CN112714826A - 佩尔顿涡轮喷嘴和制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种佩尔顿涡轮喷嘴，其具有喷嘴尖部和组件，所述组件包括主壳体(1)、具有柱状空间的伺服电机壳体(3)和肋片(2)，所述肋片将伺服电机壳体(3)与主壳体(1)连接，其中，所述伺服电机壳体(3)包括导引套筒(4)，所述导引套筒构成伺服电机的柱状空间，并且其中，所述组件包括用于液力装置液体的输入管路(5)，所述输入管路通入伺服电机的柱状空间中并且穿过主壳体(1)、至少一个肋片(2)、伺服电机壳体(3)和导引套筒(4)，其中，所述组件借助增材制造法一件式地制造。

Description

佩尔顿涡轮喷嘴和制造方法
本发明涉及一种佩尔顿涡轮喷嘴和用于制造这种喷嘴的方法。
由现有技术已知佩尔顿涡轮的喷嘴。为此例如可参照专利文献DE 10 2013 202533 B3。已知的喷嘴和用于这种喷嘴的已知的制造方法具有一系列弊端，将结合图1讨论所述弊端。
发明人提出的技术问题为，提供一种克服了这些弊端的佩尔顿涡轮喷嘴和用于制造这种喷嘴的方法。
所述技术问题通过具有权利要求1的技术特征的佩尔顿涡轮喷嘴和具有权利要求5的技术特征的用于制造这种喷嘴的方法解决。有利的实施方式由这些独权利要求的从属权利要求得出。
以下根据附图阐述按照本发明的解决方案。在附图中详细地示出了以下内容：
图1示出了按照现有技术的佩尔顿涡轮喷嘴；
图2示出了按照本发明的佩尔顿涡轮喷嘴的第一实施方式；
图3示出了按照本发明的佩尔顿涡轮喷嘴的第二实施方式；
图4示出了按照本发明的佩尔顿涡轮喷嘴的第三实施方式的局部视图；
图5示出了按照本发明的佩尔顿涡轮喷嘴的第四实施方式。
图1在示意图中示出了按照现有技术的用于佩尔顿涡轮的喷嘴。所述喷嘴包括由1标注的主壳体、布置在所述主壳体1的内部并且由3标注的伺服电机壳体和至少一个将伺服电机壳体3与主壳体1连接的肋片2。图1示出了两个肋片2，由2仅标注其中一个肋片。伺服电机壳体3包括导引套筒，所述导引套筒构成伺服电机的柱状空间并且由4标注。用于液力装置液体的输入管路由5标注并通入伺服电机壳体3的柱状空间中。输入管路5在此穿过主壳体1、至少一个肋片2、伺服电机壳体3和导引套筒4。
在制造按照现有技术的佩尔顿喷嘴时，通过焊接将主壳体1、至少一个肋片2和伺服电机壳体3相互连接。导引套筒4在此可以是伺服电机壳体3的部件或者装入所述伺服电机壳体中。输入管路5由多个孔构成，所述孔设计在通过焊接上述部件所构成的组件中。焊接上述构件并且接着钻孔形成输入管路5是费事的方法。按照本发明的制造方法在其一般的实施方式中(参见图2)允许更简单地制造所述组件。
按照现有技术，用于输入管路5的孔的开口必须如图1所示的那样经由导引压力的管路连接至液力供给装置的分配段。这些位于外部的连接管路必须被保护免受在运行喷嘴时在该位置上出现的驱动水(Triebwasser)的影响。根据图3的按照本发明的喷嘴避免了连接管路的安装耗费和所述连接管路的针对驱动水的保护结构的安装耗费。
按照现有技术的佩尔顿喷嘴作为高载荷的构件在应力分布方面并不是最佳的。这尤其涉及将伺服电机壳体3与主壳体1连接的肋片2。对肋片2的可弯曲性的调节仅能够例如通过由卸压槽削减材料来实现，然而这与肋片2的预设的液力造型是矛盾的。根据图4的按照本发明的喷嘴在不降低液力效率的情况下避免了在肋片2的区域中的应力峰值。
按照现有技术的佩尔顿喷嘴中的另一个问题在于腐蚀性的磨损。例如沙子可能进入伺服电机壳体3的柱状空间中并刮擦导引套筒4的表面，这可能导致不密封性并且最终引发佩尔顿喷嘴故障。在按照现有技术的佩尔顿喷嘴中的该问题可以通过由耐磨损的材料制造导引套筒4解决，然而这产生了显著的耗费。相对地，根据图5的按照本发明的喷嘴则具有针对所述腐蚀性的磨损的成本低廉的保护。
图2示出了按照本发明的佩尔顿涡轮喷嘴的第一实施方式。附图标记与图1中的附图标记对应。按照本发明的喷嘴包括借助增材制造法一件式地制造的组件，所述组件包括主壳体1、至少一个肋片2、伺服电机壳体3和导引套筒4。组件内部的用于液力装置液体5的输入管路在此并不通过钻孔实现，而是由在增材制造组件时已经空出的通道构成所述输入管路。由此相对于现有技术省去了将所述部件焊接起来并且钻孔形成输入管路5的步骤，这显著地简化了制造过程。
图3示出了按照本发明的佩尔顿涡轮喷嘴的第二实施方式。附图标记与图1的附图标记对应。由于输入管路5在借助增材制造法制造的组件中不是通过钻孔制造，因此所述输入管路能够在组件内自由导引。图3示出了输入管路5的导引结构，在所述导引结构中所述输入管路在主壳体1的区域中在所述主壳体内延伸并且通入所述主壳体1的远离喷嘴尖部的接头法兰中。与液力供给装置的分配段导引压力地连接的管路能够与喷嘴尖部相距更远地连接在输入管路5上。由此使所述输入管路更少地经受驱动水，这使得不需要相应的保护结构，从而能够省去所述保护结构。存在多种其它的可行性，例如输入管路5能够在组件内导引，以便实现所述优点。输入管路5例如也可以在主壳体的外壁上导引，其中，所述输入管路5可以可选地由一种凸缘包围。输入管路5在此不必通入法兰面中，而是也可以通入法兰外侧上。此外，两个输入管路5也不必相互平行地延伸。例如每个输入管路5可以各穿过一个不同的肋片2，并且所述输入管路5也可以在主壳体1的不同侧面上延伸。为了实现所述优点仅必要的是，所述输入管路5在主壳体1的远离喷嘴尖部的端部上通入。
图4示出了按照本发明的佩尔顿涡轮喷嘴的第三实施方式。图4示出了由2标注的肋片的部分。由6标注的卸压元件位于肋片2的棱边上。所述卸压元件6在图4中具有卸压槽的形状，其中，利用与包围肋片2的材料不同的其它材料填充所述槽。如果选择相比于肋片2周围的材料弹性更高的材料作为填充材料，则卸压元件6能够在此在不对肋片的液力效率产生负面影响的情况下降低肋片中的应力峰值。卸压元件原则上也可以具有不同于图4所示的形状。为了实现所述优点仅必要的是，将卸压元件6嵌入肋片2中，并且所述卸压元件6由下述材料构成，所述材料较之肋片2的包围所述卸压元件6的材料具有更高的弹性。肋片2和嵌入的卸压元件6通过增材制造法在一个过程中产生。肋片2在此可以包括多个卸压元件6。
图5示出了按照本发明的佩尔顿涡轮喷嘴的第四实施方式。附图标记与图1的附图标记对应。喷嘴与图2所示的喷嘴的区别仅在于，导引套筒4由耐磨损的材料构成。在此，在逐层地制造组件过程中已经通过增材制造法敷设所述耐磨损的材料，而不必如在现有技术中的喷嘴中那样在之后才施加。由此形成了针对腐蚀性的磨损的成本低廉的保护。
对于根据图2和图3的按照本发明的实施方式可以使用所有已知的能够处理至少一种金属材料的增材制造法。相关组件通常由钢构成。对于用于制造根据图4或者图5的按照本发明的实施方式的增材制造法还具有的额外的边界条件是，必须能够处理至少两种不同的金属材料。例如借助激光熔覆的增材制造法属于能够处理至少两种不同金属材料的上述增材制造法。
然而也可以考虑的是，卸压元件6由非金属的材料、例如塑料构成，并且用于导引套筒4的耐磨损的材料例如是陶瓷材料。在这种情况下，增材制造法必须实现金属与所述材料的结合。
最后应当提到的是，根据图3至5的按照本发明的实施方式能够任意组合。所有这些组合在此包括根据图2的按照本发明的实施方式的技术特征。

Claims (9)

1.一种佩尔顿涡轮喷嘴，其具有喷嘴尖部和组件，所述组件包括主壳体(1)、具有柱状空间的伺服电机壳体(3)和肋片(2)，所述肋片将伺服电机壳体(3)与主壳体(1)连接，其中，所述伺服电机壳体(3)包括导引套筒(4)，所述导引套筒构成伺服电机的柱状空间，并且其中，所述组件包括用于液力装置液体的输入管路(5)，所述输入管路通入伺服电机的柱状空间中并且穿过主壳体(1)、至少一个肋片(2)、伺服电机壳体(3)和导引套筒(4)，其特征在于，所述组件借助增材制造法一件式地制造。
2.根据权利要求1所述的佩尔顿涡轮喷嘴，其中，所述输入管路(5)在主壳体(1)的远离喷嘴尖部的端部上通入。
3.根据权利要求1或2所述的佩尔顿涡轮喷嘴，其中，所述肋片(2)包括嵌入所述肋片(2)中的用于削减应力的卸压元件(6)，其中，所述卸压元件(6)由下述材料构成，所述材料较之肋片(2)的包围所述卸压元件(6)的材料具有更高的弹性。
4.根据权利要求1至3之一所述的佩尔顿涡轮喷嘴，其中，所述导引套筒(4)由耐磨损的材料构成。
5.一种用于制造根据权利要求1至2之一所述的佩尔顿涡轮喷嘴的方法，其特征在于，由主壳体(1)、肋片(2)、伺服电机壳体(3)和导引套筒(4)构成的组件借助增材制造法一件式地制造，所述增材制造法能够处理至少一种金属材料。
6.根据权利要求5所述的用于制造根据权利要求1至4之一所述的佩尔顿涡轮喷嘴的方法，其中，所述增材制造法能够处理至少两种不同的金属材料。
7.根据权利要求6所述的用于制造根据权利要求1至4之一所述的佩尔顿涡轮喷嘴的方法，其中，由主壳体(1)、肋片(2)、伺服电机壳体(3)和导引套筒(4)构成的组件借助增材式的激光熔覆一件式地制造。
8.根据权利要求5所述的用于制造根据权利要求1至4之一所述的佩尔顿涡轮喷嘴的方法，其中，所述增材制造法能够处理塑料。
9.根据权利要求5所述的用于制造根据权利要求1至4之一所述的佩尔顿涡轮喷嘴的方法，其中，所述增材制造法能够处理陶瓷材料。
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