CN1399707A - 皮尔敦涡轮机转子装配方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种方法：把一斗(2)预定位在一个侧板(5)的一凹槽(7)里，斗(2)通过其外面(23)的一部分(23C)抵着所述凹槽(7)的缘边(71)，斗(2)外径向部分(2B)的凸面(23B)和所述边缘(71)之间留有一间隙(E’)；从斗(2)的内侧(2A)，把斗(2)铰接到轮辋(1)和/或侧板(5)上；在斗(2)的外径向部分(2B)上施加一第一校准力，使其靠近边缘(71)；在所述校准力下，确定所述外径向部分(2B)和所述边缘(71)之间的间距(e)；释放所述力；把一厚度大致等于上述间距(e)的垫片(53)安放在所述外径向部分(2B)和所述边缘(71)之间；在外径向部分(2B)上施加并保持使其靠近边缘(71)的第二力(F2)，其强度大于或等于第一力。
Description
本发明涉及一皮尔敦涡轮机转子装配方法、用于这种转子的斗及装配有这种斗的转子。
皮尔敦涡轮机一般用于将一流体如瀑布的水的动能转换成机械能。这种转换是这样的：分布在转子周围的一个或若干个喷射器中喷射出的水流向轮辋周围的斗上施加一切向力，在该切向力的作用下，涡轮机转子旋转而实现能量转换。
由国际专利申请WO-A-99/49 213中可知，使用和轮辋连起来的两环形侧板，来支撑皮尔敦涡轮机转子的斗，这可将斗所承受的力进行最佳分配，这样，机械应力不再集中在斗与轮辋连接的区域里。在该已知装置里，每一斗均通过一凸面抵在侧板的辐射臂上，靠一锁紧螺钉相对于每一侧板固定。
这种涡轮机转子的斗承受了来自喷射器的传动液射流造成的大量碰撞。这些碰撞使得每一斗交替贴紧它抵靠的辐射臂，因此使斗及侧板的构成材料受到交变荷载作用。另外，斗在侧板上的表面支承要求每一斗的外廓尺寸和侧板内的相应凹槽精确配合。该配合使斗石具有互换性，这增加了这种转子生产和维护的复杂性。
正由于这些缺陷，所以本发明提出了一种如WO-A-99/49 213中已知的转子的装配方法，所述装配法可避免传动液射流对斗产生相对于轮辋或侧板的疲劳磨损及/或交变荷载，以克服上述不足之处。该方法在于：
—把斗预定位在一侧板的一凹槽里，所述斗通过其部分外凸面抵着所述凹槽边缘，同时所述斗外径向部分的凸面和所述边缘之间留有一间隙，
—从斗内侧，把该斗铰接到轮辋和/或侧板上，
—在斗的外径向部分上施加一向侧板接近的第一校准力，
—在该校准力下，确定该外径向部分和该边缘之间的距离，
—释放该校准力，
—把一厚度大致等于上述距离的垫片安放在该外径向部分和该边缘之间，
—在该外径向部分上施加并保持向该边缘接近的第二力，该第二力的强度大于或等于第一力的强度。
借助该发明，装配在转子上的斗承受了由第二校准力形成的一预应力，所述第二力将转子相对于侧板牢牢紧固，并靠垫片消除了斗的外径向部分和侧板之间的间隙。建立预应力后，垫片可“过滤”施加在斗上，尤其在其外径向部分处的动态力。使用厚度根据斗和侧板的准确几何形状及斗对第一靠近校准力的反作用力来确定的垫片，可使斗具有互换性，只有每一垫片的厚度必须根据周围零件的几何形状进行精确调节。
根据本发明的第一优化特征，该方法在于通过一锁紧螺钉施加校准力，所述锁紧螺钉被接纳在侧板的一凹槽里，并插入斗的外径向部分内的一螺丝孔内。因此，校准力可通过一测力扳手或任何其它受控紧固装置来实施，特别当转子直径很大时。
根据本发明的另一有利特征，上述第一、二接近校准力强度大致相同。因此，在转子的装配结构中，每一斗在用来确定该垫片厚度的校准力作用下，抵在相应垫片上。通过过滤由于射流碰撞产生的交变X，该装配可使锁紧螺钉中的力恒定。
本发明还涉及一可实施上述方法的涡轮机转子的斗，尤其这种斗，它包括供转子传动流体流动的一双凹面和可与与转子轮辋相连的至少一环形侧板相协作的一凸面。该斗的特征在于，其凸面形成至少一个抵靠侧板的局部支承区和至少一个在斗的外径向部分远离侧板的区域，所述远离侧板的区域可通过一校准力靠近和侧板相对的部分。
根据本发明若干优化、但非强制性特征，该斗包含以下特征之一或若干：
—斗的所述凸面在斗的内径向部分还形成一远离侧板的区域。因此，侧板上的局部支承区只形成于该凸面的中部，这允许斗沿一径向方向作一定位移。
—斗在其凹面的外径向部分和/或内径向部分处，包括至少一个导向装置，所述导向装置可赋予上述流体流一个相对于斗的中棱突出的一发散分量。该导向装置可避免流动中的流体冲击与斗的凹面相对的侧板的辐射臂。还可使该导向装置适于将流体一直导引到和该凹面相对的侧板辐射臂上的一出口(dégagement)处。有利地是，该导向装置由一肋形成，该肋从斗的外径向端部区朝斗的内径向部分延伸，该肋沿着斗的外凹口的边。
最后，本发明涉及一皮尔敦涡轮机转子，该转子包括一轮辋、至少一环形侧板和至少一上述斗，所述侧板和轮辋连成一体，并设有接纳斗的凹槽。
有利地是，这种转子包括一个为该斗或为每一斗安放在上述远离区和侧板之间的垫片，该斗或每一斗承受着接近该远离区和侧板的校准力。
根据本发明的另一有利特征，该侧板或各侧板装配有从各斗凹面来的涡轮机传动流体流的出口，出口形成于侧板的外侧面上。
后文将参照附图，举例描述符合本发明原理的皮尔敦涡轮机转子的两实施例，以更好地理解本发明及其其它特征。附图中：
—图1为符合本发明的皮尔敦涡轮机转子的局部透视图；
—图2为沿图1中的线II-II的剖面图；
—图3为图1中的转子在第一装配阶段时，沿图2中的线III-III的剖面图，图中示出了若干斗；
—图4与图3相似，但在装配方法的第二阶段；
—图5与图3相似，但在装配方法的第三阶段；
—图6为图1至图5中转子斗的局部透视图；
—图7类似于图6，为符合本发明第二实施例的斗。
图1至6所示的涡轮机转子包括一轮辋1和若干斗2，图中所示的实施例有十八斗，它们分布在轮辋1四周。每一斗均有两勺或碗3，它们由中棱4隔开，所述棱安放在一个或若干水或蒸汽喷射器(图中未示出)对面。轮辋1用于装配在图中同样未表示出的一传动轴上。
为使示意图更清晰，图1只示出了一个斗。
两环形侧板5、6安装在轮辋1上，用于相对于该轮辋固定斗2。侧板5、6分别设有凹槽7和8，斗2的勺3可插进所述凹槽里。两连续材料带9、10分别形成于侧板5、6的外围区。这些带9、10分别连接由侧板5、6在相邻凹槽7和8之间形成的辐射臂11和12。
每一斗2通过销钉15安装在轮辋1和侧板2上，所述销钉根据所谓“混合”装配法安装，从图2中能看得更清楚。该销钉有一略呈锥形的主体15A，所述主体插进开口衬管15B里，该衬管又插入侧板5、6和轮辋1的相应冲孔内。一锁紧螺钉15C和一垫圈15D相配合，将销钉15固定锁紧。
每一斗2确定了两凹面21和22，棱4沿形成斗2的对称轴的一径向轴X-X’在所述两凹面之间延伸。斗2还确定了两凸面23和24，它们一起形成各勺3的外表面。每一斗2都有一内径向部分2A，斗在此处通过销钉15和轮辋1及侧板5、6连起来。各斗2还包括一外径向部分2B，该部分在转子的装配结构中位于带9、10附近，所述部分里确定了一外凹口25，该凹口允许水流喷射进斗2里。
表面23的内、外径向部分分别标注以23A和23B。
从图3至5中可清楚看出，一凸台或一凸起部分23C相对于部分23A和23B高出所述表面23，所述凸台23C设在斗2的中间区。
表面24的几何形状和表面23的相类似，也有一凸起部分或凸台。
每一凹槽7由一凹形边缘71和一大致直线状的边缘72所确定，所述两边缘之间插有一斗2的一勺3，该勺的表面23沿着缘71。同样，每一凹槽8接收位于图2中轴线X-X’左面的斗2的勺3。
尤其能从图3中看出，边缘71和表面23的几何形状是这样的：表面23只有其中央区或凸台23C处靠着边缘71，两间隙E和E’分别形成于在部分23A和边缘71之间，以及部分23B和边缘71之间。
当在图3所示的转子的装配阶段时，把各斗2放进相对应的凹槽7、8里，并把销钉15插进轮辋的斗及侧板的对应冲孔内，不必锁紧该销钉，这样就能实现把各斗铰接在轮辋和侧板上。
然后，把螺钉52插入侧板5的带9内的孔51里，所述螺钉杆穿过孔51，可插进设在表面23的部分23B里的一螺丝孔23D内。再用一测力扳手或其它受控紧固装置如一预施应力千斤顶(vérin deprécontrainte)或一加热管(canne chauffantes)，拧紧螺钉52，以获得使斗2的部分2B和凹槽7的边缘71靠近的校准力。斗2的第二勺的实施方式与此相同。
因而，在图4的位置上，校准力F1通过螺钉52和第二侧板6上的相同螺钉，作用在部分2B上。在该结构中，测量出表面23的部分23B和凹槽7的边缘71之间的间距e。考虑到轮辋、侧板和斗的制造公差，该间距e在不同斗间可以不相同。测量出表面24外部和凹槽8的凹形边缘之间的相应距离。
实践中，把所有斗2放进凹槽7、8里，根据逻辑顺序逐步旋紧所有螺钉52及等同部件，以使所有斗承受预应力F1，令其各外径向部分2B靠近侧板5、6，以确保组件的对称。再测量间距e，因为这些间距特别依赖于力在侧板5、6上的分配。
间距e确定后，再加工垫片53，每一垫片的厚度等于前面所确定的斗和侧板之间的间距。松开螺钉52即释放力F1后，再把要插入凹槽7或8并为之加2的垫片53分别插进所述斗2和凹槽7或8的边缘71或等效物之间。换言之，每一垫片53对应一斗2及一凹槽7或8形成的力矩。
垫片放好后，再用一强度比前面所用的力F1大或相等的力F2，重新拧紧螺钉和等同部件。因此，各斗2的外径向部分2B承受使该部分向凹槽的边缘71或等效部位靠近的力F2。
因为力F2至少和力F1同样大，可肯定，表面23的部分23B牢牢抵靠在垫片53上，垫片又牢牢抵着凹槽7的边缘71或等效部位。所以，各斗承受了一预应力F2，该力可令斗绕销钉15的轴旋转，令其有效地紧贴侧板。因此，各斗2被牢固地支撑在其位置上，不会因受到来自喷射器的液体的碰撞而摇晃。
再旋紧螺钉15，锁定该处的铰接。
在装配方面，斗2在销钉那侧制成铰接梁形，当受到压向边缘71的力时，它抵在中间区23C和等效部位上。
图5更清楚地示出，各斗2承受来自侧板5或6的反作用力R及力F2，力F2的强度等于紧固力乘以螺钉52的截面。若用200兆帕拧紧M16型螺钉，力F2的值计算如下：
F2＝144毫米2×200兆帕＝28800牛
力F2的切向分量F’2等于F’2＝F2×cos(α)，此处，α为力F2相对于作用力R的张角。假设α为30°，可得
F’2＝24940牛
平衡时，分力F’2产生的由反作用力R施加于斗2上的预应力，可根据距离d1和d2来表示，d1、d2分别代表销钉15和反作用力R作用点之间及销钉15和力F2的作用点之间的距离，表示为：
R＝F’2 ×d2/d1
射流施加在各斗2之上的冲击力也可通过计算来确定，只需要确定螺钉52及等效部件的紧固力和比值d2/d1，使力R恒大于或等于斗在上述冲击作用下所承受的力。例如，可使用约为1.5的安全系数。
因此，各斗相对于其四周，被牢固支承在其位置上，其构成材料不会由于所受冲击而发生疲劳磨损。
当力F2的值大于力F1时，本发明的实施法仍然奏效，这可保证每一斗有效地贴紧垫片53或相邻等效部件。
根据本发明的另一优化实施变型，力F1、F2可大致相等，在这种情况下，当各斗被有效支撑在其位置上时，螺钉52及等效部件不会承受较大的伸展力。
由于表面23的部分23A和边缘71之间存在间距E，这保证了由斗2和侧板5或6形成的系统是均衡的。
从图2、6中尤其能看出，凹面21、22的外径向部分21B、22B均有一肋21C或22C，它们靠近凹口25。这些肋的作用在于，使图2中箭头F3所表示的水流方向朝侧板5、6之间确定的间距E”的外面偏转。
为避免由于肋21C、22C改变方向的水流不会击打凹槽7、8的直线形边缘72和等效部位，这些边缘在侧板5、6的外面5A、6A上设有在凹槽7的边缘上的出口73和在凹槽8的边缘上的出口83，由于这些出口，水流F3可从其中排出，不会对转子产生制动力，如果在表面21、22上流动的水击打和凹槽7、8的边缘72和等效部位，该制动力就会出现。
从图6中可清楚看出，所述肋21C离表面21的边缘21D越远，其深度和厚度越小。
如图7所示，所述肋21C的功能还可通过凹区121C而获得，该凹区设在根据第二实施例的一斗的凹面121的外径向部分121B。
在表面21、22的内部21A或22A那面，表面21和22有一垫层21E或22E，它们也可使水流F3朝侧板5、6外面偏转，不会影响凹槽7和8的直线边缘。
如前所述，侧板5、6上、在凹槽7和8的边缘处，可设有出口74和84，以避免水流F3和所述边缘之间的干扰。在变型中，垫层21E或22E一直延伸到侧板7、8外面，这样，就不必在臂11、12的内部设置出口。
上面所描述的本发明的涡轮机转子包括一轮辋和连接在该轮辋上的两侧板。它还可应用在这种情况中：轮辋是由两半轮辋形成，这两半轮辋分别和形成侧板的一环形部分构成一体，如WO-A-99/49213在第二实施例中所描述的，推而广之，它可应用在任何包括一轮辋和至少一侧板的涡轮机转子中。
Claims (11)
1.皮尔敦涡轮机转子的装配方法，该转子包括一轮辋(1)、分布在该轮辋圆周上的若干斗(2)及至少一环形侧板(5，6)，所述侧板和所述轮辋连成一体并设有接纳所述斗的凹槽(7，8)，其特征在于：
—把斗(2)预定位在所述侧板的一凹槽(7)里，所述斗通过其外凸面(23)的一部分(23C)抵着所述凹槽缘(71)，同时所述斗外径向部分(2B)的凸面(23B)和所述缘(71)之间留有一间隙(E’)；
—从所述斗内侧(2A)，把所述斗(2)铰接到所述轮辋(1)和/或所述侧板(5)上；
—在所述斗的外径向部分(2B)上施加一向所述侧板接近的第一校准力(F1)；
—在所述校准力(F1)下，确定该外径向部分(2B)和该缘(71)之间的间距(e)；
—释放所述校准力(F1)；
—把一厚度大致等于上述间距(e)的垫片(53)安放在所述外径向部分(2B)和该缘(71)之间；
—在所述外径向部分(2B)上施加并保持向所述缘(71)接近的第二力(F2)，所述第二力(F2)的强度大于或等于第一力(F1)的强度。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，它通过一锁紧螺钉(52)施加所述校准力(F1，F2)，所述锁紧螺钉被接纳在所述侧板(5，6)的一凹槽(51)里，并插入所述斗(2)的外径向部分(2B)内的一螺丝孔(23D)内。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述第一、二靠近校准力(F1，F2)强度大致相同。
4.皮尔敦涡轮机转子的斗，包括所述供转子传动流体(F3)流动的一双凹面(21，22)和可与所述转子轮辋(1)相连的至少一环形侧板(5，6)相协作的一凸面(23，24)，其特征在于，所述凸面(23)形成至少一个抵靠侧板(5，6)的局部支承区(23C)和至少一个在所述斗(2)的外径向部分(2B)的远离侧板的区域(23B)，所述远离侧板的区域(23B)可通过一校准力(F1，F2)靠近和所述侧板相对的一部分。
5、根据权利要求4所述的斗，其特征在于，所述凸面(23，24)在所述斗(2)的一内径向部分(2A)还形成一远离所述侧板(5，6)的区域(23A)。
6、根据权利要求4或5所述的斗，其特征在于，它在其凹面(21，22)的外径向部分(21B，22B)和/或内径向部分(21A，22A)处，包括至少一个导向装置(21C，22C，21E，22E)，所述导向装置可赋予上述流体流(F3)一个相对于所述斗(2)的中棱(4)突出的一发散分量。
7、根据权利要求6所述的斗，其特征在于，所述导向装置(21C，22C，21E，22E)可将流体流(F3)一直导引到和所述凹面(21，22)相对的所述侧板(5，6)一辐射臂(11，12)上的一出口(73，74，83，84)处。
8、根据权利要求6或7所述的斗，其特征在于，所述导向装置由一肋(21C，22C)形成，该肋从所述斗(2)的外径向端部区(2B)朝所述斗的内径向部分(2A)延伸，该肋沿着所述斗的外凹口(25)的边。
9、皮尔敦涡轮机转子，包括一轮辋(1)、至少一环形侧板(5，6)，所述侧板和所述轮辋连成一体，并设有接纳斗的凹槽(7，8)，其特征在于，它包括至少一个如权利要求4至8其中之一所述的斗(2)。
10、根据权利要求9所述的涡轮机转子，其特征在于，它包括一个为所述斗(2)或所述每一斗安放在所述远离区(23B)和所述侧板(5，6)之间的垫片(53)，所述斗或所述每一斗承受着接近所述远离区和所述侧板的一校准力(F2)。
11、根据权利要求9或10所述的涡轮机转子，其特征在于，所述或每一侧板(5，6)装配有从每一斗(2)凹面(21，22)来的涡轮机传动流体流的出口(73，74，83，84)，所述出口形成于所述侧板(5，6)的一外侧面(5A，6A)上。
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