DE2633893A1

DE2633893A1 - Wasserturbinen- oder pumpenlaufrad

Info

Publication number: DE2633893A1
Application number: DE19762633893
Authority: DE
Inventors: Robert Glenn Grubb
Original assignee: Allis Chalmers Corp
Current assignee: Allis Chalmers Corp
Priority date: 1975-08-18
Filing date: 1976-07-28
Publication date: 1977-02-24
Also published as: DE2633893C3; DE2633893B2; US4012170A; JPS5224640A; BR7605418A; JPS5926791B2; US4063675A

Description

T 34j5l A Hi s Chalmers

Kennwort: "Laufradböden AC" Xsxkx&SHHs^ibesKiia

" . ■ . . ." . " West Allis, Wisconsin

Wasserturbinen- oder Pumpenlaufrad

Die Erfindung betrifft ein Wasserturbinen- oder Pumpenlaufrad mit einem Laufradboden, einem Laufradring und mit einer Anzahl zwischen beiden über den Umfang im Abstand befestigten Laufradschaufeln, wobei der Laufradboden aus einem inneren kreisförmigen, sich im wesentlichen in einer Ebene quer zur Rotationsachse erstreckenden und eine Schaufelbefestigungsfläche bildenden Teil, und einem mit diesem fest verbundenen, konzentrischen, gegebenenfalls mehrteiligen äußeren Ring besteht, der eine Fortsetzung der Schaufelbefestigungsfläche des inneren Teiles bildet.

Es ist bekannt, derartige Laufräder aus einem Stück zu gießen. Im Hinblick jedoch auf die immer größer werdenden Abmessungen ist es ferner bekannt, die Laufräder aus Gußteilstücken und Stahlblechteilen zusammenzuschweißen oder miteinander zu verschrauben. In manchen Fällen werden die Turbinen aber so groß, daß es unpraktisch oder sogar unmöglich ist, die Turbinenteile vollständig in der Fabrik herzustellen und sie an die Baustelle zu transportieren, da Brücken- oder Tunnellichträume, Schienenabstände und andere Faktoren die Größe eines über eine bestimmte Strecke zu transportierenden Teiles bestimmen. Beispielsweise werden heutzutage Turbinenlaufräder hergestellt, die einen Außendurchmesser von annähernd 10 m haben und über 400 t wiegen.

Ein weiteres bekanntes Laufrad besteht zu diesem Zweck aus zwei miteinander verschraubten Schaufelkranzteilen, die jeder in wenigstens- zwei Segmente unterteilt sind und bei denen die Schnittstellen des einen Schaufelkranzteiles in Bezug auf diejenigen des anderen so versetzt sind, daß jeweils ein Segment des einen

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Schaufelkranzteiles als Querverbindung für den Zusammenhalt der beiden gegenüberliegenden Segmente dient und umgekehrt (DT-AS 1 173 038). Diese Konstruktion erfordert eine sehr genaue Bearbeitung. Sie ist kompliziert und teuer.

Eine weitere bekannte Möglichkeit der Teilung besteht darin, den Laufradboden in einzelne Segmente aufzuteilen, die durch radial verlaufende Schweißnähte miteinander verbunden werden. Hierbei entstehen jedoch Schweißnähte entlang Verbindungen mit sich ändernder Dicke. Eine solche Naht kann zwar ausgeführt werden, sie ist jedoch zeitaufwendig und erfordert eine äußerst präzise Handhabung der Schweißeinrichtung. Die Gefahr von Pehlschweissungen ist deshalb groß. Zur Vermeidung einer Schweissung über unterschiedliche Dicken wäre es auch möglich, einen Laufradboden mit durchgehend gleichbleibender Dicke zu bauen. Eine solche Ausbildung wäre aber materialvergeudend und damit schwer und teuer.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Laufrad der eingangs geschilderten Gattung zu "schaffen, dessen Konstruktion es auch bei sehr großen Abmessungen gestattet, es in einfacher und kostensparender Weise in transportfähigen Einzelteilen in der Fabrik vorzubereiten und erst an der Baustelle zusammenzusetzen.

Die Erfindung löst das Problem durch ein derartiges Laufrad, in welchem die Schaufeln die Verbindung zwischen dem inneren Teil und dem äußeren Ring des Laufradbodens überspannen. Hierdurch wird ein Laufrad erhalten, das weitgehend in der Fabrik vorbereitet und leicht an der Baustelle zu einer steifen Konstruktion zusammengesetzt werden kann. In vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung besteht die Verbindung zwischen dem inneren Teil und dem äußeren Ring des Laufradbodens aus einer kreisförmigen Schweissung und schließt ferner einen Laufraddichtring ein, der auf der den Schaufeln abgewandten Seite der Laufradbodenfläche befestigt und konzentrisch zu der kreisförmigen Schweissung und diese überdeckend angeordnet ist. Hierdurch wird eine weitere zweckmäßige Voraussetzung für eine genaue Fertigung eines großen Laufrades an der Baustelle geschaffen.

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Erfindungsgemäß umfaßt das Fertigungsverfahren eines derartigen Laufrades die folgenden Schritte:

a) Auf den äußeren Laufradbodenring wird im Bereich dessen innerer Kante ein Dichtring derart angeschweißt, daß ein Teil desselben nach innen über diese Kante ragt,

b) der innere kreisförmige Laufradbodenteil wird innerhalb des durch'den äußeren Ring gebildeten Kreises und an den überstehenden Teil des Dichtringes anstossend eingelegt und

c) zwischen dem inneren Laufradbodenteil und dem äußeren Laufradbodenring wird auf der dem Dichtring abgewandten Seite eine kreisförmige Schweissung aufgebracht, wobei der Dichtring als Schweißunterlage dient.

Die Erfindung ist in einem Ausführungsbeispiel anhand der Zeichnung näher erläutert. Darin ist:

Fig. 1 eine Draufsicht auf einen Laufradboden

nach der Erfindung,
Fig. 2 ein Schnitt entlang der Linie ΙΙ-ΙΊ der

Fig. 1 und
Fig. j5 ein vertikaler Schnitt durch einen Teil

einer hydraulischen Turbine mit einem

Laufradboden nach der Erfindung.

In der in Fig. 3 teilweise dargestellten Francis-Turbine überspannt der feststehende Turbinendeckel 6 die Oberseite des Turbinenlaufrades 7 und die Leitschaufeln 8. An den Leitschaufelring schließt das Spiralgehäuse 11 an und im unteren Bereich der Figur ist das Saugrohr 12 zu erkennen.

Das Laufrad 7 besteht aus einem Laufradboden 13 und einem Laufradkranz Ϊ4. Über den Umfang des Laufrades sind im Abstand angeordnete Schaufeln 16 fest zwischen dem Laufradboden \J> und dem Laufradkranz 14 angeordnet und bilden zusammen mit diesen das Laufrad 7. Eine Turbinenwelle 17 ist fest mit dem Laufradboden in irgendeiner bekannten Weise, z.B. durch Schraubenbolzen 18,

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verbunden. Die Laufradwelle wiederum ist in bekannter V/eise mit einem hier nicht dargestellten Generator für die Erzeugung von Elektrizität verbunden.

Wie besonders in den Figuren 1 und 2 dargestellt, besteht der Laufradboden aus einem inneren Nabenteil 19 und wenigstens einem Paar von äußeren bogenförmigen Teilen 21 und 22. Jeder dieser inneren und äußeren Teile sind einteilig entweder als Gußteil ausgebildet oder aus Stahlblech hergestellt. Das Laufrad weist außerdem ein Paar von inneren und äußeren Dichtringen 23 und 24 auf, welche zu der Oberfläche des Laufradbodens auf der von den Schaufeln 7 abgekehrten Seite befestigt sind.

Die Herstellungsfolge des Laufradbodens ist wie folgt:

1) Die äußeren bogenförmigen Teile 21 und 22 des Laufradbodens werden auf eine Schweißvorrichtung aufgebracht und in der zusammengesetzten Stellung mit der Oberseite nach oben miteinander verspannt;

2) der innere Laufradbodendichtring 23 wird dann auf die äußeren bogenförmigen Teile 21 und 22 aufgeschweißt, wobei die Hälfte seiner Dicke über die innere Kante ragt;

3) darauf werden die äußeren Teile 21 und 22 mit dem inneren Dichtring 23 herumgedreht und auf der Schweißvorrichtung mit der Oberseite nach unten festgespannt;

4) das innere Nabenteil 19 wird auf die Schweißvorrichtung mit der Befestigungsfläche für die Laufradwelle nach unten ragend innerhalb der äußeren Laufradbodensegmente gelegt, wobei es gegen das Unterteil des inneren Dichtringes 23 ruht;

5) der Laufradboden wird dann um seine Achse gedreht und die kreisförmige Schweissung zwischen dem inneren Nabenteil 19 und dem inneren Dichtring 23 vervollständigt;

6) die radial verlaufenden Schweissungen 27 und 28 zwischen den äußeren bogenförmigen Teilen 21 und 22 werden vervollständigt;

7) der Laufradboden wird wiederum gedreht und die sich über 360⁰ über den Umfang erstreckende Schweissung 26 zwischen dem inneren Nabenteil 19 und den zwei äußeren Teilen 21 und 22 wird hergestellt. Ein äußerer Dichtring 24 wird, sofern er nicht

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einstückig von den äußeren Laufradbodenteilen 21 und 22 gebildet wird, an letztere angeschweißt, worauf der steife, einstückige Laufradboden fertig ist.

Wenn die Laufradschaufeln 16 an den Laufradboden 13 geschweißt werden, überspannt jede Schaufel die Kreisschweißnaht 26. Dies trägt zu einer weiteren Verstärkung des Laufradbodens bei.

Bei einer solchen Ausbildung kann der innere Nabenteil 19 als ein einstückiges Teil entweder als Gußteil oder in der Fabrik hergestellt sein und kann dort zur Feststellung seiner einwandfreien Beschaffenheit geprüft werden. Er kann in der Fabrik genau hergestellt werden, um eine einwandfreie Passung mit der Turbinenwelle 17 zu gewährleisten. An der Baustelle können die inneren und äußeren bogenförmigen Teile des Laufradbodens miteinander in der vorher beschriebenen Weise verbunden werden. Auf diese Weise wird ein außergewöhnlich steifer Laufradboden erhalten. Beim Aufbringen der kreisförmigen Schweißnaht 26 im Bereich des inneren Dichtringes 23 ist während des Schweißvorganges die Anbringung einer besonderen Schweißunterlage nicht erforderlich.

Heidenheim, den 21.05.76
JB/Srö

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Claims

T 3kJ)l Allls Chalmers

Kennwort: "Laufradboden AC" York-Pennsylvania

Patentansprüche

ν 1.)Wasserturbinen- oder Pumpenlaufrad mit einem Laufradboden, einem Laufradring und mit einer Anzahl zwischen beiden über den Umfang im Abstand befestigten Laufradschaufeln, wobei der Laufradboden aus einem inneren kreisförmigen, sich im wesentlichen in einer Ebene quer zur Rotationsachse erstreckenden und eine Schaufelbefestigungsfläche bildenden Teil und einem mit diesem fest verbundenen konzentrischen, gegebenenfalls mehrteiligen äußeren Ring besteht, der eine Portsetzung der Schaufelbefestigungsfläche des inneren Teiles bildet, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaufeln (16) die Verbindung zwischen dem inneren Teil (19) und dem äußeren Ring (21/22) des Laufradbodens (13) überspannen.
2. Laufrad nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindung zwischen innerem Teil (19) und äußerem Ring (21/22) des Laufradbodens (IJ) aus einer kreisförmigen Schweissung (26) besteht und ferner einen Laufraddichtring (23) einschließt, der auf der den Schaufeln (16) abgewandten Seite der Laufradbodenfläche befestigt und konzentrisch zu der kreisförmigen Schweissung und diese überdeckend angeordnet ist.]

3· Verfahren zum Herstellen eines Laufradbodens gemäß einem der Ansprüche 1 oder 2, gekennzeichnet durch die folgenden Schritte:

a) Auf den äußeren Laufradbodenring (21/22) wird im Bereich dessen innerer Kante ein Dichtring (23) derart angeschweißt, daß ein Teil desselben nach innen über diese Kante ragt,

b) der innere kreisförmige Laufradbodenteil (19) wird innerhalb des durch den äußeren Ring (21/22) gebildeten Kreises und an den überstehenden Teil des Dichtringes (23) anstossend eingelegt und

c) zwischen dem inneren Laufradbodenteil (I9) und dem äußeren Laufradbodenring (21/22) wird auf der dem Dichtring (23) abgewandten Seite eine kreisförmige Schweissung (26) aufgebracht, wobei der Dichtring als Schweißunterlage dient.

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