ; dennoch haften dieser Methode noch erhebliche Nachteile an. Einer dieser Nachteile besteht darin, dass bei den grössten Schaufelrädern das Band und die Nabe nach wie vor sehr schwer sind und dadurch schwierige und kostspielige Einheiten beim Giessen darstellen ; ein anderer Nachteil ist der, dass die Endkanten der Schaufeln bearbeitet werden müssen, damit sie sehr genau an Band und Nabe passen und so ein einwandfreies Zusammenschweissen ermöglichen. Dieses Einpassen geschieht meistenteils von Hand, oft nach Schablonen in Spannvorrichtungen, da die maschinelle Bearbeitung eine sehr komplizierte und teuere Ausrüstung erfordern würde.
Als ein dritter Nachteil kann das sehr grosse Schweissvolumen erwähnt werden, welches beim Festschweissen dicker Schaufeln mit Stumpfnaht erforderlich ist. Dieses Schweissvolumen hat grosse Unkosten zur Folge, da das Schweissen bei ungeeigneten Elektrodenlagen von Hand ausgeführt werden muss. Es ist von früher her bekannt, dass man, um teilweise die Nachteile des genauen Einpassens und grossen Schweissvolumens zu vermeiden, bei kleineren Schaufelrädern langsam laufenden Typs, d. h. mit kleinem Verhältnis zwischen Höhe und Durchmesser, Teile der Schaufeln durch die Nabe und das Band hat durchstechen lassen, welche Teile von aussen festgeschweisst wurden.
Infolge der geringen Dicke der Nabe und des Bandes und infolge des Umstandes, dass die Schaufelform bei diesem Schaufelradtyp in ihrer Höhenrichtung weniger gekrümmt ist, war dies möglich ; bei grösseren Schaufelrädern und bei andern Typen als den ausserordentlich langsam laufenden Schaufelrädern kann dieses Verfahren jedoch nicht angewendet werden.
Die vorliegende Erfindung vermeidet die geschilderten Schwierigkeiten und löst die bestehenden Probleme in einer allgemeinen Form sowohl bei grossen als auch bei leichteren Einheiten. Die Erfindung besteht darin, dass Nabe und Band als im Schweissverfahren hergestellte Kasten- oder Schalenkonstruktionen ausgeführt sind.
Die Erfindung wird an einem Ausführungsbeispiel in der Zeichnung näher erläutert. Fig. l zeigt ein Schaufelrad in vertikalem Schnitt, Fig. 2 einen Schnitt längs der Linie II - II der Fig. 1 und Fig. 3 gibt einen gleichen Schnitt für eine geänderte Ausführungsform wieder.
In der Zeichnung sind die Schaufeln des Schaufelrades mit l, das Band mit 2 und die Nabe mit 3 bezeichnet. Das bei den bekannten Ausführungsformen massive Band ist durch eine Schalenkonstruktion er-
<Desc/Clms Page number 2>
setzt, die aus folgenden Teilen besteht : dem gewölbten rotationssymmetrisdien Innenring 4, dem Boden 5 und dem Aussenring 6. Um das Band beulensteif zu bekommen, kann der innenring mit rundgehenden Versteifungsflanschen 7 versehen sein, die an dem Aussenring angeschweisst sind. In analoger Weise besteht die Nabe aus einem Unter- und einem Oberteil 8 bzw. 9, einem Aussenring 10, Versteifungsflanschen 11 und einer zentralen Einheit 12, an die die Welle mit Hilfe von Bolzen angeschlossen wird.
Auf Grund des Umstandes, dass die Teile 4 und 8 dünn sind, kann man unabhängig von der Form der Schaufel mit genauer Passung an die Schaufelform Löcher bohren und trotzdem die Schaufeln hineinstecken, wie dies aus Fig. 2 hervorgeht. Die geringe Dicke der Teile 4 und 8 hat auch eine beträchtliche Verminderung des Schweissvolumens zur Folge. Ferner kann man die Endkanten der Schaufel unbearbeitet lassen, wenn man die Schaufel hindurchsteckt, und dann alle Schaufeln gleichzeitig durch Drehen bearbeiten.
Als eine alternative Ausführung kann man die rundgehenden Versteifungsflansche 7 und 11 weglassen und die Schaufel auch durch dell Ring 6 und den Oberteil 9 durchstechen lassen und andiesenfestschwei- ssen ; diese Teile müssen an das Schaufelrad gefügt werden, nachdem die Schaufel an die Teile 4 und 8 angeschweisst ist. Diese Ausführungsform ist in Fig. 3 dargestellt.
Ein weiterer sehr grosser Vorteil der Erfindung besteht darin, dass man geteilte Schaufelräder in rationeller Weise herstellen kann. Unter geteilten Schaufelrädern versteht man, dass das Schaufelrad aus Gründen des Platzbedarfes in zwei oder mehreren Teilen transportiert werden muss ; die Teile werden dann auf dem Montageplatz zu einer Einheit zusammengefügt. Die Verbindung zwischen den verschiedenen Teilen muss eine grosse Festigkeit haben, da das Schaufelrad während des Betriebes schweren Beanspruchungen ausgesetzt ist. Bei bisher bekannten Konstruktionen hat man Keile verwendet, welche die ineinander einhakenden Teile oder Schrumpfringe, die die verschiedenen Teile an der Verbindungsstelle selbst zusammengehalten haben, auseinandergespannt haben.
Da aber Nabe und Band massive Teile waren, hat diese Verbindung Einschnitte in das Material selbst und damit Schwächungen bedeutet. Weiters hat man diese dickwandigen Teile nicht zusammenschweissen können, da die Deformationen und die auftretenden Schweissspannungen unzulässige Werte erreichten.
Die Erfindung bietet die Möglichkeit, im Schwerpunkt des Laufradschnittes einen Schraubenflansch-
EMI2.1
der Flachen der Schnitte zusammenhält.
Ausserdem kann man, wenn es Festigkeitsgründe erfordern, ohne Gefahr von Deformationen die in der Stahlkonstruktion enthaltenen dünnwandigen Teile zusammenschweissen, so dass das Schaufelrad wirklich eine Einheit wird. Dies ist sehr wertvoll. da man damit keiner Gefahr läuft, dass der lösbare Schrauboder Schrumpfringverband infolge vorkommender Vibrationen Ermüdungserscheinungen zeigt und mit der Zeit seine zusammenhaltende Kraft verliert.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Schaufelrad für Francis-Turbinen oder-Pumpen, dadurch gekennzeichnet, dass eine Nabe (3) und/oder ein Band (2) als im Schweissverfahren hergestellte Schalenkonstruktionen (4-7 bzw. 8-11) ausgeführt sind.
<Desc / Clms Page number 1>
Impeller for Francis turbines or pumps
The present invention relates to an impeller for Francis turbines or pumps.
In the development of turbine and pump technology, there has recently been an increasing trend towards manufacturing larger and larger units. The steel foundries have encountered difficulties in producing these large paddle wheels from one piece with satisfactory precision, especially when the material was made of stainless steel. In order to avoid these difficulties, the paddle wheels were made of separately cast blades, hubs and belts in a welded construction.
As a result of the good results achieved with the help of welding, particularly with regard to the desired precision, this method has not only been used for the manufacture of the largest units, but also down to the smallest paddle wheels; the only limitation is that you have to get inside to weld in the narrow vane channels.
As can be seen, the manufacture of bucket wheels by welding has represented a significant advance; however, this method still has considerable disadvantages. One of these disadvantages is that with the largest paddle wheels, the belt and hub are still very heavy and thus represent difficult and costly units for casting; Another disadvantage is that the end edges of the blades have to be machined so that they fit very precisely on the band and hub and thus enable perfect welding together. This fitting is mostly done by hand, often according to templates in jigs, since machining would require very complicated and expensive equipment.
A third disadvantage that can be mentioned is the very large weld volume which is required when welding thick blades with butt seams. This welding volume results in high costs, since the welding must be carried out by hand if the electrode positions are unsuitable. It has been known from earlier that, in order to partially avoid the disadvantages of precise fitting and large welding volumes, one should use slow-running type, ie. H. with a small ratio between height and diameter, parts of the blades through the hub and the band pierced which parts were welded on from the outside.
As a result of the small thickness of the hub and the band and as a result of the fact that the blade shape is less curved in its vertical direction in this type of blade wheel, this was possible; However, this method cannot be used with larger paddle wheels and with other types than the extraordinarily slow-running paddle wheels.
The present invention avoids the difficulties described and solves the existing problems in a general form for both large and lighter units. The invention consists in the fact that the hub and band are designed as box or shell structures produced by welding.
The invention is explained in more detail using an exemplary embodiment in the drawing. 1 shows a paddle wheel in vertical section, FIG. 2 shows a section along the line II-II in FIG. 1 and FIG. 3 shows the same section for a modified embodiment.
In the drawing, the blades of the paddle wheel are denoted by 1, the band by 2 and the hub by 3. The band, which is massive in the known embodiments, is made by a shell construction.
<Desc / Clms Page number 2>
which consists of the following parts: the arched, rotationally symmetrical inner ring 4, the bottom 5 and the outer ring 6. To make the belt buckle-resistant, the inner ring can be provided with round stiffening flanges 7 that are welded to the outer ring. In an analogous manner, the hub consists of a lower and an upper part 8 and 9, an outer ring 10, stiffening flanges 11 and a central unit 12 to which the shaft is connected with the aid of bolts.
Due to the fact that the parts 4 and 8 are thin, regardless of the shape of the blade, holes can be drilled with a precise fit to the blade shape and the blades can still be inserted, as can be seen from FIG. The small thickness of the parts 4 and 8 also results in a considerable reduction in the weld volume. Furthermore, the end edges of the blade can be left unmachined when the blade is pushed through and then all blades can be machined simultaneously by turning.
As an alternative embodiment, the round stiffening flanges 7 and 11 can be omitted and the blade can also be pierced by the ring 6 and the upper part 9 and welded to these; these parts must be joined to the paddle wheel after the paddle has been welded to parts 4 and 8. This embodiment is shown in FIG.
Another very great advantage of the invention is that split paddle wheels can be produced in a rational manner. Split paddle wheels mean that the paddle wheel has to be transported in two or more parts for reasons of space requirements; the parts are then assembled to form a unit on the assembly site. The connection between the different parts must be very strong, as the paddle wheel is exposed to heavy loads during operation. In previously known constructions, wedges have been used which have stretched apart the interlocking parts or shrink rings that have held the various parts together at the joint themselves.
But since the hub and band were solid parts, this connection meant cuts into the material itself and thus weakened parts. Furthermore, these thick-walled parts could not be welded together because the deformations and the welding stresses that occurred reached impermissible values.
The invention offers the possibility of a screw flange in the focus of the impeller section
EMI2.1
that holds the surfaces of the cuts together.
In addition, if there is a need for strength reasons, the thin-walled parts contained in the steel structure can be welded together without the risk of deformation, so that the impeller really becomes a unit. This is very valuable. because there is no risk that the detachable screw or shrink ring assembly will show signs of fatigue due to vibrations and will lose its cohesive strength over time.
PATENT CLAIMS:
1. Impeller for Francis turbines or pumps, characterized in that a hub (3) and / or a band (2) are designed as shell structures (4-7 or 8-11) produced by welding.