DE1173038B

DE1173038B - Laufrad fuer Francis-Turbinen mit zwei ineinandergreifenden und miteinander ver-schraubten Schaufelkranzteilen

Info

Publication number: DE1173038B
Application number: DEA35306A
Authority: DE
Inventors: Andre Culaud
Original assignee: Ateliers des Charmilles SA
Current assignee: Ateliers des Charmilles SA
Priority date: 1959-09-22
Filing date: 1960-08-08
Publication date: 1964-06-25

Description

Laufrad für Francis-Turbinen mit zwei ineinandergreifenden und miteinander verschraubten Schaufelkranzteilen Im Turbipenbau ergeben sich insbesondere bei Francis-Turbinen immer wieder dadurch Schwierigkeiten, daß außerordentlich große Laufräder vom Ort der Herstellung zum Ort der endgültigen Montage und Inbetriebnahme transportiert werden müssen, wobei es nicht selten vorkommt, daß das Gesamtgewicht eines einzelnen Laufrades mehr als 50 Tonnen beträgt. Es ist bereits vorgeschlagen worden, die Laufräder von Francis-Turbinen großer Abmessungen aus zwei längsgeteilten, ineinandergreifenden Schaufelkränzen herzustellen. Derartig hergestellte Laufräder lassen sich insofern leichter transportieren, als das Gewicht jedes einzelnen zu transportierenden Teilstücks nur etwa die Hälfte des gesamten Rades beträgt. Durch ein solches Vorgehen wird aber praktisch nicht der Raumbedarf der zü transportierenden Stücke verringert.
Den Vorteil des geringen Transportraumbedarfs bieten nur die weiterhin bekannten, in Querrichtung zweigeteilten Laufräder für Fräncis-Turbinen mit nur einem Schaufelkranz. Ihr Aufbau ist jedoch vergleichsweise kompliziert. So greifen bei einer Ausführungsform die Anlageflächen der beiden Teile hammerkopfartig ineinander, während bei einer anderen Lösung die Segmente durch in treppenstufenartig abgesetzte Trennfugen eingesetzte Verspannungselemente zusammengehalten werden. Beide Konstruktionen stellen hohe Anforderungen an die Paßgenauigkeit und sind daher verhältnismäßig teuer.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den Nachteil des großen Platzbedarfes der zuerst angedeuteten Bauart von Laufrädern mit zwei Schaufelkränzen unter Ausschließung des bei bekannten Laufradkonstruktionen mit nur einem Schaufelkranz betriebenen, nicht unerheblichen Konstruktions- und Fertigungsaufwandes zu beseitigen.
Zur Lösung dieser Aufgabe wird vorgeschlagen, das Laufrad für Francis-Turbinen mit zwei ineinandergreifend-en und miteinander verschraubten Schaufelkranzteilen so zu gestalten, daß jeder der Schaufelkranzteile in an sich bekannter Weise in wenigstens zwei Segmente zerschnitten ist, und die Schnittstellen des einen Schaufelkranzteiles in bezug auf diejenigen des anderen Schaufelkranzteiles so versetzt sind, daß jeweils ein Segment des einen Schaufelkranzteiles als Querverbindung für den Zusammenhalt der beiden gegenüberliegenden Segmente dient, und umgekehrt. Man erreicht so, daß die im geteilten Zustand transportierten Schaufelkränze nach dem Zusammenbau und dem axialen Zusammenfassen einen einzigen, nicht deformierbaren Block bilden. In der Zeichnung ist eine Ausführungsform des Laufrades einer Francis-Turbine nach der Erfindung beispielhaft und schematisch dargestellt. In der Zeichnung ist F i g. 1 die Ansicht eines axialen Teilschnitts durch das Laufrad nach der Erfindung, F i g. 2 die Abwickelung der Schaufelanordnung auf ihren entsprechenden Schaufelkränzen und F i g. 3 eine schematische Darstellung, aus der man ersieht, -wie die beiden Schaufelkränze aneinander befestigt werden.
Das Francis-Turbinen-Laufrad nach der Erfindung sitzt auf einer vertikalen Welle 1, die einen Befestigungsflansch 2 aufweist. Das Laufrad besteht aus zwei Schaufelkränzen, im vorliegenden Fall aus einem inneren Schaufelkranz 3 und einem äußeren Schaufelkranz 4. Das obere Ende 5 des inneren Schaufelkranzes ist mit Hilfe von Schrauben 6 und Schraubenmuttern 7 an dem Flansch 2 der Welle 1 befestigt. Um jede Befestigungsschraube 6 ist eine Buchse 8 gelegt, die in eine Bohrung 9 in dem Flansch 2 eingreift. Diese Buchsen 8 dienen dazu, das Antriebsmoment der Maschine zu unterstützen und dabei die genaue Zentrierung des Endes 5 in bezug auf den Flansch 2 zu sichern. Dieses obere Ende 5 weist eine Schulter 10 auf, auf die sich ein Bund 11 stützt, der ein Teil des oberen Endes 12 des Kranzes 4 ist und sich in Richtung der Achse 1 erstreckt.
In die Bohrung 14 des Bundes 11 sind Buchsen 13 eingesetzt, die auch in Bohrungen 15 an der entsprechenden Stelle in der Schulter 10 vorhanden sind. Schrauben 16 sind in je eine Gewindebohrung 17 eingeschraubt, die am Boden der Bohrung 15 vorgesehen sind und jede Buchse 13 in ihrer Lage festhalten und damit die gesamte Anordnung der beiden Laufkränze 3 und 4 halten. Eine Platte 18 kann beispielsweise durch Festschweißen an dem Bund befestigt sein, um die Schraube 16 zu verdecken und sie gegen Mißbrauch zu schützen.
Die unteren Enden 19 und 20 der Kränze 3 und 4 greifen mittels einer Zentrierrippe 21 und einer Ausnehmung 22 ineinander. Auch hier sind wieder Buchsen 23, Schrauben 24 und Schraubenmuttern 25 vorgesehen, um die Lage der beiden Unterteile 19 und 20 gegeneinander zu sichern. Außerdem ist eine ringförmige Verkleidung 26 mit L-förmigem Querschnitt vorgesehen, die sich zwischen einem Flansch 27, der das Unterteil 19 darstellt, und einer Schulter 28, die am Umfang des Unterteils 20 vorhanden ist, befindet. Diese Verkleidung 26 wird von einer Anzahl Schrauben 29 gehalten, deren mit Gewinde versehenes Ende in Gewindebohrungen in dem Bund 30 an dem Unterteil 20 eingreift. Die Verkleidung dient dazu, die Befestigungsvorrichtungen 23 bis 25 gegen unbefugte Benutzung zu schützen, welche die beiden Unterteile 19 und 20 miteinander verbinden.
Das Verfahren zur Herstellung eines solchen Francis-Turbinen-Laufrades mit zwei getrennten Schaufelkränzen besteht darin, daß zunächst jeder Kranz 3 bzw. 4 unabhängig von dem anderen gegossen wird. Nach dem Gießen werden die Kränze 3 und 4 ausgeglüht und bearbeitet, um ihre Stütz- und Befestigungsflächen sowohl untereinander als auch in bezug auf die Welle 1 festzulegen. Jeder der beiden Kränze 3 und 4 wird dann in mindestens zwei Teile 3 a und 3 b bzw. 4 a und 4 b aufgeschnitten, wobei diese Teile im allgemeinen die Form eines Seb mentes haben (siehe F i g. 3). Der Schnitt wird bei jedem Kranz zwischen je zwei benachbarten Schaufeln 31 bzw. 33 durchgeführt (Linie 32 bei Kranz 3 und Linie 34 bei Kranz 4).
Auf diese Weise kann das Rad, welches in verschiedene Stücke zerlegt worden ist, leicht an die Montagestelle bzw. an den Ort seiner endgültigen Anwendung transportiert werden. Befindet es sich an dieser Stelle, so werden die beiden Kränze 3 und 4 montiert und ineinandergeschoben, wobei die Schnittpunkte 32 und 34 der Kränze gegeneinander verschoben werden. Für den Fall, daß jeder Kranz in zwei symmetrische Teile unterteilt worden ist, erfolgt die Montage so, wie in F i g. 3 gezeigt, wobei die Schnittebene des einen Kranzes in bezug auf diejenige des anderen um 90° verschoben ist. Ist dann die Montage des Laufrades beendet, so können die Verbindungsstellen, die an den Schnittpunkten 32 und 34 vorhanden sind, durch Verschweißen ausgefüllt werden. Nach diesem letzten Verfahrensschritt hat das Laufrad, das zerlegt worden war, vom hydrodynamischen Standpunkt aus gesehen wieder den Charakter eines aus zwei ganzteiligen Kränzen bestehenden Laufrades.
Bei Laufrädern mit sehr großen Abmessungen könnte man die Aufteilung jedes Kranzes in mehr als zwei Stücke vorsehen, beispielsweise in drei Stücke oder mehr. Theoretisch wäre es sogar möglich, jeden einzelnen Kranz 3 und 4 in ebenso viele Segmente zu zerschneiden, als Schaufeln 31 und 33 vorhanden sind.

Claims

Patentansprüche: 1. Laufrad für Francis-Turbinen mit zwei ineinandergreifenden und miteinander verschraubten Schaufelkranzteilen, d a d u r c h g e k e n n -z e i c h n e t, daß jeder der Schaufelkranzteile (3 bzw. 4) in an sich bekannter Weise in wenigstens zwei Segmente (3a, 3 b bzw. 4a, 4b) zerschnitten ist und die Schnittstellen (32 bzw. 34) des einen Schaufelkranzteiles in bezug auf diejenigen des anderen Schaufelkranzteiles so versetzt sind, daß jeweils ein Segment des einen Schaufelkranzteiles als Querverbindung für den Zusammenhalt der beiden gegenüberliegenden Segmente dient, und umgekehrt.
2. Laufrad nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Lücken an den Schnittstellen (32 bzw. 34) zwischen den einzelnen Segmenten (3a, 3 b bzw. 4a, 4b) durch Verschweißen geschlossen sind. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschrift Nr. 648 174; schweizerische Patentschriften Nr. 239 271, 3371600.