CN104763574A - 用于制造混流型转轮的方法和使用此类方法制造的转轮 - Google Patents

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Abstract

本方法涉及制造用于液压机器的混流型转轮(1)，混流型转轮(1)包括：-转轮下冠(6)，其包括部分地限定转轮下冠(6)的至少两个元件，-转轮上冠(4)，其包括部分地限定转轮上冠(4)的至少两个元件，以及-在转轮上冠和转轮下冠之间延伸的多个叶片(2)，叶片(2)均配合在转轮下冠(6)的两个元件之间，以及在转轮上冠(4)的两个元件之间。本方法包括接连的步骤，并且其中：-a)单独制造叶片(2)、转轮下冠(6)的元件和转轮上冠(4)的元件，接着-b)使用电子束焊接方法，将转轮下冠(6)的所有元件焊接于叶片(2)，接着-c)使用电子束焊接方法，将转轮上冠(4)的所有元件焊接于叶片(2)。

Description

用于制造混流型转轮的方法和使用此类方法制造的转轮
技术领域
本发明涉及用于制造液压机器的混流型转轮的方法，以及由此类方法制造的转轮。
背景技术
在本发明的含义内，液压机器可为例如在水力发电站中使用的涡轮、泵或泵-涡轮。
本发明特别地涉及用于液压机器的混流型转轮，强制水流意于穿过该混流型转轮。当机器是涡轮时，此类流具有驱动转轮旋转的作用。当机器处于泵模式时，此类流是该旋转的结果。
在液压机器的背景下，使用具有转轮下冠、转轮上冠和在转轮下冠和转轮上冠之间延伸的叶片的混流型转轮是已知的实践。
转轮可为一件式的，通常铸造或机械焊接。因为此类转轮具有宏伟的整体尺寸，所以其生产成本不是无关紧要的。此外，制造此类转轮在一方面需要日益增加的缺乏的专门知识，并且在另一方面产生健康和安全的问题，因为操作者需要进入转轮的水道中，特别是为了执行焊接和磨削操作。
FR-A-2 935 761公开了一种制造用于混流式涡轮的转轮的方法，该转轮的转轮上冠和转轮下冠由布置在两个连续叶片之间的若干元件形成。因而，叶片插置在两个连续的转轮上冠和转轮下冠元件之间，并且叶片的边缘与转轮上冠和转轮下冠元件的外表面齐平。因而，可使用电子束焊接方法来将叶片与转轮上冠和转轮下冠元件组装在一起。其它焊接方法可与电子束焊接组合使用。
发明内容
本发明的目标是提出一种改进的制造方法，该改进的制造方法能够保证转轮的令人满意的品质水平，并且可容易地使其制造工业化。
为此，本发明的一个主题是制造用于液压机器的混流型转轮的方法，该混流型转轮包括：
-转轮下冠，其具有围绕转轮的中心轴线的回转对称性，转轮下冠包括部分地限定转轮下冠的至少两个元件，
-转轮上冠，其具有围绕中心轴线的回转对称性，转轮上冠包括部分地限定转轮上冠的至少两个元件，以及
-在转轮上冠和转轮下冠之间延伸的多个叶片，叶片均配合在转轮下冠的两个元件之间，以及在转轮上冠的两个元件之间，
该方法包括接连的步骤，并且其中：
-a)单独制造叶片、转轮下冠的元件和转轮上冠的元件，接着
-b)使用电子束焊接方法，将转轮下冠的所有元件焊接于叶片，接着
-c)使用电子束焊接方法，将转轮上冠的所有元件焊接于叶片。
借助于根据本发明的用于制造转轮的方法，与品质、时间量程和生产成本相关联的问题全部被改进。
根据依照本发明的转轮的其它有利特征，单独或以任何技术上可允许的组合考虑：
-叶片与转轮下冠和转轮上冠的外表面齐平。
-在步骤b)和/或步骤c)期间，在转轮的外侧上施加电子束。
-在步骤b)期间，具有特别是TIG类型或MIG类型的填充材料的添加的焊接方法还用于将转轮下冠的元件焊接于叶片。
-在步骤c)期间，具有填充材料的添加的焊接方法还用于将转轮上冠的元件焊接于叶片。
-在步骤b)和/或步骤c)期间，具有填充材料的添加的焊接在电子束焊接之前。
-由具有填充材料的添加的焊接产生的第一焊缝位于转轮的内侧上，而由电子束焊接产生的第二焊缝位于转轮的外侧上。
-涉及填充材料的添加的焊接和电子束焊接相互渗透。
-电子束焊接是完整的接头渗透焊接。
本发明还涉及一种使用此类方法制造的用于液压机器的混流式涡轮转轮。
附图说明
通过阅读混流型涡轮转轮及其制造方法的以下描述，将更好地理解本发明，该描述仅以非限制性示例的方式给出，并且参照附图进行，在该附图中：
-图1是通过根据本发明的转轮的轴向截面；
-图2是从下面的图1的转轮的视图；
-图3至8是关于图2中的线III-III的图1和2的转轮的较大比例的局部截面，并且同时转轮处于制造过程。
具体实施方式
图1和2描绘混流型涡轮转轮1，其围绕竖向轴线X-X旋转，竖向轴线X-X是转轮1的中心轴线。来自管(未描绘)的流E意于沿通气管(未描绘)的方向穿过转轮1。转轮1包括叶片2，叶片2在转轮上冠4和转轮下冠6之间延伸。这两个本体4和6具有围绕轴线X-X的回转对称性。叶片2围绕轴线X-X均匀地分布。
转轮1包括用于将转轮1联接于涡轮的轴(未描绘)的板8。板8可由金属片制成，或者制成为铸件。接着，板8可焊接于构成转轮的其它元件。转轮1的其它元件由金属片或锻造金属制成，或者制成为铸件。
叶片2固定于转轮上冠4和转轮下冠6，并且是弯曲的。叶片2均限定沿转轮1的径向方向面朝转轮1的外侧的前缘21，以及面朝轴线X-X的后缘22。
在该描述中，关于图1中的轴线X-X的定向限定用语“上”和“下”，其中，转轮上冠4位于顶部，而转轮下冠6位于底部。该定向对应于转轮1在使用中所处的定向。
关于均界定在两个叶片2之间的水道C、转轮上冠4和转轮下冠6限定用语“内侧”和“外侧”。因而，内侧元件面朝水道C的内侧，即，面朝流E所穿过的空容积，而外侧元件面朝水道C的外侧。
各个叶片2包括两个弯曲侧向面25和26，它们中的一个25是凹形的，而另一个26是凸形的。侧向面25和26在前缘21和后缘22之间沿长度延伸，并且均界定水道C的一侧。侧向面25和26由分别向上和向下面朝转轮1的外侧的上面27和下面28连结在一起。
如图2中更特别地描绘的，转轮下冠6在该示例中包括九个独特的元件61至69，它们部分地限定转轮下冠6，并且均通过叶片2与各个相邻元件分开。更特别地，各个元件61至69通过两个连续叶片2的下边缘24.1和内部边缘24.2与两个相邻元件分开。边缘24.1和24.2分别形成叶片2的侧向面25和26的一部分，并且与叶片2的下面28相邻接。
换句话说，转轮下冠6由九个元件61至69构成，九个元件61至69均布置在连续叶片2的下边缘24.1和内部边缘24.2之间。叶片2的边缘24.1和24.2本身接合在形成转轮下冠6的元件61至69之间。
以类似于转轮下冠6的方式，转轮上冠4包括九个独特的元件41至49，它们部分地限定转轮上冠4，并且均通过叶片2与各个相邻元件分开。更特别地，各个元件41至49通过两个连续叶片2的上边缘23.1和内部边缘23.2与两个相邻元件分开。边缘23.1和23.2分别形成叶片2的侧向面25和26的一部分，并且与叶片2的上面27相邻接。
换句话说，转轮上冠4由九个元件41至49构成，九个元件41至49均布置在两个连续叶片2的上边缘23.1和内部边缘23.2之间。叶片2的边缘23.1和23.2本身接合在形成转轮上冠4的元件41至49之间。
叶片2中的各个的上面27与转轮上冠4的外表面齐平，该表面由元件41至49的相应的上表面40形成。同样，叶片2中的各个的下面28与转轮下冠6的外表面齐平，该表面由元件61至69的相应外表面60形成。
组装转轮1的方法包括预备步骤a)，未在图中描绘，其中，单独制造叶片2、转轮上冠元件41至49和转轮下冠元件61至69。在预备步骤中，接着例如使用能够保持这些元件且将它们牢固地压在一起的工具，以焊接为目的组装这些元件。
在预备步骤之后且在图3至5中描绘的第一焊接步骤b)中，使用电子束焊接方法将转轮下冠6的所有元件61至69焊接于叶片2，该电子束焊接方法可与其它焊接方法组合。
在第一焊接步骤b)之后且在图6至8中描绘的第二焊接步骤c)中，使用电子束焊接方法将转轮上冠4的所有元件41至49焊接于叶片2，该电子束焊接方法可与其它焊接方法组合。
在第二焊接步骤c)之后的组装步骤d)中，组装构成转轮1的最后的元件，即，联接板8和尚未描绘的转轮轮锥和密封件。
步骤a)至d)是接连的，即，按从步骤a)至步骤d)的顺序进行。另外，步骤是连续的，换句话说，当一个步骤正在进行时，在完成正在进行的步骤之前，不开始下一个步骤。
在预备步骤a)的第一子步骤a1)中，例如通过切割和形成金属片，通过锻造或通过铸造，来制造叶片2、转轮上冠元件41至49和转轮下冠元件61至69和联接板8、用于转轮1的密封件和转轮轮锥。
转轮下冠6的元件61至69在尺寸上设置成补偿随后将元件61至69焊接于转轮1的其它部件所引起的收缩。
在预备步骤a)的第二子步骤a2)中，在转轮上冠4的各个元件41至49和转轮下冠6的各个元件61至69的两个边缘角部上产生斜面401和601，这些边缘角部意于定位成抵靠叶片2的边缘23.1、23.2、24.1和24.2且定位在水道C的内侧上。斜面401和601将各个元件41至49和61至69的内表面403、404、603或604连接于该元件的面402或602，该面意于焊接于叶片2的边缘23.1、23.2、24.1或24.2。
内表面403、404、603和604面朝水道C的内侧，并且在与外表面40或60相对的侧部上。
在预备步骤a)的第三子步骤a3)中，焊接接头J，即，叶片2的面23.1、23.2、24.1和24.2和转轮上冠4的元件41至49和转轮下冠6的元件61至69的面402和602(该元件意于使用焊缝来组装)经受染料渗透检查，以便检测材料中可存在的任何潜在不连续性。
在预备步骤a)的第四子步骤a4)中，使用可移除器件，诸如隆起和联接螺柱，来组装转轮下冠4的元件41至49、转轮上冠6的元件61至69和叶片2，该隆起和联接螺柱全部都安装在工具夹具上，该工具夹具允许元件相对于彼此定位，以便获得转轮1的几何形状。
在预备步骤a)的可选的第五子步骤a5)中，垫片(未在图中描绘)以焊接接头J配合在转轮上冠4的元件41至49和叶片2之间以及转轮下冠6的元件61至69和叶片2之间，以便补偿任何潜在的材料缺乏。优选地，垫片以由与待焊接的元件相同的级别的金属合金构成的带制成。
还可在焊接期间通过供应呈填充焊丝形式的材料来补偿材料缺乏。
在预备步骤a)的第六子步骤a6)中，将垫块(未在图中描绘)在转轮上冠4附近置于叶片2之间，以使叶片2保持就位。
在预备步骤a)的第七子步骤a7)中，将环箍配合在叶片2上，抵靠上面27，以便使它们在随后的制造步骤期间保持就位。
在预备步骤的第八子步骤a8)中，拆开转轮上冠4的元件41至49。
在预备步骤a)的第九子步骤a9)中，转轮1的水道C经受尺寸核对，例如使用激光跟踪器、模板或3D扫描。
在预备步骤a)的末尾，由叶片2和转轮下冠6的元件61至69形成的组件准备好焊接在一起。
子步骤a1)至a8)是接连的，即，按从子步骤a1)至子步骤a8)的顺序执行。另外，子步骤是连续的，换句话说，当正在进行子步骤时，在完成正在进行的子步骤之前，不开始下一个子步骤。
第一焊接步骤b)包括可在图3中看见的第一子步骤b1)，其中，涉及添加(例如TIG类型或MIG类型的)材料的常规焊接方法(根据ISO 4063中的国际数据分类的方法131、132、133和141)用于将转轮下冠6的元件61至69焊接于叶片2。因而在叶片2和转轮下冠6的元件61至69之间产生第一焊缝3。第一焊缝3定位成抵靠元件61至69的斜面601，以及抵靠叶片2的下边缘24.1和内部边缘24.2。
在第一焊接步骤b)的第二子步骤b2)中，对叶片2和转轮下冠6的元件61至69在此处连结在一起的圆角半径磨光。换句话说，从第一焊缝3的自由表面移除一些材料，以便给予这些表面圆形形状。
在该磨光之后，这些焊缝3将经受非破坏性测试。
在第一焊接步骤b)的第三子步骤b3)中，使用电子束焊接将叶片2与转轮下冠6的元件61至69组装在一起。如图4中描绘的，对转轮下冠6的外侧施加电子束F，即，与转轮下冠6的元件61至69的外表面60相同的侧部，或换句话说，水道C的外侧，因而消除与焊接接头J的可接近性相关联的约束。
电子束F使制造转轮下冠6的元件61至69和叶片2的材料表面熔化，使得当其冷却时，熔化材料凝固，以形成第二焊缝5，第二焊缝5将这些元件牢固地连结在一起，如图4中所示。
第二焊缝5与第一焊缝3背对背。第一焊缝3位于水道C的内侧上，而第二焊缝5则位于外侧上。这些焊缝3和5相互渗透，或者换句话说，第二焊缝5的上端在第一焊缝3的材料内终止。换句话说，在第三子步骤b3)期间，电子束F使构成第一焊接接头3的材料熔化。
在第一焊接步骤b)的第四子步骤b4)中，通过研磨来完成焊缝3和5。
在第一焊接步骤b)的第五子步骤b5)中，焊缝3和5经受非破坏性测试，特别是使用超声波。执行染料渗透检查。
在第一焊接步骤b)的第六子步骤b6)中，在烤炉中对由叶片2和转轮下冠6的元件61至69形成的组件执行热处理。在第一焊接步骤b)的第七子步骤b7)中，焊缝3和5经受另外的非破坏性测试，特别是使用超声波和染料渗透检查。
在第一焊接步骤b)完成之后，叶片2与转轮下冠6的所有元件61至69的组装完成。
子步骤b1)至b7)是接连的，即，按从子步骤b1)到子步骤b7)的顺序执行。另外，子步骤是连续的，换句话说，当正在进行子步骤时，在完成正在进行的子步骤之前，不开始下一个子步骤。
第二焊接步骤c)包括第一子步骤c1)，其中，转轮上冠4的元件41至49返回到它们的位置，接着移除在前面为了使叶片2保持就位而配合的垫块和环箍。在第二焊接步骤c)的第二子步骤c2)中，例如使用激光跟踪器、模板或3D扫描，对转轮1的水道执行尺寸核对。
在第二焊接步骤c)的第三子步骤c3)中，对焊接接头J，即，叶片2的表面23.1和23.2磨光。
在第二焊接步骤c)的第四子步骤c4)中，焊接接头J经受染料渗透检查。
在第二焊接步骤c)的第五子步骤c5)中，转轮上冠4的元件41至49定位在叶片2的各个侧部上。如果需要，垫片插置在叶片2和转轮上冠4的元件41至49之间。
在第二焊接步骤c)的第六子步骤c6)中，例如使用隆起和联接螺柱，以可移除的方式机械地固定转轮上冠4的元件41至49和叶片2，隆起和联接螺柱全部都安装在工具夹具上，该工具夹具允许元件相对于彼此定位，以便获得转轮的几何形状。
在第二焊接步骤c)的第七子步骤c7)中，具有TIG类型或MIG类型的填充材料的添加的常规焊接方法用于将转轮上冠4的元件41至49焊接于叶片2。因而在叶片2的上边缘23.1和内部边缘23.2与转轮上冠4的元件41至49之间产生第三焊缝7。焊缝7布置成抵靠元件41至49的斜面401。
在第二焊接步骤c)的第八子步骤c8)中，用电子束焊接将叶片2与转轮上冠4的元件41至49组装在一起。如图7中描绘的，对转轮上冠7的外侧施加电子束F，即，与转轮上冠4的元件41至49的外表面40相同的侧部，换句话说，在水道C的外侧上。因而形成第四焊缝9。
焊缝7与焊缝9背对背。这些焊缝7和9相互渗透。
在第二焊接步骤c)的第九子步骤c9)中，如图8中描绘的，焊缝7和9完成，并且对叶片2和转轮上冠4的元件41至49在此处相遇的圆角半径磨光。
在第二焊接步骤c)的第十子步骤c10)中，焊缝7和9经受非破坏性测试，特别是使用超声波，并且焊缝7和9经受染料渗透检查。
在第二焊接步骤c)的第十一子步骤c11)中，在烤炉中对由叶片2、转轮下冠6的元件61至69和转轮上冠4的元件41至49形成的组件执行热处理。
在第二焊接步骤c)的第十二子步骤c12)中，焊缝7和9经受另外的非破坏性测试，特别是使用超声波和染料渗透检查。
在第二焊接步骤c)完成之后，叶片2与转轮上冠4的所有元件41至49和转轮下冠6的元件61至69的组装完成。
子步骤c1)至c12)是接连的，即，按从子步骤c1)到子步骤c12)的顺序进行。另外，子步骤是连续的，或者换句话说，当正在进行子步骤时，在完成正在进行的子步骤之前，不开始下一个子步骤。
组件步骤d)包括第一子步骤d1)，其中，对由叶片2、转轮上冠4的元件41至49和转轮下冠6的元件61至69形成的组件执行尺寸核对。
在组装步骤d)的第二子步骤d2)中，对上密封件、下密封件、联接板8和转轮轮锥位置进行机加工。
在组装步骤d)的第三子步骤d3)中，例如使用电子束焊接方法或一些其它常规的焊接方法，将密封件、联接板8和转轮轮锥与由叶片2、转轮上冠4和转轮下冠6形成的组件组装在一起。
在组装步骤d)的第四子步骤d4)中，这些焊接经受非破坏性测试，特别是使用超声波，并且获得的焊缝经受染料渗透检查。
在组装步骤d)的第五子步骤d5)中，在烤炉中对由叶片2、转轮上冠4、转轮下冠6、密封件、联接板8和转轮轮锥形成的组件进行热处理。
在组装步骤d)的第六子步骤d6)中，再次非破坏性地核对该组件的尺寸，特别是通过超声波。
在组装步骤d)完成之后，转轮1的制造完成。
子步骤d1)至d6)是接连的，即，按从子步骤d1)到子步骤d6)的顺序进行。另外，子步骤是连续的，换句话说，当正在进行子步骤时，在完成正在进行的子步骤之前，不开始下一个子步骤。
根据本发明的方法，并且与已知制造方法非常不同，首先将叶片2与转轮下冠元件61至69组装在一起，并且接着将叶片2与转轮上冠元件41至49组装在一起，从而使制造品质更可靠。这是因为转轮下冠6大体比转轮上冠4更歪斜，使得难以接近转轮下冠6。通过首先将叶片2焊接于转轮下冠元件61至69，组装转轮1的操作者更容易接近转轮1的内侧。
此外，最大机械应力位于转轮下冠6处。通过首先将叶片2焊接于转轮下冠6，叶片2与转轮下冠6之间的焊接品质被保护。
在本发明的备选形式中，仅使用电子束F焊接方法来将叶片2与转轮上冠4的元件41至49和转轮下冠6的元件61至69组装在一起。在该情况下，焊接是完整的接头渗透焊接，即，焊缝5和9正好渗透穿过至焊接接头J的另一侧。
在本发明的背景下，转轮上冠4的元件41至49和转轮下冠6的元件61至69的数量可改变，转轮1包括至少两个转轮上冠元件4和两个转轮下冠元件6。
已经在涡轮转轮1的情况下描述了本发明，但转轮1还可用于泵或甚至泵-涡轮。在用于泵或泵-涡轮的转轮的情况下，流向E在泵模式中是相反的。
此外，在本发明的背景下，描述的备选形式可与彼此组合。

Claims (10)

1. 一种制造用于液压机器的混流型转轮(1)的方法，所述混流型转轮(1)包括：
-转轮下冠(6)，其具有围绕所述转轮的中心轴线(X-X)的回转对称性，所述转轮下冠(6)包括部分地限定所述转轮下冠(6)的至少两个元件(61-69)，
-转轮上冠(4)，其具有围绕所述中心轴线(X-X)的回转对称性，所述转轮上冠(4)包括部分地限定所述转轮上冠(4)的至少两个元件(41-49)，以及
-在所述转轮上冠和所述转轮下冠之间延伸的多个叶片(2)，所述叶片(2)均配合在所述转轮下冠(6)的两个元件(61-69)之间，以及在所述转轮上冠(4)的两个元件(41-49)之间，
所述方法包括接连的步骤，并且其中：
-a)单独制造所述叶片(2)、所述转轮下冠(6)的元件(61-69)和所述转轮上冠(4)的元件(41-49)，接着
-b)使用电子束(F)焊接方法，将所述转轮下冠(6)的所有元件(61-69)焊接于所述叶片(2)，接着
-c)使用电子束(F)焊接方法，将所述转轮上冠(4)的所有元件(41-49)焊接于所述叶片(2)。
2. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述叶片(2)与所述转轮下冠(6)和所述转轮上冠(4)的外表面(40，60)齐平。
3. 根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，在步骤b)和/或步骤c)期间，在所述转轮(1)的外侧上施加所述电子束(F)。
4. 根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其特征在于，在步骤b)期间，具有特别是TIG类型或MIG类型的填充材料的添加的焊接方法还用于将所述转轮下冠(6)的元件(61-69)焊接于所述叶片(2)。
5. 根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其特征在于，在步骤c)期间，具有填充材料的添加的焊接方法还用于将所述转轮上冠(4)的元件(41-49)焊接于所述叶片(2)。
6. 根据权利要求4和5中的任一项所述的方法，其特征在于，在步骤b)和/或步骤c)期间，具有填充材料的添加的焊接在所述电子束焊接之前。
7. 根据权利要求4至6中的任一项所述的方法，其特征在于，由具有填充材料的添加的焊接产生的第一焊缝(3，7)位于所述转轮(1)的内侧上，而由所述电子束(F)焊接产生的第二焊缝(5，9)位于所述转轮(1)的外侧上。
8. 根据权利要求4至7中的任一项所述的方法，其特征在于，涉及填充材料的添加的所述焊接和所述电子束焊缝相互渗透。
9. 根据权利要求1至3中的任一项所述的方法，其特征在于，所述电子束焊接是完整的接头渗透焊接。
10. 一种用于液压机器的混流式涡轮转轮(1)，其特征在于，使用根据前述权利要求中的任一项所述的方法来制造所述混流式涡轮转轮(1)。
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