FI89200C

FI89200C - SKOVEL TILL STROEMNINGSMASKIN

Info

Publication number: FI89200C
Application number: FI920453A
Authority: FI
Inventors: Jyrki Keto-Tokoi
Original assignee: Kvaerner Tamturbine Oy
Priority date: 1992-02-03
Filing date: 1992-02-03
Publication date: 1993-08-25
Also published as: FI920453A0; FI89200B

Description

1 892001 89200

Virtauskoneen siipi Kääntyväsiipisen virtauskoneen, jossa väliaineena on neste, esimerkiksi Kaplan-turpiinin, juoksupyörän siivet koostuvat lavasta ja laipasta. Lapa on pituuteensa nähden ohut ja leveä ja lavan ja laipan liitoskohdassa yleensä leveämpi kuin laippa. Siivet kiinnitetään 5 yleensä juoksupyörän napaan siiven lapaan liittyvän laipan avulla. Laipan ulkokehä toimii yleensä myös siiven laipan ja navan tiivistyspintana. Siiven lavan ja juoksupyörän navan välyksen tulisi olla vuotohäviöiden takia mahdollisimman pieni. Tästä syystä, sekä myös siiven laipan ja juoksupyörän navan välisen tiiveyden vuoksi, lavan ja laipan välisen nurkan Uliisi olla teräväkulmainen. Siiven lavassa olevien jännitysten jakaantumisen sekä 10 lovivaikutuksen takia terävä kulma on kuitenkin pyöristettävä, jotta nurkkaan ei tulisi siiven lavan väsymislujuutta huonontavia jännityshuippuja. Tämä tapahtuu koneistamalla nurkkaan pyöreäreunainen kolo. Kolo aiheuttaa kuitenkin koneen käydessä virtaushäviöitä sekä myös vuotohäviöitä siiven painepuolelta imupuolelle.Impeller blade The impeller blades of a reversible impeller flow machine with a medium, such as a Kaplan turbine, consist of a blade and a flange. The blade is thin and wide with respect to its length and is generally wider than the flange at the junction of the blade and the flange. The vanes are usually attached to the impeller hub 5 by means of a flange connected to the vane blade. The outer circumference of the flange usually also acts as a sealing surface for the wing flange and hub. The clearance between the vane blade and the impeller hub should be as small as possible due to leakage losses. For this reason, and also because of the tightness between the wing flange and the impeller hub, the angle between the blade and the flange should be sharp. However, due to the distribution of stresses in the wing blade as well as the 10 notch effect, the sharp angle must be rounded so that no stress peaks in the corner that degrade the fatigue strength of the wing blade occur. This is done by machining a corner-edged hole in the corner. However, the hole causes flow losses while the machine is running, as well as leakage losses from the pressure side of the wing to the suction side.

On tunnettua, että yllämainittua koloa on pyritty peittämään kiinnittämällä ruuveilla tai 15 vastaavilla koloon peitekappaleita. Tällöin siiven lavan materiaaliin joudutaan koneistamaan reikiä tai koloja tai tekemään ulokkeita peitekappaleiden kiinnittämiseksi paikoilleen.It is known that an attempt has been made to cover the above-mentioned cavity by fixing cover pieces to the cavity with screws or the like. In this case, holes or cavities have to be machined in the material of the wing blade or protrusions have to be made to fasten the cover pieces in place.

Tunnetun tekniikaan haitat ovat ilmiselvät. Jos koloa ei peitetä, syntyy virtaushäviöitä, jotka johtavat pienehköön hyötysuhteen ja tehon sekä turpiineissa ajan mukana saadun 20 energian menetykseen. Käytetyt peittämisratkaisut ovat johtaneet myös jännitysjakaumien kannalta epäedulliseen ratkaisuun.The disadvantages of the prior art are obvious. If the cavity is not covered, flow losses will occur, leading to a slight loss of efficiency and power, as well as the energy of the turbines over time. The masking solutions used have also led to an unfavorable solution in terms of stress distributions.

Turpiinin hyötysuhteen jatkuva parantaminen on johtanut aikaisempaa ohuempien siipien käyttöön, mikä on aiheuttanut siiven lavan materiaaliin tehtyjen reikien, kolojen tai muiden epäjatkuvuuskohtien haittojen korostumista. Lujuusopillisten laskutapojen 25 kehittyessä on toisaalta myös jännitysten jakautuminen paremmin hallittavissa.Continuous improvement in turbine efficiency has led to the use of thinner blades, which has highlighted the disadvantages of holes, cavities or other discontinuities in the blade blade material. On the other hand, as strength theory 25 develops, the distribution of stresses can also be better controlled.

Tässä keksinnössä lähtökohtana on, että jännitysten kannalta katsoen mahdollisimman edulliseksi, asiaan kuuluvat pinnat pyöristämällä, muotoiltuun koloon tehdään täytekappale, jonka muoto ja kiinnitys ei vaikuta mitenkään siiven lavassa olevien 2 89200 jännitysten jakaantumiseen ja joka voidaan muotoilla tarkoin siiven pintojen mukaan.The starting point of the present invention is that, as far as is advantageous from the point of view of stresses, by rounding the relevant surfaces, a shaped body is made in the shaped cavity, the shape and attachment of which do not affect the distribution of tensions in the blade blade in any way.

Keksinnön tunnusmerkilliset ominaisuudet on määritetty yksityiskohtaisesti oheisissa patenttivaatimuksissa.The characteristic features of the invention are defined in detail in the appended claims.

Seuraavassa selostetaan keksintöä tarkemmin: S K u v a 1 esittää tyypillistä turpiinin siipeä, jossa lapa (1) liittyy siiven kiinnityslaippaan (2). Siiven pyörimissuuntaan nähden edellä kulkeva siiven reuna on tuloreuna (3) ja vastaavasti toinen reuna on jättöreuna (4). Laipan (2) ja lavan (1) väliseen liittymäkohtaan, nurkkaan, joita voi olla siipeä kohti kaksi (5a ja 5b), on koneistettu jännityshuippu-jen eliminoimiseksi kolot (6a ja 6b).The invention will now be described in more detail: Figure 1 shows a typical turbine blade with the blade (1) connected to the blade mounting flange (2). The edge of the wing preceding the direction of rotation of the wing is the inlet edge (3) and the other edge is the trailing edge (4), respectively. At the junction between the flange (2) and the blade (1), in the corner, which may be two per wing (5a and 5b), cavities (6a and 6b) are machined to eliminate tension peaks.

10 K u v a 2 esittää toista siiven koloista, tässä tapauksessa jättöreunan (4) puoleista koloa (6b), suurennettuna ja siiven päältä päin nähtynä. Kieleke (7) muodostetaan koloa koneistettaessa ja sen tarkoitus on estää koloon tulevaa täytekappaletta pääsemästä pois kolosta siiven laipan (2) suuntaan.Fig. 2 shows one of the cavities of the wing, in this case the cavity (6b) on the trailing edge (4) side, enlarged and seen from above the wing. The tongue (7) is formed during machining of the cavity and is intended to prevent the filling piece entering the cavity from escaping from the cavity in the direction of the wing flange (2).

K u v a 3 esittää siiven jättöreunan (4) puoleista koloa (6b) ja siihen tulevan täytteen, 15 jonka osat ovat (8a, 8b), periaatetta leikattuna siten, että kolo (6b) näkyy siiven paksuuden suunnassa. Kolon täytteen osat (8a, 8b) liitetään toisiinsa jollakin tarkoitukseen sopivalla kiinnityselimellä, esimerkiksi ruuvilla (9). Täyte on jaettu kahteen osaan jakosaumalla (10), joka muodostetaan täytteen valmistuksen yhteydessä.Fig. 3 shows the recess (6b) on the side of the wing leaving edge (4) and the principle of the filling 15 entering it, the parts of which are (8a, 8b), cut so that the recess (6b) is visible in the direction of the thickness of the wing. The cavity filling parts (8a, 8b) are connected to each other by a suitable fastening member, for example a screw (9). The filling is divided into two parts by a dividing seam (10) which is formed during the production of the filling.

Siiven kummankin reunan (3, 4) puoleiset kolot tehdään saman periaatteen mukaan. 20 Allaolevassa tekstissä käytetään esimerkkinä jättöreunan puoleista koloa (6b). Kuvasta 2 nähdään, että kolon (6b) reunaan koneistettu kieleke (7) sijaitsee siiven lavan jännitysten kannalta vaarattomalla alueella, sekä lisäksi, kuten kuvasta 3 nähdään, voidaan kolo ja kolon reunat koneistaa mahdollisimman edullisesti ottaen jännitysjakautuma huomioon. Kuvat 2 ja 3 esittävät kolon muodon periaatteet riippumatta siitä, onko kyseessä siiven 25 etu- tai takareunan puoleinen kolo. Kolo voi kuitenkin olla laipan halkaisijasta ja siiven paksuudesta riippuen kaaren muotoon taipunut. Kolon muoto ei myöskään rajoitu mihinkään säännölliseen geometriseen muotoon.The cavities on each side (3, 4) of the wing are made according to the same principle. 20 The text below uses the notch on the trailing edge (6b) as an example. It can be seen from Figure 2 that the tongue (7) machined to the edge of the cavity (6b) is located in an area safe for the stresses on the wing blade, and furthermore, as shown in Figure 3, the cavity and the edges of the cavity can be machined as advantageously as possible. Figures 2 and 3 show the principles of the shape of the cavity, whether it is a cavity on the front or rear edge of the wing 25. However, depending on the diameter of the flange and the thickness of the wing, the recess may be bent into the shape of an arc. The shape of the cavity is also not limited to any regular geometric shape.

3 892003 89200

Keksinnön mukaisesti koloon (6b) tuleva täyte (8a, 8b) voidaan tehdä monella tunnetulla tavalla. Edullisesti se tehdään kuitenkin valamalla se esimerkiksi kavitaatiovaurioiden korjaukseen tarkoitetusta muovimetallista kaksiosaisena suoraan koloon käyttäen koloa muottina. Täyte voi olla myös komposiittirakenteinen. Täytepuoliskoiden runkona ja 5 vahvikkeena voi olla erilaisia vahvikerakenteita, kuten esimerkiksi metalliholkki, jota voidaan käyttää myös kiinnityselimen (9) tukena. Keksinnön mukaisella tavalla menetellen voidaan siiven lapaan (1) koneistettu kolo (6b) muotoilla vapaasti siten, että lavassa vallitsevat jännitykset jakaantuvat halutulla tavalla. Kolon molemmat päät muistuttavat torvimaista muotoa. Tämä yhdessä kolon kielekkeen (7) kanssa pitää täytteen muotosul-10 keisesti lujasti paikallaan senjälkeen kun täytteen puolikkaat (8a, 8b) on esimerkiksi ruuvilla (9) kiinnitetty toisiinsa. Kolon täyte muotoillaan ulkopinnoiltaan siiven lavan pintojen mukaisesti, mikä on virtausteknisesti edullista.According to the invention, the filling (8a, 8b) entering the cavity (6b) can be made in many known ways. Preferably, however, it is made by casting it, for example, of plastic metal for repairing cavitation damage in two parts directly into the cavity, using the cavity as a mold. The filling can also be of composite construction. The frame of the filling halves and the reinforcement 5 can be different reinforcement structures, such as, for example, a metal sleeve, which can also be used as a support for the fastening member (9). By proceeding according to the invention, the machined cavity (6b) in the wing blade (1) can be freely shaped so that the stresses in the platform are distributed in the desired manner. Both ends of the cavity resemble a horn-like shape. This, together with the tongue tongue (7), holds the filling in place in a form-fitting manner after the filling halves (8a, 8b) have been fastened together, for example with a screw (9). The filling of the cavity is shaped on its outer surfaces according to the surfaces of the vane blade, which is flow-technically advantageous.

Keksinnön mukaisella konstruktiolla saadaan myös mahdollisimman pienet vuotohäviöt navan ja siiven lavan välille, mikä omalta osaltaan vaikuttaa edullisesti koneen hyötysuh-15 teeseen.The construction according to the invention also gives the smallest possible leakage losses between the hub and the vane blade, which in turn has a beneficial effect on the efficiency of the machine.

Keksinnön mukaisessa konstruktiossa täytteen (8a, 8b) kuormitustaso jää koneen käydessä alhaiseksi, koska täyte ei siipi- ja täytemateriaalin ratkaisevasti erilaisten kimmo-ominaisuuksien vuoksi ole kantava rakenneosa. Konstruktio helpottaa myös huoltotoimenpiteitä, koska täyte voidaan poistaa ja asentaa takaisin paikalleen - 20 jakosaumansa ja esimerkiksi ruuvikiinnityksen ansiosta irroittamatta siipeä navasta.In the construction according to the invention, the load level of the filling (8a, 8b) remains low while the machine is running, because the filling is not a load-bearing component due to the decisively different Kimmo properties of the wing and filling material. The construction also facilitates maintenance, as the filling can be removed and refitted - thanks to its 20 dividing seams and, for example, screw fastening without removing the wing from the hub.

Claims

1. A vane in a flowing machine with rotatable vanes and with liquid as a medium, where in the winch (5b) between the vane blade (1) and the vane (2) of the vane, a heel space (6b) has been made which reduces mechanical stresses, advantageously formed by taking into account the stresses and the heeling effect of the paddle blade (1), the characteristic watertight cavity (6) was introduced with a monofilament filling (8a, 8b) that follows the surfaces of the heel compartment and the paddle.

2. A vane according to claim 1, characterized in that a protrusion (7) is provided in the heel space (6b).

3. A bucket according to claims 1 and 2, characterized in that the heel space (6b) is formed tapered mesh in the direction of the thickness of the bucket.

4. A bucket according to claims 1-3, characterized in that the heel compartment (6b) contains a filling that can be divided (8a, 8b).

5. A bucket according to claims 1-4, characterized in that the parts 15 (8a, 8b) of the filling are put into tension by means of a fastener (9).

6. A bucket according to claims 1-5, characterized in that the filling bit (8a, 8b) using the heel cavity (6b) as a molding has been prepared by casting a chemical curing agent or composite material. * *