CN111615587A - 涉及水轮机制造的改进 - Google Patents

Abstract

一种用于液压机的转轮(4)，其包括带(20)、冠部(22)、在冠部(22)和带(20)之间延伸的多个叶片(24)，其中，转轮(4)包括一起限定转轮(4)的多个转轮节段(30)，各个转轮节段(30)包括带部分(34)、冠部部分(32)和叶片(24)，这些部分彼此一体地形成，各个转轮节段(30)能够在带接合边缘(40,42)和冠部接合边缘(36,38)处附接到另一个节段，其中，带接合边缘和冠部接合边缘各自与该节段的叶片间隔开。

Description

涉及水轮机制造的改进

技术领域

本发明涉及一种用于涡轮或其它机器的转轮，并且特别地但不排它地涉及一种用于在例如水力发电站中使用的诸如涡轮、泵或泵涡轮的液压机的转轮。本发明还涉及一种组装这样的转轮的方法，并且涉及一种将这样的转轮并入的液压机。

本发明特别地涉及一种用于液压机的Francis型转轮，该转轮旨在使强制水流穿过其中。在诸如Francis涡轮的涡轮中，这样的流具有使转轮旋转的效果。当机器为泵时，这样的流由这种旋转造成。

背景技术

在本领域中已知的是，呈上文中所描述的类型的液压机包括Francis型转轮，该转轮各自包括带、冠部和在带和冠部之间延伸的叶片。

这样的转轮可由单件制成，该单件可形成为铸件，或者可被焊接。然而，呈本文中所描述的类型的液压机可具有大的尺寸(特别是如果机器用于在水力发电站中使用的话)。照此，转轮可为昂贵的，并且花费很长一段时间来制造。此外，大型转轮的元件(例如冠部和带)难以运输。另外，这样的转轮的制造和建造需要在现有劳动力中正变得日益难以找到的技能。此外，由于需要进入转轮的液压通道的受限区段以便执行例如焊接和磨削操作，所以这样的转轮的制造可带来健康和安全问题。

在呈这种类型的已知的液压机中，已知将涡轮转轮分成两个或更多个节段，以便允许将转轮从制造场地运输到转轮将被使用的位置。在这样的已知的液压机中，通过在冠部、带和分流(split)叶片处形成焊接接头来组装转轮节段。

发明内容

根据本发明的第一方面，提供了一种用于液压机的转轮，该转轮包括下者中的一个或多个：带；冠部；多个叶片，其优选地在冠部和带之间延伸，其中转轮优选地包括多个转轮节段，这些转轮节段可一起限定转轮，各个转轮节段优选地包括带部分、冠部部分和叶片。优选地，这些部分和叶片可彼此一体地形成。各个转轮节段可能够在带接合边缘和冠部接合边缘处附接到另一个节段，其中带接合边缘和冠部接合边缘可各自与该节段的叶片间隔开。

液压机可包括任何机器，诸如涡轮、泵或泵-涡轮。在本发明的实施例中，液压机包括Francis涡轮或Francis泵。液压机可适于在水力发电站中使用。

根据本发明的另一个方面，提供了一种包括如本文中所描述的转轮的Francis型涡轮。

因为根据本发明的转轮由多个转轮节段形成，所以克服了上文中所强调的缺点中的一些。

另外，各个转轮节段可包括带部分、冠部部分和叶片。优选地，各个节段可包括单个叶片。转轮节段的部分可一体地形成。转轮节段可通过任何方便的手段形成，并且可例如被铸造。

在各个节段中，带可具有至少一个带接合边缘，并且冠部部分可具有至少一个冠部接合边缘。接合边缘中的各个可与该节段的叶片间隔开。换句话说，叶片可从带部分的可与带接合边缘间隔开的部分延伸，并且可延伸到冠部部分的可与冠部接合边缘间隔开的部分。

在各个节段中，带可具有第一带接合边缘和第二带接合边缘。冠部部分可具有第一冠部接合边缘和第二冠部接合边缘。叶片可从带部分的定位在第一带接合边缘和第二带接合边缘之间的部分延伸。叶片可从带部分的在第一带接合边缘和第二带接合边缘之间等距的部分延伸。叶片可延伸到冠部部分的在第一冠部接合边缘和第二冠部接合边缘之间的部分。叶片可从带部分的在第一冠部接合边缘和第二冠部接合边缘之间等距的部分延伸。

带接合边缘和冠部接合边缘定位成使得对应的焊接部位于在使用中应力最小的点处。在使用中，转轮上应力最大的区域是叶片与带和冠部相接的位置。

优选地，带接合边缘和/或冠部接合边缘可由圆柱体与带和/或冠部的相交部限定。

这意味着，当两个节段在形成转轮时接合在一起时，将没有必要在叶片附近形成任何接头。这克服了由转轮节段形成的现有的现有技术的转轮中的问题，在现有技术的转轮中，接头形成在应力最大的区域处，诸如在叶片与冠部或带部分之间的接合部处。

因此，借助于本发明，在形成转轮时没有必要将叶片焊接到冠部部分或带部分，也没有必要在叶片附近形成接头，这是由于叶片远离转轮节段的接合边缘而定位。

在本发明的实施例中，各个转轮节段具有与各个其它转轮节段基本上相同的大小和形状。

这意味着，所有节段都可由例如相同的铸造模具形成。

当接头由焊接部形成时，由于焊接机器人能够接近接头，所以所有焊接都有可能从转轮的外部执行，从而避免了可接近性问题、针对焊接人员的健康和安全问题。

在本发明的实施例中，各个冠部部分可具有第一冠部接合边缘和第二冠部接合边缘，并且各个带可具有第一带接合边缘和第二带接合边缘。

第一冠部接合边缘和第二冠部接合边缘可彼此间隔开，以限定冠部部分的相反边缘。类似地，带部分的第一带接合边缘和第二带接合边缘可彼此间隔开，以限定带部分的边缘。

在本发明的实施例中，叶片可从冠部部分的可与第一冠部接合边缘和第二冠部接合边缘间隔开并且在第一冠部接合边缘和第二冠部接合边缘之间的区域延伸，并且该叶片可延伸到带部分的可与第一带接合边缘和第二带接合边缘间隔开并且在第一带接合边缘和第二带接合边缘之间的区域。

叶片的这种位置确保叶片远离转轮节段的接合边缘而定位。这继而确保没有必要在转轮节段的应力最大的区域附近的任何位置(诸如在叶片与冠部或带部分之间)形成焊接部和其它接头。

在本发明的实施例中，带接合边缘和/或冠部接合边缘可为弯曲的。如将在下文中更详细地描述的，接合边缘的弯曲形状使得能够更高效地执行接合过程。

接合边缘可具有任何特定的曲线。在本发明的优选实施例中，接合边缘优选地限定圆的弧或椭圆的弧。在本发明的其它实施例中，接合边缘可限定例如椭圆曲线。

根据本发明的第二方面，提供了一种组装转轮的方法。该方法可包括以下步骤中的一个或多个：形成优选地包括作为一体构件的带部分、冠部部分和叶片的转轮节段，使得带部分可包括第一带接合边缘和第二接合边缘，冠部部分可包括第一接合边缘和第二接合边缘，这些边缘可与叶片间隔开；以及在接合边缘处将多个转轮节段接合在一起以形成转轮。

在本发明的实施例中，转轮节段可通过焊接接合在一起。

在本发明的一些实施例中，焊接可为窄间隙焊接，然而也可使用其它焊接过程。

可在各个节段的外表面上执行窄间隙焊接，因此使该过程更高效且更安全。

通过使用窄间隙焊接技术，可提高焊接部的质量。另外，可减小焊接部体积。此外，当使用自动窄间隙焊接技术时，可记录所有焊接部参数。

在本发明的一些实施例中，使用诸如机器人焊接工具的自动焊接工具来自动地执行焊接。在这样的实施例中，焊接工具可在焊接过程期间遵循弯曲的轨迹。

在本发明的实施例中，轨迹可限定圆柱形表面。备选地或以组合方式，轨迹可由圆柱形表面与带和冠部的相交部限定，该圆柱形表面可为圆形或椭圆形的。

通过具有遵循预确定的路径的轨迹，焊接过程被简化，并且自动焊接是可能的。

在本发明的实施例中，由焊接工具遵循的轨迹的曲线可具有任何方便的半径，并且在本发明的一些实施例中，限定由焊接工具遵循的轨迹的圆柱体的表面的半径可为无穷大的。在这样的情况下，轨迹将为直线。

借助于本发明，用于液压机的转轮由彼此基本上相同的多个转轮节段形成。各个转轮节段将具有第一冠部接合边缘和第二冠部接合边缘以及第一带接合边缘和第二带接合边缘。

所有的接合边缘都成形为限定圆的弧或其它弯曲形状。因此，有可能利用使用机器人焊接工具的窄间隙焊接，该机器人焊接工具可被编程为遵循沿着接合边缘的曲线的轨迹。以这种方式，可沿着相邻的接合边缘形成焊接部，以便接合相邻的转轮节段以形成转轮。

根据本发明的第三方面，提供了一种包括根据本发明的第一方面的转轮的液压机。

附图说明

现在将参考附图来仅通过示例的方式进一步描述本发明，在附图中：

图1是具有Francis转轮的涡轮的纵向横截面，该涡轮包括联接到转轮的可旋转的涡轮轴；

图2是根据本发明的实施例的Francis转轮的示意性透视图；

图3是图2的Francis转轮的侧视图；

图4是图2的Francis转轮的示意性横截面表示，示出了单独的转轮节段如何被焊接在一起；

图5是形成图2的Francis转轮的部分的转轮节段的示意性表示；

图6a是抽水蓄能厂(PSP)的泵转轮的两个节段之间的接合部的示意性表示，图示了由焊接工具遵循以将节段接合在一起的弯曲轨迹；

图6b是根据本发明生产的抽水蓄能厂(PSP)的转轮的示意性表示；

图7是相邻转轮节段的部分的详细表示，示出了当节段彼此邻接时形成的在相邻节段之间的间隙；

图8是图2的Francis转轮的局部透视图，示出了接合相邻转轮节段的机器人焊接工具；以及

图9是在焊接在一起之后并且包括焊接到转轮的顶部的联接凸缘的图2的Francis转轮的横截面表示。

具体实施方式

首先参考图1，根据本发明的方面的实施例的液压机大体上由参考数字2标示。在所图示的实施例中，液压机2包括Francis涡轮4。Francis涡轮4继而包括根据本发明的实施例的Francis转轮6。在Francis涡轮4的操作期间，水将经由导管8进入涡轮并将流过Francis转轮6(如由箭头10指示的，以已知的方式)。然后，水将经由导管12离开。如本领域中所熟知的，水流过Francis转轮6将引起Francis转轮的旋转，这继而将引起轴14的旋转。

在本发明的其它实施例中，液压机可为例如泵或泵-涡轮。当液压机2包括泵时，泵转轮的旋转将以已知的方式引起水的流动。

现在将参考图2至图9来更详细地描述本发明的实施例。

如图2和图3中所示出的，Francis转轮6包括带20、冠部22和多个叶片24。多个叶片24中的各个从冠部22延伸到带20。

根据本发明的实施例的Francis转轮6包括如在图5中更详细地示出的多个转轮节段30。

各个转轮节段30包括冠部部分32和带部分34。各个转轮节段30包括在冠部部分32和带部分34之间延伸的叶片24。

冠部部分包括第一冠部接合边缘36和第二冠部接合边缘38。类似地，带包括第一带接合边缘40和第二带接合边缘42。

叶片24在冠部部分32和带部分34之间从冠部部分的与第一冠部接合边缘36和第二冠部接合边缘38两者间隔开的区域延伸到带部分的与第一带接合边缘40和第二带接合边缘42两者间隔开的区域。

这样的构造确保当转轮节段30通过例如焊接过程接合在一起时，所形成的焊接部充分远离高应力区域，高应力区域典型地是叶片24分别与冠部22和带20相接的位置。

在本发明的该实施例中，各个转轮节段30将通过例如铸造过程一体地形成。另外，用于形成完整的Francis转轮6的各个转轮节段30的形状将与各个其它节段基本上相同。

当需要组装Francis转轮6时，如图8中所示出的，将单独的转轮节段集合在一起并形成焊接部以将相邻节段彼此接合，以形成完整的Francis转轮6。将在下文中更详细地描述该过程。

现在转到图4，示意性地示出了用于接合相邻节段30的焊接部的定位。如可看出的，已形成多个焊接部50，以便将相邻的转轮节段30接合在一起，以形成完整的Francis涡轮6。从图4可看出，焊接部位于远离叶片24的位置处。这确保焊接部不在高应力的区域中形成。这继而意味着相邻节段之间的接合部将比可为类似的现有技术的Francis涡轮中的情况的接合部更强。

焊接部可通过任何方便的过程形成，但是，在本发明的该实施例中，焊接部已使用自动化窄间隙焊接过程形成。

为了确保该过程是高效的，冠部接合边缘和带接合边缘两者都已被设计成使得它们是弯曲的。这特别地可在图6a中看出，图6a示出了转轮的两个节段之间的接合部的形状。泵涡轮带的部分以实线轮廓示出。

因为接合边缘是弯曲的，所以在自动化窄间隙焊接过程中，焊接工具可被编程为遵循弯曲的轨迹，以便形成焊接部50。轨迹示出为从圆柱体和带的相交部延伸。该轨迹必须由焊接工具遵循，以将节段接合在一起。

在本发明的该实施例中，如由图6a中的虚线60示出的，由焊接工具遵循的轨迹将基本上跟踪圆柱体的表面。这样的轨迹使得能够执行高效的自动化焊接过程，因为不存在必须由焊接工具执行的复杂的移动。

圆柱体(其表面由焊接工具的轨迹跟踪)的半径可为任何方便的半径，并且在本发明的一些实施例中，半径必须是无穷大的。在本发明的这样的实施例中，焊接工具的轨迹将基本上是直线。

图6b示出了已使用根据本发明的方法生产的组装的泵涡轮转轮。

现在转到图7，示出了两个相邻转轮节段30的详细局部视图。如可从图7看出的，各个节段被成形为具有形成接合边缘的部分的延伸部70。这意味着，当相邻的转轮节段彼此靠近定位以准备接合时，形成小的间隙72。在焊接过程期间，焊接部定位在该间隙72内。

窄间隙角倒角在间隙的各个侧部上可为1°或5°。间隙的倒角的两个面之间的空间大小取决于焊炬的大小。GTAW窄间隙焊炬可与本发明一起使用。因此，倒角根部可具有例如大约13 mm的直径。GMAW窄间隙焊炬典型地需要具有例如大约18 mm的较大直径的倒角根部。因此，小的间隙72可具有在大致13 mm和18 mm之间的直径。本发明的其它实施例可如必要的那样利用其它大小的间隙。

现在转到图8，示出了在相邻的转轮节段30之间形成焊接部50的机器人工具80。

现在转到图9，示出了完成的Francis转轮6，其中相邻的转轮节段30已被焊接在一起。另外，联接接头或凸缘90已被焊接到Francis转轮6的冠部22，以便使转轮4能够连接到图1中所示出的轴14。

前面提到的实施例并不旨在相对于以下所附权利要求书的范围而为限制性的。此外，上述实施例中的一个或多个的特征可容易地与另一个实施例的一个或多个特征组合。对于技术人员来说还清楚的是，在不脱离如由权利要求书限定的本发明的范围的情况下，可对本发明作出多种替换、变更和修改。

Claims (15)

1.一种用于液压机的转轮，包括：

带；

冠部；

多个叶片，其在所述冠部和所述带之间延伸，

其中，所述转轮包括一起限定所述转轮的多个转轮节段，各个转轮节段包括带部分、冠部部分和叶片，其中，所述带部分、所述冠部部分和所述叶片彼此一体地形成，各个转轮节段能够在带接合边缘和冠部接合边缘处附接到另一个节段，其中，所述带接合边缘和所述冠部接合边缘各自与所述节段的所述叶片间隔开。

2.根据权利要求1所述的转轮，其特征在于，各个冠部部分具有第一冠部接合边缘和第二冠部接合边缘，并且各个带部分具有第一带接合边缘和第二带接合边缘。

3.根据权利要求2所述的转轮，其特征在于，在各个节段中，所述叶片在所述带部分和所述冠部部分之间从所述带区段的远离所述第一带接合边缘和所述第二带接合边缘两者的部分延伸到所述冠部部分的远离所述第一冠部接合边缘和所述第二冠部接合边缘的部分。

4.根据前述权利要求中的任一项所述的转轮，其特征在于，所述带接合边缘和/或所述冠部接合边缘是弯曲的。

5.根据权利要求4所述的转轮，其特征在于，所述带接合边缘和/或所述冠部接合边缘限定圆的弧。

6.根据权利要求4或权利要求5所述的转轮，其特征在于，所述带接合边缘和/或所述冠部接合边缘由圆柱体与所述带和/或所述冠部的相交部限定。

7.一种Francis型涡轮，包括根据前述权利要求中的任一项所述的转轮。

8. 一种组装转轮的方法，包括以下步骤：

形成包括作为一体构件的带部分、冠部部分和叶片的转轮节段，使得所述带部分包括第一带接合边缘和第二接合边缘，所述冠部部分包括第一接合边缘和第二接合边缘，所述边缘与所述节段的所述叶片间隔开；以及

在所述接合边缘处将多个转轮节段接合在一起以形成所述转轮。

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，将多个转轮节段接合在一起的步骤包括焊接。

10.根据权利要求8或权利要求9所述的方法，其特征在于，将多个转轮节段接合在一起的步骤包括窄间隙焊接。

11.根据权利要求9或权利要求10所述的方法，其特征在于，通过自动焊接工具执行焊接的步骤，所述自动焊接工具在所述焊接过程期间遵循预确定的轨迹。

12.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，所述轨迹限定圆柱形表面和/或所述轨迹由圆柱体与所述冠部和/或所述带之间的相交部限定。

13.根据权利要求8至12中的任一项所述的方法，其特征在于，所述转轮是Francis型转轮。

14.一种液压机，包括根据权利要求1至7中的任一项所述的转轮。

15.根据权利要求14所述的液压机，其特征在于，所述液压机包括Francis涡轮。

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