CN1096562C - 制造有磨损危险的流体机械构件的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种制造有磨损危险区的流体机械构件，尤其是水轮机或液体泵叶片的方法，该方法包括下列工艺步骤：用传统的方法制造构件，例如通过铸造和接着进行数控铣削和磨削；至少制造构件的有磨损危险部分的铸件以便获得一个底模；从制成的完整构件上以规定的方式去除磨损区；然后借助底模通过浇铸浇注料制造磨损部分，此浇注料在其材料性质方面满足实际要求；接着将磨损部分与主体部分互相可靠连接。

Description

制造有磨损危险的流体 机械构件的方法
本发明涉及一种制造流体机械构件的方法。它同样还涉及一种修理这种构件的方法。作为流体机械首先指水轮机和泵，但也包括其他流体机械，例如船用螺旋桨。更一般地说在这里所涉及的是与液体接触的流体机械。作为构件尤其指流体机械的叶片，例如涡轮叶片。
流体机械导引流体流动的表面对于机器的工作特性，尤其是效率有决定性的影响。这一点特别适用于水轮机和泵的叶片，但也适用于船用螺旋浆。在这里首先取决于叶片的总体形状。它往往是空间弯曲的，例如在卡普兰式或法兰西斯式水轮机中便是这样。但也与表面状况有着极其重要的关系。在这方面人们力求达到尽可能低的粗糙度。因此涡轮叶片表面尽可能光滑。采用不同的光滑化工艺直至高度抛光。
尤其是水轮机受到严重程度不一的种种影响，这些影响导致流动导引面造型的改变。特别危险的是由于水中高的砂粒浓度造成的磨蚀。气蚀也是危险的，在极端情况下它会导致涡轮叶片侵蚀。这些现象带来的后果是使涡轮叶片的造型发生变化，由于上述原因这是非常有害的。
本发明的目的是提供一些措施，采取这些措施可将有磨损危险的构件设计成，使磨损以比迄今更低的程度出现。同样地，本发明的目的是提供一些措施，采取这些措施可重新修复磨损的部分，而且使今后不再或以更低的程度出现磨损。
本发明的上述两个目的可分别通过下述两种方法来实现：
1.一种用液体来运行或者在液体中运行的流体机械的构件、尤其是水轮机或液体泵的叶片的制造方法，该流体机械构件有磨损危险部分，其特征在于包括下列工艺步骤：
1.1首先制造出该构件；
1.2然后至少制造该构件的磨损危险部分的铸件，从而构成一个底模；
1.3从制成的完整构件上除去磨损危险部分；
1.4通过用聚氨酯对底模进行浇铸，将磨损危险部分作为单个部件重新制造出；
1.5将重新制造出的磨损危险部分与上述经过去除处理的构件锚固在一起。
2.一种用液体来运行或者在液体中运行的流体机械的构件，尤其是水轮机或液体泵叶片的修理方法，其中，该构件有磨损危险部分、亦即磨损部分，其特征在于包括下列工艺步骤：
2.1首先制造出该构件；
2.2然后至少制造该构件的磨损危险部分的铸件，从而构成一个底模；
2.3从已受到磨损的构件上除去磨损部分；
2.4通过用聚氨酯对底模进行浇铸，将磨损部分作为单个部件重新制造出；
2.5将重新制造出的磨损部分与上述经过去除处理的构件锚固在一起。
因此，本发明人提供了令人惊讶的简单方法，采用这些方法可以有效和持久地对付危及流体机械构件的磨损。
下面借助附图进一步说明本发明。附图中：
图1为具有卡普兰式水轮机的液压设备的示意图；
图2为用分图2a至2f表示按本发明的制造方法的工艺过程图；
图3为用分图3a至3f表示按本发明的修理方法的工艺过程图；
图4示出表面造型的各种可能性；
图5表示在叶片主体部件中嵌入条状磨损部件。
图1表示的液压设备10包括一流动通道12，水在此通道内从上部水平面流向设备10上游端并到达下游的出口区16。设备10包括带轮毂20的涡轮18，它有一条纵轴线22，此外有多个可调整地装在轮毂20上的动叶片1。每个叶片1可绕旋转轴线26转动，轴线26基本上垂直于纵轴线22。在本实施例中涡轮18表示为直立式的。但本发明也可应用于其纵轴线相对于垂直线倾斜一个角度的涡轮，例如取决于流动通道12的设计有水平的纵轴线。此外，旋转轴线26也可以相对于纵轴线22倾斜，因而并不是非要垂直于纵轴线。
图示涡轮是一种卡普兰式水轮机。当然本发明也可以应用于其他任何类型的涡轮中，例如法兰西斯式水轮机。
图2表示按本发明用于制造带磨损危险区的涡轮叶片的制造方法具体步骤。
图2a表示卡普兰式水轮机叶片1俯视图。图2b在侧视图中再次表示叶片1。
按本发明，叶片1由两部分构成。在此文件中它们称为“磨损部分”1.1和“主体部分”1.2。图2c表示主体部分1.2。图2d表示磨损部分1.1和主体部分1.2；这两个部分互相结合在一起。这两个部分，即磨损部分1.1和主体部分1.2的制造过程如下：
首先叶片1按传统的方法完整地制造。为此浇铸叶片，所形成的毛坯用传统的方法加工，例如通过数控铣削或磨削。
然后围绕加工好的叶片有磨损危险的部分包上型砂，从而构成一底模2，见图2b。
作为另一个步骤是从加工好的叶片上按规定的方法去除有磨损危险的部分。因此留下了叶片的主体部分1.2。接着，借助于底模2重新通过铸造制成磨损部分1.1。在这里作为浇注料采用强耐磨蚀的材料，例如聚氨酯。
在磨损部分1.1与主体部分1.2之间的可靠连接可用不同的方法进行：粘结、螺钉、焊接、榫接。如图2c和2d所示，主体部分1.2有一榫头1.2.1。因此磨损部分1.1有一槽。榫头1.21和相应的槽同样在浇铸时制造。但也可以事后嵌入或铣出榫头。
采用所表示的榫-槽连接已经形成了某种固定。这种连接的固定可采取恰当的措施加强，例如通过机械的螺钉连接或通过加胶粘剂粘接或通过焊接或借助榫头1.2.1中的孔形封闭地浇注。
图3表示叶片1修理方法的具体步骤。叶片在前缘区磨损，见图3c。
此方法实施如下：图3a再次表示叶片1处于新的状态，亦即在使用之前。步骤3b表示的是与制造工艺中步骤2b相同的同一个步骤。型砂围绕着叶片1在其新的状态时的前缘区，从而构成一个底模。保存此底模2。若叶片1由于磨损达到了图3c所示的状态，则保留图示的主体部分1.2，并如图3d所示将底模2与主体部分1.2组合。现在用一种浇注料充注形成的空腔，合乎目的的是用聚氨酯。
其结果可见与图3b和3a类似的视图3e和3f。叶片1现在重新完整。它由磨损部分1.1和主体部分1.2组成。
为了使磨损部分1.1和主体部分1.2之间的连接尽可能可靠，所涉及的表面可制有凹入和凸出。见图4a至4d。特别有利的是按图4b的凸起。如图所示它们有T形截面。由此形成形封闭连接。也可以考虑用此凸起作为图2c中榫头1.2.1的替换形式。
若已错过当叶片在新的状态下时由其前缘区制成底模，则可按如下步骤进行：按传统的方法制造，亦即铸造和切削加工，制成单个涡轮叶片或至少其前缘区。然后，由此时所制成的部分如上面所说明的那样构成底模2。借助于此底模可按所述方法将磨损的叶片补充完全。
图5表示了本发明可以采用的另一种可能性。在这里，图5a和5b在俯视与侧视图中表示了一个涡轮叶片1。此叶片首先按传统的方法完整地制造，亦即浇铸、铣削和必要时磨削甚或抛光。
在此成品加工结束后，借助于数控铣削技术在弯曲表面上加工横截面恒定的槽。见图5c中的槽1.3。因此，此槽与叶片完全一样是空间弯曲的。
现在在槽中嵌入磨损部分1.1。它起先有一直板条的形状。此直板条1.1按传统的方法加工而成。它首先作为连续型材存在，即所谓的“按米出售的货物”，通过挤压或铣削制成。此板条用特别耐磨的材料制造，仍例如用聚氨酯。它是柔韧的并因而可与叶片1主体部分1.2的空间弯曲形状相匹配。固定仍如上面已提及的那样通过螺钉、胶粘、焊接或其他方法实现，必要时也可组合采用这些固定方法。

Claims (4)

1.一种用液体来运行或者在液体中运行的流体机械的构件、尤其是水轮机或液体泵的叶片(1)的制造方法，该流体机械构件有磨损危险部分(1.1)，其特征在于包括下列工艺步骤：
1.1首先制造出该构件；
1.2然后至少制造该构件的磨损危险部分(1.1)的铸件，从而构成一个底模(2)；
1.3从制成的完整构件上除去磨损危险部分；
1.4通过用聚氨酯对底模(2)进行浇铸，将磨损危险部分(1.1)作为单个部件重新制造出；
1.5将重新制造出的磨损危险部分(1.1)与上述经过去除处理的构件锚固在一起。
2.一种用液体来运行或者在液体中运行的流体机械的构件，尤其是水轮机或液体泵叶片的修理方法，其中，该构件有磨损危险部分、亦即磨损部分(1.1)，其特征在于包括下列工艺步骤：
2.1首先制造出该构件；
2.2然后至少制造该构件的磨损危险部分(1.1)的铸件，从而构成一个底模(2)；
2.3从已受到磨损的构件上除去磨损部分(1.1)；
2.4通过用聚氨酯对底模(2)进行浇铸，将磨损部分(1.1)作为单个部件重新制造出；
2.5将重新制造出的磨损部分(1.1)与上述经过去除处理的构件锚固在一起。
3.按照权利要求1或2所述的方法，其特征在于：通过使用构件的比例模型来制成底模。
4.按照权利要求1至3之一所述的方法，其特征在于：保存底模用于以后制造磨损部分(1.1)。
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