DE102016207879A1

DE102016207879A1 - Laufrad einer Pelton-Turbine

Info

Publication number: DE102016207879A1
Application number: DE102016207879.8A
Authority: DE
Inventors: Martin Rohrer
Original assignee: Voith Patent GmbH
Current assignee: Voith Patent GmbH
Priority date: 2016-05-09
Filing date: 2016-05-09
Publication date: 2017-06-01

Abstract

Laufrad einer Pelton-Turbine zur Befestigung an einer Turbinen-Welle mit einer Vielzahl von an einem scheibenförmigen Rad angeordneten Bechern, welche jeweils aus einer unmittelbar an das Rad anschließenden Becherwurzel und einem Becherkörper bestehen, wobei ein erstes Teil (1) vorgesehen ist, welches den inneren Bereich des scheibenförmigen Rades umfasst, um die Verbindung des Laufrades mit der Turbinen-Welle herzustellen, und ein zweites Teil (2) vorgesehen ist, welches den äußeren Bereich des scheibenförmigen Rades und die Becher samt Becherkörper und Becherwurzeln umfasst, wobei beide Teile (1, 2) einteilig ausgeführt sind, und wobei das zweite Teil (2) aus ringgewalztem Material besteht und im zusammengebauten Zustand des Laufrades mit dem ersten Teil (1) verbunden ist und dieses umschlingt.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Laufrad einer Pelton-Turbine mit einer Vielzahl von an einem scheibenförmigen Rad angeordneten Bechern.
Aufgrund der hohen Anforderungen an die Materialgüte bzgl. Festigkeit und Lebensdauer wäre es wünschenswert, Laufräder für eine Pelton-Turbine einteilig aus einer großen Schmiedescheibe durch Fräsen aus dem Vollen herzustellen. Insbesondere bei Laufrädern mit großen Durchmessern ist dieses Verfahren jedoch nicht wirtschaftlich, da die Herstellung eines geschmiedeten Rohlings in der notwendigen Größe sehr aufwendig ist.
Aus dem Stand der Technik (siehe z.B. EP 0 882 888 A1 ) sind Laufräder für eine Pelton-Turbine bekannt, die dieses Problem dadurch lösen, dass nur die Radnabe mit den Becherwurzeln aus einem geschmiedetem Rohling gefertigt werden, und die Becherkörper in ein (siehe EP 0 882 888 A1 , 5) oder mehreren Stücken (siehe EP 0 882 888 A1 , 3) mit den Becherwurzeln z.B. durch Schweißen verbunden werden. Dadurch wird die benötigte Größe des Schmiederohlings deutlich verkleinert.
In der DE 10 2015 212 624.2 wird eine Lösung vorgestellt, die eine weitere Verkleinerung des Schmiederohlings ermöglicht.
Die Erfinder haben sich die Aufgabe gestellt, ein gattungsgemäßes Laufrad anzugeben, das kostengünstiger hergestellt werden kann und dabei die Festigkeitsanforderungen uneingeschränkt gewährleistet.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch ein Laufrad mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs 1 gelöst. Weitere vorteilhafte Ausführungsformen ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.
Der der vorliegenden Erfindung zugrunde liegende Gedanke besteht darin, dass das Laufrad in zwei Teile zerlegt wird, wobei ein erstes Teil den Innenbereich des Laufrades (Nabe) umfasst und ein zweites Teil den äußeren Bereich des Laufrades mit den Peltonbechern inklusive der Becherwurzeln umfasst. Die so ausgebildeten Teile können besonders kostengünstig bereitgestellt werden.
Die erfindungsgemäße Lösung wird nachfolgend anhand von Figuren erläutert. Darin ist im Einzelnen folgendes dargestellt:
1 Komponenten eines erfindungsgemäßen Pelton-Laufrads.
1 zeigt die Einzelkomponenten eines erfindungsgemäßen Pelton-Laufrades, in einer perspektivischen Ansicht. Dabei ist das erste Teil, welches den Innenbereich des Laufrades, d.h. die Nabe, umfasst mit 1 bezeichnet. Die Nabe dient dazu das Laufrad an der Welle zu befestigen. In 1 sind hierzu Öffnungen für die Schraubverbindung zum Anflanschen des Laufrades an die Welle zu erkennen. Das zweite Teil, welches mit 2 bezeichnet ist, umfasst den äußeren Ring des Laufrades mit den Pelton-Bechern samt Becherwurzeln. Beide Teile sind dabei einteilig ausgeführt. Das zweite Teil 2 umschlingt das erste Teil 1 im zusammengebauten Zustand.
Dem Fachmann ist klar, dass die betriebsbedingte Beanspruchung des Laufrades zu unterschiedlichen Festigkeitsanforderungen für die beiden Teile führt. Das zweite Teil 2 ist sehr viel höher beansprucht als das erste Teil 1: Teil 2 trägt die Becher, welche unmittelbar vom Wasserstrahl getroffen werden, während Teil 1 das Gesamtdrehmoment auf die Welle überträgt. Erfindungsgemäß besteht Teil 2 aus ringgewalztem Material, welches geschmiedetem Material bezüglich Festigkeit nicht nachsteht, jedoch um wenigstens 25% kostengünstiger pro Kilogramm hergestellt werden kann. Teil 1 kann z.B. aus einem Blech mit ausreichender Dicke bestehen. Dadurch kann ein erfindungsgemäßes Laufrad um wenigstens 25% kostengünstiger hergestellt werden, wenn man es mit einem Laufrad vergleicht, welches aus geschmiedetem Material gemäß dem oben dargestellten Stand der Technik hergestellt worden ist. Dabei ist zu berücksichtigen, dass gerade im Bereich der Nabe sehr viel Material abgetragen werden muss, wenn das Laufrad gemäß dem Stand der Technik aus einem Schmiederohling gefräst wird.
Teil 2 wird aus einem Reifen aus ringgewalztem Material hergestellt, indem die Becher samt Wurzel aus dem Vollen herausgefräst werden. Im Vergleich zu den bekannten Ausführungsformen, bei denen die Becher aus mehreren Stücken zusammengeschweißt werden, hat die erfindungsgemäße Ausführungsform den Vorteil, dass im Bereich der Becher keine Schweißnaht liegt. Dadurch ist die Festigkeit optimal und man spart sich das aufwendige Schleifen der Schweißnähte.
Die Verbindung von Teil 1 und 2 kann durch eine Schweißnaht oder durch Verschraubung ausgeführt sein.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

EP 0882888 A1 [0003, 0003, 0003]
DE 102015212624 [0004]

Claims

Laufrad einer Pelton-Turbine zur Befestigung an einer Turbinen-Welle mit einer Vielzahl von an einem scheibenförmigen Rad angeordneten Bechern, welche jeweils aus einer unmittelbar an das Rad anschließenden Becherwurzel und einem Becherkörper bestehen, dadurch gekennzeichnet, dass ein erstes Teil (1) vorgesehen ist, welches den inneren Bereich des scheibenförmigen Rades umfasst, um die Verbindung des Laufrades mit der Turbinen-Welle herzustellen, und ein zweites Teil (2) vorgesehen ist, welches den äußeren Bereich des scheibenförmigen Rades und die Becher samt Becherkörper und Becherwurzeln umfasst, wobei beide Teile (1, 2) einteilig ausgeführt sind, und wobei das zweite Teil (2) aus ringgewalztem Material besteht und im zusammengebauten Zustand des Laufrades mit dem ersten Teil (1) verbunden ist und dieses umschlingt.
Laufrad nach Anspruch 1, wobei das erste Teil (1) mit dem zweiten Teil (2) mittels einer Schweißnaht verbunden ist.
Laufrad nach Anspruch 1, wobei das erste Teil (1) mit dem zweiten Teil (2) durch Verschraubung verbunden ist.
Laufrad nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei das erste Teil (1) aus einem Blech besteht.