EP4630681A1 - Verfahren zur herstellung einer laufschaufel - Google Patents

Verfahren zur herstellung einer laufschaufel

Info

Publication number
EP4630681A1
EP4630681A1 EP23805922.4A EP23805922A EP4630681A1 EP 4630681 A1 EP4630681 A1 EP 4630681A1 EP 23805922 A EP23805922 A EP 23805922A EP 4630681 A1 EP4630681 A1 EP 4630681A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
rotor blade
bronze
producing
hydraulic machine
outer edge
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
EP23805922.4A
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
EP4630681B1 (de
Inventor
Martin Schabasser
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Voith Patent GmbH
Original Assignee
Voith Patent GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Voith Patent GmbH filed Critical Voith Patent GmbH
Publication of EP4630681A1 publication Critical patent/EP4630681A1/de
Application granted granted Critical
Publication of EP4630681B1 publication Critical patent/EP4630681B1/de
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03BMACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS
    • F03B3/00Machines or engines of reaction type; Parts or details peculiar thereto
    • F03B3/04Machines or engines of reaction type; Parts or details peculiar thereto with substantially axial flow throughout rotors, e.g. propeller turbines
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03BMACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS
    • F03B3/00Machines or engines of reaction type; Parts or details peculiar thereto
    • F03B3/04Machines or engines of reaction type; Parts or details peculiar thereto with substantially axial flow throughout rotors, e.g. propeller turbines
    • F03B3/06Machines or engines of reaction type; Parts or details peculiar thereto with substantially axial flow throughout rotors, e.g. propeller turbines with adjustable blades, e.g. Kaplan turbines
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03BMACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS
    • F03B3/00Machines or engines of reaction type; Parts or details peculiar thereto
    • F03B3/12Blades; Blade-carrying rotors
    • F03B3/121Blades, their form or construction
    • F03B3/123Blades, their form or construction specially designed as adjustable blades, e.g. for Kaplan-type turbines
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05BINDEXING SCHEME RELATING TO WIND, SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS, TO MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS COVERED BY SUBCLASSES F03B, F03D AND F03G
    • F05B2230/00Manufacture
    • F05B2230/30Manufacture with deposition of material
    • F05B2230/31Layer deposition
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05BINDEXING SCHEME RELATING TO WIND, SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS, TO MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS COVERED BY SUBCLASSES F03B, F03D AND F03G
    • F05B2230/00Manufacture
    • F05B2230/90Coating; Surface treatment
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05BINDEXING SCHEME RELATING TO WIND, SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS, TO MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS COVERED BY SUBCLASSES F03B, F03D AND F03G
    • F05B2240/00Components
    • F05B2240/20Rotors
    • F05B2240/30Characteristics of rotor blades, i.e. of any element transforming dynamic fluid energy to or from rotational energy and being attached to a rotor
    • F05B2240/307Blade tip, e.g. winglets
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05BINDEXING SCHEME RELATING TO WIND, SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS, TO MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS COVERED BY SUBCLASSES F03B, F03D AND F03G
    • F05B2280/00Materials; Properties thereof
    • F05B2280/10Inorganic materials, e.g. metals
    • F05B2280/1072Copper alloys
    • F05B2280/10721Bronze
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05BINDEXING SCHEME RELATING TO WIND, SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS, TO MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS COVERED BY SUBCLASSES F03B, F03D AND F03G
    • F05B2280/00Materials; Properties thereof
    • F05B2280/10Inorganic materials, e.g. metals
    • F05B2280/1073Aluminium alloy, e.g. AlCuMgPb

Definitions

  • the invention relates to a method for producing a rotor blade for a hydraulic machine with an axially flowing impeller.
  • this also includes so-called semi-axial machines, i.e. machines with impellers that are flowed diagonally, so that the flow direction has an axial and a radial component.
  • Hydraulic machines with axially flowing impellers are used in hydroelectric power plants. These can be turbines or pump turbines. Impellers with pivoting impeller blades are usually called Kaplan impellers. Impellers with fixed impeller blades are usually called propeller impellers.
  • Axial flow impellers rotate in a pipe section with a cylindrical (propeller) or spherical (Kaplan) inner contour.
  • the inner contour of this pipe section has the shape of a cone with a concave surface line (propeller) or the shape of a hemisphere (Kaplan).
  • This pipe section is referred to below as the discharge ring.
  • a hydraulic machine with an axial flow impeller is disclosed, for example, in patent specification CH 310 028 B.
  • the object of the invention is to provide a method for producing a rotor blade for a hydraulic machine with an axially flowing impeller, whereby the Wear is reduced when the outer edges of the blades come into contact with the impeller ring.
  • the bronze is preferably aluminum bronze.
  • Fig.3 Axial flow impeller in a view along the axis of rotation
  • FIG.4 Detail of a rotor blade produced with a first variant of the method according to the invention
  • FIG.5 Detail of a rotor blade produced with a second variant of the method according to the invention;
  • FIG 1 shows a hydraulic machine with an axial flow impeller of the Kaplan type in a schematic representation.
  • the impeller comprises a plurality of blades, of which only one is shown and designated 1.
  • the blades 1 are connected to a hub designated 6.
  • the mechanism for pivoting the blades 1 is arranged in the hub, which is only indicated in Figure 1.
  • the impeller rotates in an impeller ring designated 2. Between the impeller ring 2 and the outer edges of the blades 1 there is a gap, which is highlighted with a dashed circle designated A. So that the blades 1 can be pivoted, the inner contour of the impeller ring 2 has the shape of part of a sphere.
  • FIG. 2 shows a hydraulic machine with an axial flow impeller of the propeller type in a schematic representation.
  • the differences to a hydraulic machine with a Kaplan impeller are that the impeller blades 1 are fixed, i.e. not pivotably attached to the hub 6, and that the inner contour of the impeller ring 2 is cylindrical.
  • FIG. 3 shows an axial flow impeller in a view along the axis of rotation in a highly schematic representation.
  • This can be a Kaplan or a propeller impeller. Only one of the impeller blades is shown.
  • the direction of rotation of the impeller is indicated by the arrow.
  • the leading edge of the impeller blade is arranged and marked 4.
  • the trailing edge of the impeller blade is arranged and marked 5.
  • the impeller blade is thicker in the area of the leading edge 4 than in the area of the trailing edge 5.
  • the impeller blade tapers off thinly. This also applies for many hydraulic machines with reversible direction of rotation, and in this case serves to define the leading and trailing edges.
  • Hydraulic machines with reversible direction of rotation which have symmetrical rotor blades are also known.
  • the outer edge of the rotor blade is designated 3 in Figure 3 and is located on the outside of the rotor blade in the radial direction.
  • the dashed circle indicates the inner contour of the impeller ring.
  • the extent of the outer edge 3 is defined by the gap between the rotor blade and the impeller ring.
  • the outer edge 3 extends over the area in which the gap has its minimum width.
  • the extent of the outer edge 3 is indicated by the two dashed lines.
  • the lateral edges, i.e. the leading and trailing edges, begin at these lines.
  • the homogeneity of the gap width in the area of the outer edge 3 is ensured (within the scope of the manufacturing tolerances) by the fact that the final machining of the outer edges is carried out by turning.
  • Figure 4 shows a section through a rotor blade produced using the method according to the invention in the region of the outer edge 3.
  • the rotor blade comprises a base body, which is designated with 11.
  • the material of the base body 11 is steel.
  • a layer of bronze, which is designated with 9, is sprayed onto the base body 11.
  • the outer edge 3 is formed by the bronze layer 9.
  • the entire outer edge 3 is formed by the sprayed-on bronze layer 9. This means that the bronze layer 9 extends along the entire outer edge 3 of the rotor blade.
  • the bronze layer 9 extends only along part of the outer edge 3 of the rotor blade.
  • the part of the outer edge 3 that is formed by bronze extends to the trailing edge 5 of the rotor blade.
  • the inventor has recognized that during a load shedding, the rotor blade 1 deforms more in the area of the thin trailing edge 5 than in the area of the thicker leading edge 4, so that the undesirable contact only occurs in the area of the trailing edge 5. It is therefore sufficient if this area is made of bronze. This area can be determined by deformation calculations.
  • Figures 5a and 5b show rotor blades in the area of the outer edge, which were produced using further variants of the method according to the invention.
  • the pressure side of the rotor blade is designated with 7 and the suction side of the rotor blade with 8.
  • the base body has a web, which is designated with 10 and runs along the pressure side 7.
  • One side of the web 10 forms part of the pressure side 7.
  • an additional web 10 is arranged along the suction side 8.
  • the bronze layer is arranged to the side of the web 10 or between the webs 10. In each case, the bronze layer runs along the webs and protrudes in the radial direction beyond the end of the web(s), so that the outer edge is formed by bronze.
  • the function of the webs 10 is that the interface between the base body and the bronze layer is protected from stress by the webs. This stress acts primarily on the pressure side of the rotor blade, so that in many cases protection of this side is sufficient.
  • the base body with the webs 10 is provided.
  • Figure 6 shows the states of a rotor blade after the individual steps of the manufacturing process according to the invention in a further variant.
  • the upper part of Figure 6 shows the base body 11 before the bronze is sprayed on.
  • the base body has a groove in the area of the later outer edge, which is designated 12.
  • the groove 12 runs along the center line of the rotor blade.
  • the lower part of Figure 6 shows the rotor blade with sprayed-on bronze.
  • the bronze is only applied to the raised surfaces of the base body 11, i.e. not in the area of the groove 12. In this case, the outer surface formed by bronze is divided into two separate areas by the groove 12.
  • the function of the groove 12 is that the outer edge divided by the groove 12 together with the inner contour of the impeller ring forms a type of labyrinth seal.
  • Figure 7 shows the states of a rotor blade after the individual steps of the manufacturing process according to the invention in a further variant.
  • the end result is very similar to the end result of the process according to Figure 6.
  • the upper part shows the base body provided, which has no groove.
  • the middle part shows the state with the bronze layer applied, which also has no groove.
  • the groove is then milled, which penetrates the bronze layer and extends into the base body.
  • Figure 8 shows the states of a rotor blade after the individual steps of the manufacturing process according to the invention in a further variant.
  • the sequence of steps is identical to the sequence of steps according to the variant according to Figure 7 with the only difference that the milled groove does not penetrate the bronze layer. This means that the groove runs completely in the bronze layer.
  • the bronze layer can only be applied to a part of the outer edge adjacent to the rear edge.
  • the groove can also continue into the part of the outer edge without a bronze layer.
  • one or two webs can be provided in all variants to protect the boundary layer between steel and bronze.
  • Impeller ring 3 Outer edge of the impeller blade

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Structures Of Non-Positive Displacement Pumps (AREA)

Abstract

Verfahren zur Herstellung einer Laufschaufel (1) für eine hydraulische Maschine mit einem axial angeströmten Laufrad, wobei die Laufschaufel (1) eine Außenkante (3) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren die folgenden Schritte in der angegebenen Reihenfolge umfasst: - S1 : Bereitstellen eines Grundkörpers (11) aus Stahl; - S2: Aufträgen von Bronze (9) auf den Grundkörper (11) mittels thermischen Spritzens; wobei wenigstens ein Teil der Außenkante (3) der hergestellten Laufschaufel (1) aus Bronze (9) besteht.

Description

Verfahren zur Herstellung einer Laufschaufel
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Laufschaufel für eine hydraulische Maschine mit einem axial angeströmten Laufrad. Darunter fallen im Rahmen dieses Dokumentes auch sogenannte halbaxiale Maschinen, d.h. Maschinen mit Laufrädern, die diagonal angeströmt werden, so dass die Anströmrichtung eine axiale und eine radiale Komponente aufweist. Hydraulische Maschinen mit axial angeströmten Laufrädern kommen in Wasserkraftanlagen zum Einsatz. Dabei kann es sich um Turbinen oder Pumpturbinen handeln. Laufräder mit schwenkbaren Laufschaufeln werden gewöhnlich Kaplan-Laufräder genannt. Laufräder mit feststehenden Laufschaufeln werden gewöhnlich Propeller-Laufräder genannt.
Axial angeströmte Laufräder rotieren in einem Rohrabschnitt mit zylindrischer (Propeller) oder kugelförmiger (Kaplan) Innenkontur. Bei halbaxialen Maschinen hat die Innenkontur dieses Rohrabschnitts die Form eines Kegels mit konkaver Mantellinie (Propeller) oder die Form einer Halbkugel (Kaplan). Dieser Rohrabschnitt wird im Folgenden als Laufradring bezeichnet (engl. „discharge ring“). Zwischen den Außenkanten der Laufschaufeln und den Laufradring befindet sich ein Spalt. Um zu vermeiden, dass Wasser ungenutzt am Laufrad vorbeiströmen kann, wird dieser Spalt so eng wie möglich ausgeführt. Eine hydraulische Maschine mit einem axial angeströmten Laufrad wird beispielsweise von der Patentschrift CH 310 028 B offenbart.
Bei bestimmten Betriebsbedingen (z.B. bei einem Lastabwurf) kann es vorkommen, dass die Außenkanten der Laufschaufeln mit dem Laufradring in Kontakt kommen. Dies ist im Prinzip ein unerwünschter Effekt, da es dabei zu einem hohen Verschleiß durch Fressen kommen kann. Natürlich könnte der Kontakt durch eine entsprechend große Auslegung der Spaltweite vermieden werden. Dies würde jedoch zu nicht tolerierbaren Effizienzverlusten führen.
Die Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zur Herstellung einer Laufschaufel für eine hydraulische Maschine mit axial angeströmtem Laufrad anzugeben, wodurch der Verschleiß bei einem Kontakt zwischen den Außenkanten der Laufschaufeln mit dem Laufradring verringert wird.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Ausführung entsprechend dem unabhängigen Anspruch gelöst. Weitere vorteilhafte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung finden sich in den Unteransprüchen.
Diese Aufgabe wird durch ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Herstellung einer Laufschaufel gelöst, welches die folgenden Schritte umfasst:
- S1 : Bereitstellen eines Grundkörpers aus Stahl;
- S2: Aufträgen von Bronze auf den Grundköper mittels thermischen Spritzens; wobei wenigstens ein Teil der Außenkante der hergestellten Laufschaufel aus Bronze besteht.
Bei der Bronze handelt es sich vorzugsweise um Aluminiumbronze.
Bei einem Kontakt zwischen der Bronze der Laufschaufel und dem Stahl des Laufradringes kommt es zwar zu einem gewissen Materialabtrag, aber nicht zur vollständigen Zerstörung der Reibflächen, wie beim Kontakt zwischen Stahl und Stahl.
Im Folgenden werden Varianten des erfindungsgemäßen Verfahrens anhand von Figuren erläutert. Die Figuren zeigen im Einzelnen:
Fig.1 Hydraulische Maschine mit einem Laufrad vom Typ Kaplan;
Fig.2 Hydraulische Maschine mit einem Laufrad vom Typ Propeller;
Fig.3 Axial angeströmtes Laufrad in einer Ansicht entlang der Drehachse;
Fig.4 Detail Laufschaufel hergestellt mit einer ersten Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens;
Fig.5 Detail Laufschaufel hergestellt mit einer zweiten Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens; Fig.6 Zustände nach den Verfahrensschritten gemäß einer weiteren Variante;
Fig.7 Zustände nach den Verfahrensschritten gemäß einer weiteren Variante;
Fig.8 Zustände nach den Verfahrensschritten gemäß einer weiteren Variante;
Figur 1 zeigt eine hydraulische Maschine mit einem axial angeströmten Laufrad vom Typ Kaplan in schematischer Darstellung. Das Laufrad umfasst eine Vielzahl von Laufschaufeln, von denen nur eine dargestellt und mit 1 bezeichnet ist. Die Laufschaufeln 1 sind mit einer Nabe verbunden, die mit 6 bezeichnet ist. In der Nabe ist der Mechanismus zum Schwenken der Laufschaufeln 1 angeordnet, welcher in Figur 1 nur angedeutet ist. Das Laufrad rotiert in einem Laufradring, welcher mit 2 bezeichnet ist. Zwischen dem Laufradring 2 und den Außenkanten der Laufschaufeln 1 ist ein Spalt angeordnet, welcher mit einem gestrichelten Kreis hervorgehoben wird, welcher mit A bezeichnet ist. Damit die Laufschaufeln 1 geschwenkt werden können, hat die Innenkontur des Laufradringes 2 die Form eines Teiles einer Kugel.
Figur 2 zeigt eine hydraulische Maschine mit einem axial angeströmten Laufrad vom Typ Propeller in schematischer Darstellung. Die Unterschiede zu einer hydraulischen Maschine mit einem Kaplan-Laufrad bestehen darin, dass die Laufschaufeln 1 fest, d.h. nicht schwenkbar an der Nabe 6 angebracht sind, und dass die Innenkontur des Laufradringes 2 zylindrisch geformt ist.
Figur 3 zeigt ein axial angeströmtes Laufrad in einer Ansicht entlang der Drehachse in stark schematisierte Darstellung. Dabei kann es sich um ein Kaplan- oder um ein Propeller-Laufrad handeln. Es ist nur eine der Laufschaufeln dargestellt. Die Drehrichtung des Laufrades ist durch den Pfeil angedeutet. In Drehrichtung vom ist die Vorderkante der Laufschaufel angeordnet und mit 4 bezeichnet. In Drehrichtung hinten ist die Hinterkante der Laufschaufel angeordnet und mit 5 bezeichnet. Die Laufschaufel ist im Bereich der Vorderkante 4 aus hydraulischen Erfordernissen stärker ausgebildet als im Bereich der Hinterkante 5. Dort läuft die Laufschaufel dünn aus. Dies gilt auch für viele hydraulische Maschinen mit reversibler Drehrichtung, und dient in diesem Fall zur Definition der Vorder- und Hinterkante. Es sind auch hydraulische Maschinen mit reversibler Drehrichtung bekannt geworden, die symmetrische Laufschaufeln aufweisen. In diesem Fall macht die Unterscheidung von Vorder- und Hinterkante keinen Sinn. Man kann dann eine willkürlich gewählte seitliche Kante als Vorderkante bezeichnen und die andere seitliche Kante als Hinterkante. Die Außenkante der Laufschaufel ist in Figur 3 mit 3 bezeichnet und befindet sich in radialer Richtung außen an der Laufschaufel. Durch den gestrichelten Kreis wird dabei die Innenkontur des Laufradringes angedeutet. Die Erstreckung der Außenkante 3 wird durch den Spalt zwischen Laufschaufel und Laufradring definiert. Die Außenkante 3 erstreckt sich über den Bereich, in dem der Spalt seine minimale Weite aufweist. In Figur 3 ist die Erstreckung der Außenkante 3 durch die beiden gestrichelten Linien angedeutet. An diesen Linien beginnen die seitlichen Kanten, d.h. die Vorder- und die Hinterkante. Die Homogenität der Spaltweite im Bereich der Außenkante 3 wird (im Rahmen der Fertigungstoleranzen) dadurch gewährleistet, dass die Endbearbeitung der Außenkanten durch eine Drehbearbeitung erfolgt.
Figur 4 zeigt einen Schnitt durch eine mit dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Laufschaufel im Bereich der Außenkante 3. Die Laufschaufel umfasst einen Grundkörper, welcher mit 11 bezeichnet ist. Das Material des Grundkörpers 11 ist Stahl. Auf dem Grundkörper 11 ist eine Schicht Bronze aufgespritzt, welche mit 9 bezeichnet ist. Die Außenkante 3 wird dabei von der Bronzeschicht 9 gebildet. In einer ersten Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens wird dabei die gesamte Außenkante 3 von der aufgespritzten Bronzeschicht 9 gebildet. D.h. die Bronzeschicht 9 erstreckt sich entlang der gesamten Außenkante 3 der Laufschaufel. In einer zweiten Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens erstreckt sich die Bronzeschicht 9 nur entlang eines Teiles der Außenkante 3 der Laufschaufel. Dabei erstreckt sich der Teil der Außenkante 3, welche von Bronze gebildet wird, bis zur Hinterkante 5 der Laufschaufel. Der Erfinder hat erkannt, dass sich bei einem Lastabwurf die Laufschaufel 1 im Bereich der dünnen Hinterkante 5 stärker verformt als im Bereich der dickeren Vorderkante 4, so dass der unerwünschte Kontakt nur im Bereich zur Hinterkante 5 hin erfolgt. Es genügt also, wenn dieser Bereich von Bronze gebildet wird. Dieser Bereich kann durch Deformationsberechnungen bestimmt werden.
Die Figuren 5a und 5b zeigen Laufschaufeln im Bereich der Außenkante, welche mit weiteren Varianten des erfindungsgemäßen Verfahrens hergestellt wurden. Dabei ist jeweils die Druckseite der Laufschaufel mit 7 und die Saugseite der Laufschaufel mit 8 bezeichnet. In Figur 5a weist der Grundkörper einen Steg auf, welcher mit 10 bezeichnet ist und entlang der Druckseite 7 verläuft. Dabei bildet die eine Seite des Steges 10 einen Teil der Druckseite 7. In Figur 5b ist ein zusätzlicher Steg 10 entlang der Saugseite 8 angeordnet. Die Bronzeschicht ist dabei seitlich vom Steg 10 bzw. zwischen den Stegen 10 angeordnet. In jedem Fall verläuft die Bronzeschicht entlang der Stege und ragt in radialer Richtung über das Ende des bzw. der Stege hinaus, so dass die Außenkante von Bronze gebildet wird. Die Funktion der Stege 10 besteht darin, dass die Grenzfläche zwischen Grundkörper und Bronzeschicht durch die Stege vor Belastung geschützt wird. Diese Belastung wirkt vor allem auf der Druckseite der Laufschaufel, so dass in vielen Fällen ein Schutz dieser Seite ausreicht. Im erfindungsgemäßen Verfahren, wird dabei der Grundkörper mit den Stegen 10 bereitgestellt.
Figur 6 zeigt die Zustände einer Laufschaufel nach den einzelnen Schritten des erfindungsgemäßen Herstellungsverfahrens in einer weiteren Variante. Der obere Teil von Figur 6 zeigt den Grundkörper 11 vor dem Aufspritzen von Bronze. Der Grundkörper weist im Bereich der späteren Außenkante eine Nut auf, welche mit 12 bezeichnet ist. Die Nut 12 verläuft entlang der Mittellinie der Laufschaufel. Der untere Teil von Figur 6 zeigt die Laufschaufel mit aufgespritzter Bronze. Die Bronze wird nur auf den erhabenen Flächen des Grundkörpers 11 aufgetragen, d.h. nicht im Bereich der Nut 12. In diesem Fall wird die durch Bronze gebildete Außenfläche durch die Nut 12 in zwei getrennte Bereiche geteilt. Die Funktion der Nut 12 besteht darin, dass die durch die Nut 12 geteilte Außenkante zusammen mit der Innenkontur des Laufradringes eine Art Labyrinth-Dichtung bildet. Dadurch wird die Dichtfunktion der Außenkante verbessert. Figur 7 zeigt die Zustände einer Laufschaufel nach den einzelnen Schritten des erfindungsgemäßen Herstellungsverfahrens in einer weiteren Variante. Dabei gleicht das Endresultat sehr stark dem Endresultat des Verfahrens gemäß Figur 6. Im oberen Teil ist der bereitgestellte Grundkörper dargestellt, welcher keine Nut aufweist. Der mittlere Teil zeigt den Zustand mit aufgebrachter Bronzeschicht, welche ebenfalls keine Nut aufweist. In einem zusätzlichen Schritt wird danach die Nut eingefräst, welche die Bronzeschicht durchdringt und bis in den Grundkörper hineinragt.
Figur 8 zeigt die Zustände einer Laufschaufel nach den einzelnen Schritten des erfindungsgemäßen Herstellungsverfahrens in einer weiteren Variante. Dabei ist die Schrittfolge identisch mit der Schrittfolge gemäß der Variante nach Figur 7 mit dem einzigen Unterschied, dass die eingefräste Nut die Bronzeschicht nicht durchdringt. D.h. die Nut verläuft vollständig in der Bronzeschicht.
Abschließend ist zu erwähnen, dass viele der beschriebenen Varianten kombiniert werden können, wodurch sich weitere Varianten ergeben. So kann in allen Varianten die Bronzeschicht nur in einem der Hinterkante benachbarten Teil der Außenkante aufgebracht sein. Dabei kann in den Varianten mit Nut die Nut auch in dem Teil der Außenkante ohne Bronzeschicht weiter verlaufen. Außerdem können in allen Varianten ein oder zwei Stege zum Schutz der Grenzschicht zwischen Stahl und Bronze vorgesehen sein.
Bezugszeichenliste
1 Laufschaufel
2 Laufradring 3 Außenkante der Laufschaufel
4 Vorderkante der Laufschaufel
5 Hinterkante der Laufschaufel
6 Nabe
7 Druckseite der Laufschaufel 8 Saugseite der Laufschaufel
9 Bronze
10 Steg
11 Grundkörper
12 Nut

Claims

Patentansprüche
1 . Verfahren zur Herstellung einer Laufschaufel (1 ) für eine hydraulische Maschine mit einem axial angeströmten Laufrad, wobei die Laufschaufel (1 ) eine Außenkante (3) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren die folgenden Schritte in der angegebenen Reihenfolge umfasst:
- S1 : Bereitstellen eines Grundkörpers (11 ) aus Stahl;
- S2: Aufträgen von Bronze (9) auf den Grundkörper (11 ) mittels thermischen Spritzens; wobei wenigstens ein Teil der Außenkante (3) der hergestellten Laufschaufel (1 ) aus Bronze (9) besteht.
2. Verfahren zur Herstellung einer Laufschaufel (1 ) für eine hydraulische Maschine mit einem axial angeströmten Laufrad nach Anspruch 1 , wobei die gesamte Außenkante (3) der hergestellten Laufschaufel (1 ) aus Bronze (9) besteht.
3. Verfahren zur Herstellung einer Laufschaufel (1 ) für eine hydraulische Maschine mit einem axial angeströmten Laufrad nach Anspruch 1 , wobei die Laufschaufel (1 ) eine Hinterkante (5) umfasst, und wobei nur ein Teil der Außenkante (3) der hergestellten Laufschaufel (1 ) aus Bronze (9) besteht, und wobei sich dieser Teil bis zur Hinterkante (5) erstreckt.
4. Verfahren zur Herstellung einer Laufschaufel (1 ) für eine hydraulische Maschine mit einem axial angeströmten Laufrad nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Laufschaufel (1 ) eine Druckseite (7) umfasst, und wobei der bereitgestellte Grundkörper (11 ) einen Steg (10) umfasst, welcher entlang der Druckseite (7) verläuft, und wobei die aufgetragene Bronze (9) entlang des Stegs (10) verläuft, und wobei die Bronze (9) in radialer Richtung über den Steg (10) hinausragt.
5. Verfahren zur Herstellung einer Laufschaufel (1 ) für eine hydraulische Maschine mit einem axial angeströmten Laufrad nach Anspruch 4, wobei die Laufschaufel (1 ) eine Saugseite (8) umfasst, und wobei der bereitgestellte Grundkörper (11 ) einen weiteren Steg (10) umfasst, welcher entlang der Saugseite (8) verläuft, und wobei die aufgetragene Bronze (9) zwischen den Stegen (10) verläuft, und wobei die Bronze (9) in radialer Richtung über die Stege (10) hinausragt. Verfahren zur Herstellung einer Laufschaufel (1 ) für eine hydraulische Maschine mit einem axial angeströmten Laufrad nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei Laufschaufel (1 ) an der Außenkante (3) eine Nut (12) aufweist, welche entlang einer Mittellinie der Laufschaufel (1 ) verläuft. Verfahren zur Herstellung einer Laufschaufel (1 ) für eine hydraulische Maschine mit einem axial angeströmten Laufrad nach Anspruch 6, wobei der bereitgestellte Grundkörper (11 ) die Nut (12) aufweist, und die Bronze (9) nur auf erhabene Flächen des Grundkörpers (11 ) aufgetragen wird. Verfahren zur Herstellung einer Laufschaufel (1 ) für eine hydraulische Maschine mit einem axial angeströmten Laufrad nach Anspruch 6, wobei das Verfahren den folgenden zusätzlichen Schritt umfasst, welcher nach Schritt S2 ausgeführt wird:
- S3: Einfräsen der Nut (12). Verfahren zur Herstellung einer Laufschaufel (1 ) für eine hydraulische Maschine mit einem axial angeströmten Laufrad nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Verfahren den folgenden Schritt umfasst, welcher nach den übrigen Schritten durchgeführt wird:
- S4: Nacharbeitung der Außenkante (3). Verfahren zur Herstellung einer Laufschaufel (1 ) für eine hydraulische Maschine mit einem axial angeströmten Laufrad nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Bronze (9) Aluminiumbronze ist.
EP23805922.4A 2022-12-07 2023-11-10 Verfahren zur herstellung einer laufschaufel Active EP4630681B1 (de)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102022132483.4A DE102022132483B3 (de) 2022-12-07 2022-12-07 Verfahren zur Herstellung einer Laufschaufel
PCT/EP2023/081404 WO2024120742A1 (de) 2022-12-07 2023-11-10 Verfahren zur herstellung einer laufschaufel

Publications (2)

Publication Number Publication Date
EP4630681A1 true EP4630681A1 (de) 2025-10-15
EP4630681B1 EP4630681B1 (de) 2026-02-18

Family

ID=88833535

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
EP23805922.4A Active EP4630681B1 (de) 2022-12-07 2023-11-10 Verfahren zur herstellung einer laufschaufel

Country Status (3)

Country Link
EP (1) EP4630681B1 (de)
DE (1) DE102022132483B3 (de)
WO (1) WO2024120742A1 (de)

Family Cites Families (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US1694481A (en) * 1926-07-12 1928-12-11 Moody Lewis Ferry Propeller-type turbine or pump
AT112932B (de) * 1927-06-04 1929-04-25 Leobersdorfer Maschinenfabriks Wasserturbine oder Kreiselpumpe mit kranzlosem Laufrad.
US2045918A (en) * 1933-12-29 1936-06-30 Baldwin Southwark Corp Cavitation control means for blade periphery
US2059650A (en) * 1934-08-23 1936-11-03 Allis Chalmers Mfg Co Hydraulic turbine
CH310028A (de) 1953-03-13 1955-09-30 Escher Wyss Ag Aus Kaplanturbine und Generator bestehender hydroelektrischer Maschinensatz.
JPS59115475A (ja) * 1982-12-21 1984-07-03 Fuji Electric Co Ltd 可動羽根水車
US5954474A (en) * 1996-03-28 1999-09-21 Voith Hydro, Inc. Hydro-turbine runner
DE102004055199B4 (de) * 2004-11-16 2009-10-22 Daimler Ag Herstellungsverfahren für Gleitschichten aus Verbundmaterial
DE102005060712A1 (de) * 2005-12-20 2007-06-21 Mtu Aero Engines Gmbh Verfahren zum Herstellen einer Schaufelspitzenpanzerung
FR3007471A1 (fr) * 2013-06-21 2014-12-26 Alstom Renewable Technologies Machine hydraulique, dispositif auto-ajustable et installation de conversion d'energie hydraulique
DE102014218167B4 (de) * 2014-09-11 2018-09-27 MTU Aero Engines AG Verfahren zur Schaufelspitzenpanzerung
DE102021132256A1 (de) * 2021-05-27 2022-12-01 MTU Aero Engines AG Verfahren zum beschichten eines bauteils

Also Published As

Publication number Publication date
EP4630681B1 (de) 2026-02-18
WO2024120742A1 (de) 2024-06-13
DE102022132483B3 (de) 2024-02-29

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP3473431B1 (de) Schaufel und rotor für eine strömungsmaschine sowie strömungsmaschine
DE69711793T2 (de) Schaufel für axiale Strömungsmaschine
DE102008019332A1 (de) Verfahren zum Fräsen von Blisks
EP3377773B1 (de) Laufrad für einen zentrifugalturboverdichter
EP2761137A1 (de) Schaufel einer rotor- oder statorreihe für den einsatz strömungsmaschine
DE102015206384A1 (de) Deckbandanordnung einer Schaufelreihe von Stator- oder Rotorschaufeln
EP0937862A2 (de) Axialturbinenschaufelform
DE102012104240B4 (de) Hybridströmungs-Schaufeldesigns
EP3401504B1 (de) Schaufelgitter
DE102014226689A1 (de) Rotor-Schaufelblatt einer Axialströmungsmaschine
EP2410131A2 (de) Rotor einer Turbomaschine
EP4239163A1 (de) Blisk für eine gasturbine
DE102022132483B3 (de) Verfahren zur Herstellung einer Laufschaufel
EP4519552B1 (de) Leitschaufel
EP3183430B1 (de) Turbinenlaufschaufel
EP3460187A1 (de) Schaufel für eine strömungsmaschine
DE112021000279T5 (de) Turbinen-Rotorschaufel
EP4400694A1 (de) Blisk
DE2014113A1 (de) Laufrad für Radialturbinen
WO2008055471A2 (de) Schaufel für einen verdichter oder eine turbine eines flugtriebwerks, flugtriebwerk mit einer solchen schaufel sowie verfahren zum beschichten einer schaufel eines flugtriebwerks
EP4396456B1 (de) Becher einer turbine vom typ pelton und verfahren zur herstellung
EP2639004B1 (de) Schaufelkranzsegment mit Ringraumbegrenzungsfläche mit einem welligen Höhenprofil sowie Verfahren zur Herstellung desselben
DE102017222817A1 (de) Turbinenmodul für eine strömungsmaschine
EP3717748B1 (de) Laufschaufel einer strömungsmaschine und verfahren zum herstellen derselben
DE102021109844A1 (de) Gasturbinen-Schaufelanordnung

Legal Events

Date Code Title Description
STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: UNKNOWN

STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: THE INTERNATIONAL PUBLICATION HAS BEEN MADE

PUAI Public reference made under article 153(3) epc to a published international application that has entered the european phase

Free format text: ORIGINAL CODE: 0009012

STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: REQUEST FOR EXAMINATION WAS MADE

17P Request for examination filed

Effective date: 20250707

AK Designated contracting states

Kind code of ref document: A1

Designated state(s): AL AT BE BG CH CY CZ DE DK EE ES FI FR GB GR HR HU IE IS IT LI LT LU LV MC ME MK MT NL NO PL PT RO RS SE SI SK SM TR

GRAP Despatch of communication of intention to grant a patent

Free format text: ORIGINAL CODE: EPIDOSNIGR1

STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: GRANT OF PATENT IS INTENDED

GRAS Grant fee paid

Free format text: ORIGINAL CODE: EPIDOSNIGR3

GRAA (expected) grant

Free format text: ORIGINAL CODE: 0009210

STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: THE PATENT HAS BEEN GRANTED

DAV Request for validation of the european patent (deleted)
DAX Request for extension of the european patent (deleted)
INTG Intention to grant announced

Effective date: 20251218

AK Designated contracting states

Kind code of ref document: B1

Designated state(s): AL AT BE BG CH CY CZ DE DK EE ES FI FR GB GR HR HU IE IS IT LI LT LU LV MC ME MK MT NL NO PL PT RO RS SE SI SK SM TR

REG Reference to a national code

Ref country code: CH

Ref legal event code: F10

Free format text: ST27 STATUS EVENT CODE: U-0-0-F10-F00 (AS PROVIDED BY THE NATIONAL OFFICE)

Effective date: 20260218

Ref country code: GB

Ref legal event code: FG4D

Free format text: NOT ENGLISH

REG Reference to a national code

Ref country code: IE

Ref legal event code: FG4D

Free format text: LANGUAGE OF EP DOCUMENT: GERMAN

REG Reference to a national code

Ref country code: DE

Ref legal event code: R096

Ref document number: 502023003119

Country of ref document: DE