DE2824643C2

DE2824643C2 - Verfahren zur Herstellung eines Leitrings einer Wasserturbine und dessen Anwendung

Info

Publication number: DE2824643C2
Application number: DE2824643A
Authority: DE
Inventors: Masao Ishihara; Tetsuo Okuni; Takeshi Hitachi Wada
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1977-06-07
Filing date: 1978-06-05
Publication date: 1984-05-03
Also published as: JPS541736A; DE2824643A1; CH630144A5; US4228336A; JPS5628227B2

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Leitrings einer Wasserturbine gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

In Wasserturbinen, aber auch in Pumpenturbinen eingesetzte Leitringe besitzen üblicherweise eine obere und eine untere Ringscheibe, die in Achsrichtung voneinander beabstandet sind, sowie mehrere in Umfangsrichtung gleich beabstandet angeordnete Leitschaufeln, deren jede sich zwischen der oberen und der unteren Ringscheibe erstreckt.

Gemäß dem herkömmlichen Herstellverfahren derartiger Leitringe werden obere und untere Ringscheibe und die Leitschaufeln getrennt hergestellt. Danach werden nach korrektem Anordnen der Leitschaufeln zwischen oberer und unterer Ringscheibe diese längs den Umfangen der Ober- und Unterenden an oberer bzw. unterer Ringscheibe fest angeschweißt.

Dieses herkömmliche Verfahren ist jedoch außerordentlich unwirtschaftlich und kann bei der Herstellung von Leitschaufeln für Wasserturbinen nicht zweckmäßig verwendet weiden, die für die Verwendung unter hohen Wasserfallhöhen vorgesehen werden sollen. Der Abstand zwischen oberer und unterer Ringscheibe ist nämlich bei einem derartigen Leitring zu gering. In bestimmten Fällen ist der Abstand zwischen zwei Ringscheiben an den Innenumfängen dieser Ringe sehr klein, wie beispielsweise 28 cm. Es ist daher außerordentlich

j-> schwierig, durch Einsetzen der Schweißgeräte in den begrenzten Raum zwischen oberer und unterer Ringscheibe eine befriedigende Schweißung durchzuführen. Folglich kann die gewünschte Qualität der verschweißten Teile kaum erreicht werden, und darüber hinaus hat sich häufig erwiesen, daß sogar das Schweißen nicht durchgeführt werden kann.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, ein Herstellverfahren für Leitringe für Wasserturbinen und Pumpenturbiiien anzugeben, durch das eine gute Qualität der verschweißten Konstruktion unabhängig vom Abstand zwischen oberer und unterer Ringscheibe sichergestellt ist.

Die Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.

Die Erfindung wird durch die Unteransprüche weitergebildet. Insbesondere ist die Erfindung auch auf die Herstellung eines Leitrings einer Pumpenturbine in gleicher Weise anwendbar.

Zwar ist es im Turbinenbau an sich bekannt (vgl. CH-PS 3 56 340), eine Auftragsschweißung durchzuführen, jedoch lediglich zum Reparieren von durch Benützung stark verschlissenen Teilen, d. h. um deren Gesamtnutzungsdauer zu erhöhen. Bei der Herstellung solcher Teile wurde die Auftragsschweißung noch nicht verwendet.

Durch die Erfindung wird es möglich, Leitringe auf relativ einfache Weise herzustellen, die bisher insbesondere aufgrund ihrer Abmessungen nicht oder nur sehr aufwendig herstellbar waren.

Die Erfindung wird anhand der in der Zeichnung dar-

ti5 gestellten Ausführuiigsbeispide näher erläutert. Es zeigt

F i g. 1 im Schnitt einen vollständigen Leitring.

F i g. 2 im Schnitt einen anders ausgebildeten, voll-

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ständigen Leitring,

F i g. 3 den Schnitt HI-III in F i g. 2,

Fig.4A bis 4C Teilaufsichten einer oberen Ringscheibe mit verschieden ausgebildeten, in Ihr geformten Öffnungen,

F i g. 5 perspektivisch und in Teilansicht einen Leitring bei der Herstellung zur Darstellung der Art, wie eine Elektroschlackenauftragsschweißung im Raum der Form erreicht wird,

Fig.6 vergrößert perspektivisch ein Beispiel einer Form, wie sie zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens verwendbar ist,

F i g. 7 den Schnitt VII-VII gemäß F i g 5,

F i g. 8 eine Ansicht ähnlich F i g. 5, jedoch mit Abschmelz-Drahtelektroden anstelle von Abschmelz-PIattenelektroden, wie in F i g. 5 dargestellt,

F i g. 9 einen Schnitt ähnlich F i g. 7, bei dem in der unteren Ringscheibe eine Vertiefung ausgebildet ist,

Fig. 10 einen Schnitt ähnlich Fig.7, bü dem in der unteren Ringscheibe öffnungen ausgebildet sind,

F i g. 11 einen Schnitt ähnlich F i g. 7, wobei in den Raum der Form ein Kernteil eingesetzt ist.

Die F i g. 1 bis 3 zeigen Beispiele vollständiger Leitringe. F i g. 1 zeigt einen Leitring 10, der eine obere Ringscheibe 11, eine von der oberen Ringscheibe 11 in Achsrichtung beabstandete untere Ringscheibe 12 und mehrere in Umfangsrichtung gleich beabstandete Leitschaufeln 13 enthält, deren jede sich zwischen der oberen und der unteren Ringscheibe 11,12 erstreckt.

Die Fig.2 und 3 zeigen einen weiteren Leitring 20. Dieser Leitring 20 besitzt eine obere Ringscheibe 21, eine untere Ringscheibe 22, die von der oberen Ringscheibe 21 in Achsrichtung beabstandet ist und sich zu letzterer parallel erstreckt, sowie mehrere in Umfangsrichtung gleich beabstandete Leitschaufeln 23, deren jede sich zwischen oberer und unterer Ringscheibe 21, 22 erstreckt.

Der Leitring 10 gemäß Fig. 1 kann im wesentlichen gemäß dem gleichen Verfahren hergestellt werden wie der Leitring 20 gemäß F i g. 2 und 3. Aus diesem Grunde wird im folgenden das erfindungsgemäße Herstellverfahren beispielhaft für Leitringe erläutert, wie sie in den F i g. 2 und 3 dargestellt sind.

Gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren werden erste Öffnungen in der Dickenrichtung der oberen Ringscheibe 21 an Stellen gebildet, an denen die Leitschaufeln 23 anzuordnen sind. Diese öffnungen sind dazu vorgesehen, daß eine Führungsdüse bzw. ein Führungsrohr eines Elektroschlackenauftragsschweißgerätes in den Raum einer weiter unten erläuterten Form eingesetzt oder eingeführt werden kann. Folglich ist jede Form einer öffnung zulässig, die das Einsetzen des Führungsrohrs durch sie hindurch ermöglicht.

Bei dem in Fig.4A dargestellten Beispiel sind die Öffnungen in Form mehrerer Löcher 25 ausgebildet, während bei dem anderen in F i g. 4B dargestellten Beispiel jede der öffnungen aus einem Lpngloch oder Schlitz 26 mit einer Form ähnlich der Querschnittsform der Leitschaufeln 23besteht, jedoch etwas kleiner ist als diese. Gemäß dem in Fig.4C dargestellten weiteren Ausführungsbeispiel ist jede der öffnungen als Schlitz 27 einer Form und Größe ausgebildet, die mit der des Querschnitts der Leitschaufeln 23 übereinstimmen.

Das erfindungsgemäße Verfahren wird im folgenden mit insbesonderem. aber beispielhaftem Bezug auf die Form der öffnung 27 gemäß F i g. 4C erläutert, obgleich das erfindungsgemäße Verfahren in gleicher Weise auf öffnungen anwendbar ist, wie sie in den F i g. 4A und 4B dargestellt sind.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren werden obere und untere Ringscheibe 21, 22 mit dem erforderlichen Abstand angeordnet, d. h. daß ein Abstand, der im we sentiichen gleich der Höhe der Leitschaufeln 23 ist, zwischen ihnen freigelassen ist. Dann werden mehrere Formen ähnlich der Form 30 gemäß F i g. 6 an vorgegebenen Stellen zwischen den beabstanderen oberen und unteren Ringscheiben 21 und 22 in einer Weise angeordnet, wie sie in F i g. 5 und 7 dargestellt ist.

Wie sich insbesondere aus F i g. 6 ergibt, ist die Form 30 teilbar mit zwei trennbaren Abschnitten 31,32, deren jeder eine Vertiefung 33,34 besitzt Diese Vertiefungen 33, 34 bilden zusammengesetzt einen Raum 36, der der äußeren Form der Leitschaufel 23 entspricht, wenn die beiden Abschnitte 31, 32 zusammengebracht sind und miteinander mittels Klammern 35 einstückig gehalten sind. Ein Paar von Anschlüssen 37 ist in jedem Abschnitt 33,34 der Form 30 eingeschraubt, an denen, wie dargestellt, eine Einlaßleitung 38 und eine Auslaßleitung 39 befestigt sind derart, daß ein Kühlfluid durch einen in jedem Formen-Abschnitt 33, 34 gebildeten Durchtritt 40 (F i g. 7) strömen bzw. umgewälzt werden kann.

Wie sich aus F i g. 7 ergibt, ist der Raum 36 zur in der oberen Ringscheibe 21 gebildeten Öffnung 27ausgerichtet angeordnet und mit dieser in Verbindung, wenn jede Form richtig in der vorgegebenen Stellung zwischen oberer und unterer Ringscheibe 21,22 angeordnet ist.

Dann wird eine ring- oder scheibenförmige Platte 43 mit Öffnungen 42, deren jede in Form und Größe der Öffnung 27 in der oberen Ringscheibe 21 entspricht, auf der oberen Ringscheibe 21 so angeordnet, daß die öffnungen 42 zu den entsprechenden öffnungen 27 der oberen Ringscheibe 21 ausgerichtet sind.

Nach Anordnen der Platte 43 wird eine Elektroschlackenauftragsschweißung in dem Raum 36 jeder Form 30 in der folgenden Weise erreicht:

Eine selbstverzehrende Düse bzw. ein Rohr 45 eines Elektroschlackenauftragsschweißgerätes ist in den Raum 36 der Form 30 durch die Öffnung 42 in der scheibenförmigen Platte 43 und durch die öffnung 27 in der oberen Ringscheibe 21 eingeführt. Eine selbstverzehrende oder Abschmelz-PIattenelektrode 46 wird kontinuierlich von einem Zufü'irmotor 27 unter Führung durch das Rohr 25 eingeführt. Die Abschmelz-PIattenelektrode 46 wird kontinuierlich durch die Hitze geschmolzen, die durch elektrischen Strom erzeugt wird, der durch die Abschmelz-PIattenelektrode 46 selbst, die geschmolzene Schlacke 48 und geschmolzenes Metall 49 fließt, um so den Raum 36 in der Form 30 und zumindest einen Teil des Raums zu füllen, der durch die öffnungen 27 und 42 in der oberen Ringscheibe 21 und der scheibenförmigen Platte 43 gebildet ist.

Das geschmolzene Metall 49 wird aufeinanderfolgend verfestigt, wenn es durch die gekühlte Wand der Form 30 gekühlt wird, wie das durch das verfestigte Metall 50 in F i g. 7 wiedergegeben ist.

Es zeigt sich, daß die Leitschaufel 23 gebildet wird und daß gleichzeitig obere und untere Ringscheibe 21, 22 über die so gebildete Leitschaufel 23 starr miteinander verbunden werden, wenn die Elektroschlackenauftragsschweißung im Raum 36 der Form 30 beendet ist.

Schließlich werden die Form 30 und die scheibenförmige Platte 43 entfernt und wird der Teil des Schweißmetalls, der im Raum der öffnung 42 in der scheibenförmigen Platte 43 verfestigt ist, mittels mechanischer Bearbeitung entfernt.
Selbstverständlich sind nicht ausschließlich Ab-

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schmelz-Plattenelektroden zu verwenden, sondern können ohne weiteres ebenso anders ausgebildete selbstverzehrende oder Absehmelz-Elektroden verwendet werden. Beispielsweise kann die Abschmelz-Plattenelektrode 46 durch mehrere von selbstverzehrenden Düsen oder Rohren 145 geführte Abschmelz-Drahtelektroden 146 ersetzt werden, wie in F i g. 8 dargestellt. In einem derartigen Fall werden, wie in F i g. 8 dargestellt, die Abschmelidrahtelektroden 146 kontinuierlich in den Formen-Raum 36 eingeführt mittels des Zuführmotors 47 durch Führung durch die entsprechenden Düsen oder Rohre 145. Jedoch ist aus wirtschaftlichen Gesichtspunkten die Verwendung einer Abschmelz-Plattenelektrode 46 vorzuziehen und zu empfehlen.

Gemäß dem erläuterten erfindungsgemäßen Verfahren erfolgt die Bildung der Leitschaufeln und das miteinander Verbinden von oberer und unterer Ringscheibe simultan mittels einer Elektroschlackenauftragsschweißung, die innerhalb der Formen erreicht wird, so daß ein erhöhter Wirkungsgrad der Ferligungsarbeit gewährleistet ist. Die bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Vollenden eines Leitrings erforderliche Zeit ist tatsächlich um etwa das Zehnfache kürzer als die bei herkömmlichen Verfahren erforderliche Zeit.

Gleichzeitig kann gemäß der Erfindung ein qualitativ hochstehender Leitring ohne wesentliche Schwierigkeiten erzeugt werden, selbst wenn der Abstand zwischen oberer und unterer Ringscheibe 21, 22 klein ist, da die Absehmelz-Elektroden durch die in der oberen Ringscheibe 21 gebildeten öffnungen eingeführt bzw. zugeführt werden.

Weiter kann der Wirkungsgrad der Arbeit noch weiter dadurch erhöht werden, daß das Elektroschlackenauftragsschweißen automatisch durchgeführt wird.

Aus der vorstehenden Beschreibung ergibt sich, daß das erfindungsgemäße Verfahren insbesondere zweckmäßig bei der Herstellung solcher Leitringe ist. die einen kleinen Abstand zwischen oberer und unterer Ringscheibe besitzen, wie diejenigen für Wasserturbinen, die zur Verwendung bei hohen Wasserfallhöhen vorgesehen sind. Jedoch kann selbstverständlich das erfindungsgemäße Verfahren auch bei der Herstellung von Leitschaufeln verwendet werden, die relativ große Abstände zwischen oberer und unterer Ringscheibe besitzen.

Fig. 9 zeigt eine Weiterbildung der unteren Ringscheibe, wobei im übrigen gleiche Teile wie in dem vorstehend erläuterten Ausführungsbeispiel gleiche Bezugszeichen besitzen.

Bei diesem Ausführungsbeispiel sind, wie in Fig. 9 deutlich dargestellt, Vertiefungen 51 in der Fläche der unteren Ringscheibe 122 an Stellen ausgebildet, an denen die Leitschaufeln 23 zu sichern sind. Jede Vertiefung 51 besitzt eine Form, die im wesentlichen der Querschnittsform der Leitschaufeln 23 entspricht Wenn obere und untere Ringscheibe 21,22 mit dem vorgegebenen Abstand voneinander angeordnet werden, werden die Vertiefungen 51 in der Oberseite der unteren Ringscheibe 122 zu den entsprechenden öffnungen 127 in der oberen Ringscheibe 121 vertikal ausgerichtet. Zusätzlich sind, wenn die Formen 30 richtig zwischen oberer und unterer Ringscheibe 21, 122 angeordnet sind, die Räume 36 in den Formen 30 jeweils in Verbindung mit den Öffnungen 127 in der oberen Ringscheibe 21 und den Vertiefungen 51 in der unteren Ringscheibe 122.

Durch das Vorsehen der Vertiefungen 51 wird der Schweißbereich erhöht, um so eine größere Festigkeit der Verbindung zwischen den Leitschaufeln 23 und der unteren Ringscheibe 122 zu erreichen.
Fig. 10 zeigt eine weitere Weiterbildung der unteren Ringscheibe. In Fig. 10 sind die gleichen Teile wie bei den vorstehenden Ausführungsbeispielen mit den gleichen Bezugszeichen versehen. Die untere Ringscheibe 222 gemäß Fig. 10 ist an Stellen, an denen die Leitschaufeln 23 anzuordnen sind, mit öffnungen 151 einer Form versehen, die im wesentlichen der Querschnittsform der Leitschaufeln 23 entspricht. Die öffnungen 151 der unteren Ringscheibe 222 sind vertikal ausgerichtet zu den entsprechenden öffnungen 127 in der oberen Ringscheibe 21, wenn die beiden Ringscheiben 21, 222 mit vorgegebenem Abstand zueinander angeordnet sind. Weiter sind, wenn die Formen 30 richtig zwischen oberer und unterer Ringscheibe 21, 222 angeordnet sind, die Räume 36 in den Formen 30 in Verbindung mit

den zugehörigen öffnungen 127, 151 in oberer und unterer Ringscheibe 21,222.

Vor der Durchführung der Elektroschlackenschweißung kann eine ring- oder scheibenförmige Platte 53 oder ein Plattenteil mit Vertiefungen 52, die an Stellen ausgebildet sind, die den öffnungen 151 in der unteren Ringscheibe 222 entsprechen, in Berührung mit der Unterseite der unteren Ringscheibe 222 so angeordnet werden, daß die öffnungen 151 in letzterer verschlossen werden.

Die öffnungen 151 dienen zur Vergrößerung des Schweißbereiches, um eine größere mechanische Festigkeit der Schweißverbindung zwischen den zu formenden Leitschaufeln 23 und der unteren Ringscheibe 222 sicherzustellen. Darüber hinaus wird, da das qualitätsschwächere Schweißen, das zu Beginn des Schweißens unvermeidbar stattfindet, in dem Raum der Vertiefung 52 durchgeführt wird, diese qualitätsschwächere Schweißung vollständig aus dem Schweißbereich zwischen der Wand und der öffnung 151 und dem verfestigten Schweißmetall 50 ausgeschlossen, wodurch die mechanische Festigkeit der Schweißverbindung weiter sichergestellt wird.

Fig. 11 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung, bei dem gleiche Teile wie bei den vorstehenden Ausführungsbeispielen mit den gleichen Bezugszeichen versehen sind.

Gemäß diesem Ausführungsbeispiel ist eine Kernplatte oder ein Kernmetall 55 in den Raum eingesetzt, der durch die Vertiefung 52 in der Platte 53, die öffnung 151 in der unteren Ringscheibe 222, den Raum 36 in der Form 30 und die öffnung 27 in der oberen Ringplatte 21 gebildet ist, um so diesen Gesamtraum im wesentlichen in zwei Abschnitte zu teilen. Düsen oder Rohre 245,261 werden jeweils in diese beiden Abschnitte eingesetzt, und Abschmelz-Plattenelektroden 246, 262 werden jeweils in diese beiden Abschnitte durch Führung durch die Rohre 245, 261 mittels Zuführmotoren 247 bzw. 263 eingeführt. Auf diese Weise wird eine Elektroschlackenauftragsschweißung simultan in beiden Abschnitten des Raums durchgeführt. Dieses Ausführungsbeispiel ist vorteilhaft in bezug auf verringerte Herstellkosten und kürzere Arbeitszeit, da an der Menge des Schweißmetalls 50 infolge des Vorhandenseins des Kernmetalis 55 beträchtlich eingespart werden kann.

Hierzu 5 Blatt Zeichnungen

Claims

28 14 643 Patentansprüche:

1. Verfahren zur Herstellung eines Leitrings einer Wasserturbine, wobei der Leitring eine obere Ringscheibe und eine untere Ringscheibe besitzt, die durch mehrere Leitschaufeln fest miteinander verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Leitschaufel durch eine Öffnung in der oberen Ringscheibe mittels einer Elektroschlackenauftragsschweißung und innerhalb gekühlter Formen zwischen den Ringscheiben aufgebaut wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß vor dem Anordnen von oberer und unterer Ringscheibe in der unteren Ringscheibe an Stellen Vertiefungen gebildet werden, an denen Leitschaufeln anzuordnen sind, daß die öffnungen in der oberen Ringscheibe vertikal zu den entsprechenden Vertiefungen der unteren Ringscheibe ausgerichtet werden, und daß die Formen zwischen oberer und unterer Ringscheibe so angeordnet werden, daß deren Räume mit entsprechenden Öffnungen der oberen Ringscheibe und entsprechenden Vertiefungen der unteren Ringscheibe in Verbindungsind.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Vertiefungen in der unteren Ringscheibe eine Form besitzen, die im wesentlichen der Querschnittsform der Leitschaufeln entspricht.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 —3, dadurch gekennzeichnet, daß vor dem Anordnen von oberer und unterer Ringscheibe Öffnungen in der unteren Ringscheibe an Stellen gebildet werden, an denen Leitschaufeln anzuordnen sind, daß die Öffnungen in der oberen Ringscheibe zu entsprechenden Öffnungen in der unteren Ringscheibe vertikal ausgerichtet angeordnet werden, daß die Formen zwischen oberer und untere. Ringscheibe so angeordnet werden, daß deren Räume mit entsprechenden Öffnungen in oberer und unterer Ringscheibe in Verbindung sind, und daß vor der Elektroschlackenauftragsschweißung die Öffnungen der unteren Ringscheibe von deren Unterseite aus mittels einer Platte verschlossen werden.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Öffnungen in der unteren Ringscheibe eine Form besitzen, die der Querschnittsform der Leitschaufeln entspricht.

6. Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Platte mehrere Vertiefungen aufweist, die in Verbindung mit entsprechenden Öffnungen der unteren Ringscheibe gebracht werden, wenn die Platte mit letzterer in Berührung gebracht wird.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 —6, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest ein Kernteil in jedem der Räume in den Formen angeordnet wird, und daß die Elektroschlackenauftragsschweißung für jeden der so gebildeten beiden Abschnitte des Raums durchgeführt wird.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 —7, dadurch gekennzeichnet, daß jede Öffnung in der oberen Ringscheibe durch mehrere durchgehende Löcher gebildet ist.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 —7, dadurch gekennzeichnet, daß jede Öffnung in der oberen Ringscheibe eine Form besitzt, die mit der Querschnittsform der Leitschaufeln übereinstimmt.

10. Anwendung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1—9 bei der Herstellung eines Leitrings einer Pumpenturbine.