CN113330210A - 制造径向流转子的方法和被制造的转子 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种制造用于水电涡轮机和/或泵装置的径向流转子的方法，其中，转子包括冠部、带部和多个叶片，其中，所述方法包括第一步骤(V1)和第二步骤(V2)，其中，第一步骤(V1)包括提供第一主要构件的活动，所述第一主要构件包括冠部和每个叶片的部分，以及提供多个第二主要构件的活动，其特征在于，每个第二主要构件包括所述带部的部分和单独叶片的部分，其中，第二步骤(V2)包括将第二主要构件连接到第一主要构件以及将相邻的第二主要构件彼此连接以形成转子的活动。

Description

制造径向流转子的方法和被制造的转子
本发明总体上涉及一种水电涡轮机和/或泵装置，其包括混流式的径向流转子。
由于典型的焊缝几何形状，生产这种径向流转子的传统方法需要大的焊缝体积和高的复杂性。这种转子由三个主要构件系列组成：多个叶片(所述叶片具有复杂的立体形廓，其带有入口边缘和出口边缘，并且一侧由冠部和另一侧由带部限定)；冠部，所述冠部设计用于将叶片产生的力和力矩传递到轴；以及附接在所有叶片上的带部，所述带部为结构增加刚度并为旋转水道提供边界或围带。传统的装配方法是利用全熔透焊接将预加工的叶片焊接到冠部和带部上。这种方法导致焊接接头在厚度上可变，并且沿着立体弯曲的路径使其难以焊接，并且需要在焊接接头处进行额外的堆焊和打磨，从而确保焊角足够大以避免不可接受的应力集中，并确保足够平滑以避免可能有损于汽轮机运行的流动干扰。这些焊接既耗时又昂贵。
文献JP 2014-141903 A描述了一种不同的方法，其中冠部和带部均包括整体叶片式桩体。随后，将叶片的部分焊接到桩体上。这种方法避免了在叶片与带部和冠部的连接处进行焊接，在连接处需要进行额外的焊接和打磨，以获得正确的修角几何形状。然而，立体焊接的数量仍然很高，并且很大一部分焊接发生在难以接近的区域。
文编SE 505 375 C2描述了另一种方法，其中通过装配多个转子区段来生产转子，其中每个转子区段包含一个与冠部和带部的相应部分集成的叶片。试图将冠部区段通过焊接、粘合、螺纹连接、铆接或嵌合连接在一起。试图将带部区段通过焊接、粘合、螺纹连接、铆接或嵌合固定在一起。这种方法的缺点与连接所述区段的复杂性有关。在一些实施方式中，区段通过除焊接以外的其他方式连接在一起，其中，接头处的应力可能成为设计的限制因素。冠部区段可能很厚，这使得它们焊接在一起的成本更高。
本发明所要解决的就技术问题在于，提供一种制造径向流转子的方法，该方法具有减少的复杂焊接量，从而节省成本。
该技术问题通过根据权利要求1所述的方法和根据装置的独立权利要求所述的转子来实现。从属权利要求中公开了本发明的其他有利的实施方式。
下文将结合附图描述本发明：
图1是根据本发明的转子的一部分的视图；
图2是根据本发明的转子的一部分的另一视图；
图3示出了根据本发明的转子的另一部分的三个不同视图；
图4是根据本发明的转子的视图；
图5示出了根据本发明的方法的步骤。
根据本发明，转子包括两组主要的部件，其中第一组部件如图1和图2所示，并且第二组部件如图3所示。
图1在第一视图中示出了根据本发明的径向流转子的第一主要构件。第一主要构件由1标注并且包括冠部(标注为2)和每个叶片的一部分(其中一部分标注为3)。
图2在第二视图中显示了根据本发明的径向流转子的第一主要构件。第一主要构件也由1标注并包括一个凸缘，凸缘被标注为4。第一主要构件也可能不包括凸缘。在这种情况下，凸缘可以在生产过程中或生产过程后的任何时间点添加到转子上。
对于较大的转子，第一主要构件1也将具有巨大的尺寸。由于对装运重量和尺寸的限制，第一主要构件1可至少分为两个较小的部件。图1和图2显示了第一主要构件1的可能划分，第一主要构件1包括第一部件和另外两个部件，第一部件包括冠部2和凸缘4的中心部件，另外两个部件分别包括冠部2的侧面部件。可选地，凸缘4也可以作为第一主要构件1的单独部件提供。当然，第一主要构件1的其他划分是可能的，例如将其分割成多个区段。优选地通过焊接将第一主要构件1的各部件连接在一起。作为备选，第一主要构件1的部件也可以通过螺纹连接、焊接、粘合或嵌合的组合方式固定在一起。图1和图2所示的划分的优点是，接头是直的而且处于部件厚度相对较小的区域，这使得部件的焊接更加容易。
图3在三个不同的视图中显示了根据本发明的径向流转子的第二主要构件。第二主要构件由5标注，包括一部分带部(标注为6)和一部分单叶片(标注为7)。
图4示出了根据本发明的转子的视图。转子标注为10。转子10通过连接一个第一主要构件和多个第二主要构件组装而成。很明显，以这种方式，转子10的每个叶片由作为第一主要构件的部件的部分和作为第二主要构件的部件的部分组成。同样清楚的是，转子的带部由作为多个第二主要构件的部件的部分组成。换言之，每个第二主要构件包括带部的部分(6)和叶片的剩余部分(7)、即叶片的非第一主要构件(1)的部件的那一部分。
如果第一主要构件1和第二要构件5之间的接头(或者说接合部)位于叶片的较低应力区域，该区域刚好超出叶片和冠部之间的修角区域(或者说倒角区域、圆角区域)，则这是有利的。对于所述接头而言，距离冠部表面较长的距离也是可能的位置，但是叶片桩体部分上的接头刚好位于在冠部附近的修角区域之外提供了简化焊接几何形状、在较低应力区域焊接以及保持第一主要构件1的成本合理的益处。
相邻的第二主要构件5之间的接头位于组装好的转子10的叶片之间。如果这些接头远离叶片和带部之间的修角区域，则有利地确保接头处于较低的应力区域。还有利的是，接头沿一条直线或一系列直线延伸。
如果所有第二主要构件5的设计相同，则这是有利的，因为这使得这些部件的生产更便宜。第二主要构件5的设计也可能不同；例如，第二主要构件5中的一个包括包含气体通道的叶片，而其他叶片不包含这样的通道。作为备选，叶片的长度可能不同(所谓的分流叶片设计)。
第二主要构件5优选通过铸造制造。
图5示出了根据本发明的方法的步骤。所述方法包括标注为V1的步骤和标注为V2的步骤。
步骤V1包括提供第一主要构件1的活动。第一主要构件可以作为单个部件提供或分成几个不同的部件。步骤V1包括提供多个第二主要构件5的活动。
步骤V2包括将第二主要构件5连接到第一主要构件1以及将相邻的第二主要构件5彼此连接以建立转子的活动。很明显，通过连接叶片的部分7(其是第二主要构件5的部件)和叶片的部分3(其是第一主要构件1的部件)以及通过连接带部的部分6(其是相邻的第二主要构件5的部件)来执行连接。在步骤V1中提供的第一主要构件1已经被分割成几个不同的部件的情况中，步骤V2另外包括连接这些不同部件以获得第一主要构件1的活动。
执行步骤V2有多种可能性。在第一种方式中，首先通过焊接将第二主要构件5依次地连接到第一主要构件1，然后相邻的第二主要构件5彼此连接。本实施例的优点是，第一和第二主要构件之间的焊缝的几乎所有接头(或者说接合处)都易于触及。在第二种方式中，步骤V2的所有连接首先以预先方式、例如通过点焊完成，并且随后以最终方式完成。本实施例的优点是，如有必要，对构件彼此间的定位和定向能够被容易地控制和校正。在所有可能的情况下，辅助装置都有助于在最终执行连接之前将构件相对彼此定位。
步骤2中的所有连接优选地通过焊接来执行，而相邻的第二主要构件5之间的连接也可以通过螺纹连接、焊接、粘合或嵌合的组合方式完成。焊接接头优选采用狭缝焊接工艺完成。
该方法可完全在工厂内进行，从而实现对过程的最佳控制，或对大型转子而言部分地现场进行，以克服整个转子的运输问题，因为只需运输单个构件。这意味着步骤V2在现场执行。也可以部分地在工厂和部分地在现场执行该方法的步骤V2。在这种情况下，只有一部分第二主要构件5在工厂连接到第一主要构件1，其余的第二主要构件5在现场连接到第一主要构件1。在步骤V1中提供的第一主要构件1被分成若干个不同部件的情况下，一些第二主要构件5可以在工厂中连接到第一主要构件1的不同部件，其余的连接工作在现场完成。
总之，本发明减少了焊接体积，简化了焊接几何形状，从而可以应用更有效的自动或半自动焊接工艺。该方法避免了在叶片与带部和冠部的连接处进行焊接，否则在该处还额外需要焊接和磨削以获得正确的修角几何形状。大部分焊缝可以是直的并且厚度接近恒定，因此可以采用狭缝焊接技术。狭缝焊接大大减少了所需的焊接体积。与传统的焊接工艺相比，狭缝焊接速度更快并且更容易控制焊接时的变形。焊缝也位于低应力区域，这在某些情况下允许使用部分熔透或部分厚度焊缝，而不是典型要求的全熔透焊缝。

Claims (15)

1.一种制造用于水电涡轮机和/或泵装置的径向流转子的方法，其中，转子包括冠部(2)、带部和多个叶片，其中，所述方法包括第一步骤(V1)和第二步骤(V2)，其中，第一步骤(V1)包括提供第一主要构件(1)以及提供多个第二主要构件(5)的活动，所述第一主要构件包括冠部(2)和每个叶片的部分(3)，其特征在于，每个第二主要构件(5)包括所述带部的部分(6)和单独叶片的部分(7)，其中，第二步骤(V2)包括将第二主要构件(5)连接到第一主要构件(1)以及将相邻的第二主要构件(5)彼此连接以形成转子的活动，其中，第二步骤(V2)的连接通过将作为第二主要构件(5)的部件的叶片的部分(7)和作为第一主要构件(1)的部件的叶片的部分(3)相连接并且通过将作为相邻的第二主要构件(5)的部件的带部的部分(6)相连接而进行。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，第一步骤(V1)包括提供第一主要构件(1)的至少两个不同部件的活动，第二步骤(V2)包括连接这些不同部件以获得第一主要构件(1)的活动。
3.根据权利要求2所述的方法，其中，所述第一主要构件(1)包括第一部件和另外两个部件，第一部件包括所述冠部(2)的中心部件，另外两个部件分别包括所述冠部(2)的侧面部件。
4.根据上述权利要求之一所述的方法，其中，所述连接通过焊接进行。
5.根据上述权利要求之一所述的方法，其中，所述接合通过狭缝焊接执行。
6.根据权利要求4或5之一所述的方法，其中，至少一个焊缝为部分厚度焊缝。
7.根据上述权利要求之一所述的方法，其中，相邻的第二主要构件(5)之间的接头沿一条直线或一系列直线延伸。
8.根据上述权利要求之一所述的方法，其中，相邻的第二主要构件(5)之间的接头位于远离叶片和带部之间的修角区域的位置。
9.根据上述权利要求之一所述的方法，其中，第一主要构件(1)和第二主要构件(5)之间的接头刚好超出叶片和冠部(2)之间的修角区域。
10.根据上述权利要求之一所述的方法，其中，所有第二主要构件(5)具有相同的设计。
11.根据上述权利要求之一所述的方法，其中，所述第二主要构件(5)通过铸造制造。
12.根据上述权利要求之一所述的方法，其中，所述转子包括凸缘(4)，所述第一主要构件(1)包括凸缘(4)。
13.根据权利要求12所述的方法结合权利要求3，其中，第一主要构件(1)的第一部件包括凸缘(4)。
14.根据权利要求12所述的方法结合权利要求3，其中，第一主要构件(1)另外包括第四部件，所述第四部件是凸缘(4)。
15.一种转子，其根据上述权利要求之一制造。
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