NO153271B - Stagkrans for et spiralhus for en hydraulisk maskin - Google Patents

Description

Den foreliggende oppfinnelse angår en stagkrans for spiralhus hos hydrauliske maskiner, som vannturbiner, pumper og pumpe-turbiner. En slik stagkrans består vesentlig av to ringer som er anbragt koaksialt om maskinaksen og i aksial innbyrdes avstand,

og aksialtrettede stagstolper som er innfestet mellom ringene, som kantene av spiralhusets blikk er festet til. Stagkransen har til oppgave å danne en forbindelse for det strømmende medium mellom spiralhusets indre og den radialt innenforliggende ledeskovlkrans og å holde sammen på spiralhusets innerkanter og oppta aksiale krefter fra ledeskovlkrans og turbinlokk samt undertiden også betongvekter.

En slik stagkrans er utsatt for betydelige krefter, som i første rekke skyldes strekkspenningene i de tilsluttede spiralhus-blikk. Andre krefter som virker på stagkransen, skriver seg fra væsketrykket i dens indre og fra ledeskovlkransen og/eller turbinlokket som er festet til stagkransen. De krefter som påvirker stagkransen, kan deles opp i radiale komponenter som står loddrett på maskinaksen, og aksiale komponenter. De radiale kraftkomponenter opptas av stagkransen med periferiske indre strekkspenninger i de to ringer, mens de aksiale kraftkomponenter opptas med aksialtrettede indre strekkspenninger i stagstolpene. Det er viktig at de indre spenninger i stagkransens forskjellige deler blir mest mulig jevnt fordelt over godstverrsnittene, da dette gir optimal utnyttelse av materialet og gjør det mulig å redusere materialdimensjonene,

noe som kan gi betraktelige økonomiske fordeler med hensyn til materialbehov og transport. Det skal i den forbindelse også påpekes at en reduksjon av stagkransens radiale bredde gir en tilsvarende reduksjon av de totale dimensjoner av det radialt utenforliggende spiralhus, noe som også medfører økonomiske, vektmessige og tran-sporttekniske fordeler. Da samtlige krefter som påvirker stagkransen, i første rekke virker på dens to ringer, må disse ringer og tilslutningen, særlig av spiralhusblikkene til ringene, ha slik utformning at disse kan oppta de nevnte krefter uten å bli utsatt for vesentlig bøyning, vridning eller annen distorsjon og også å overføre de aksiale kraftkomponenter videre til stagstolpene i mest mulig jevn fordeling over disses tverrsnitt.

Tidligere var det vanlig å støpe stagkransen som helhet og til og med også sammen med selve spiralhuset i ett stykke. Med slike helstøpte stagkranser lot det seg ikke gjøre å ta tilfredsstillende hensynet til de ovenfor påpekte forhold, og denne teknikk viste seg da også helt uanvendelig ved spiralhus og stagkranser av større dimensjoner. Man er derfor gått over til å utforme såvel spiralhuset som stagkransen som sveisede blikkonstruksjoner som nærmere beskrevet f.eks. i DE-AS

10 66 149 og 12 58 360 og SE-PS 221 458. Man tar her sikte på å utforme ringene såvel som spiralhusblikkenes tilslutning til disse på en slik måte av kreftene fra spiralhuset såvidt mulig blir rettet gjennom ringenes tverrsnittstyngdepunkter, resp. slik at den aksiale komponent av samtlige ytre krefter som virker på ringene, såvidt mulig faller sammen med stagstolpenes tyngdepunktakse. Disse tidligere foreslåtte såkalte ba-lanserte stagkranser i sveiset utførelse er imidlertid beheftet med flere alvorlige ulemper. Ved endel av disse konstruksjoner inneholder ringene således blikk som blir utsatt for meget store strekkpåkjenninger i retning loddrett på sitt plan. Som bekjent har imidlertid valset blikkmateriale alltid en viss lagstruktur parallelt med blikkets plan, så der foreligger betydelig fare for oppspaltning av blikket når det blir utsatt for strekkpåkjenninger loddrett på sitt plan. Ved visse av disse kjente konstruksjoner opptrer der ennvidere betraktelige lokale spenningskonsentrasjoner.. Dessuten har ringene ved flere av de kjente konstruksjoner en utilfredsstillende bøynings-

og vridningsstivhet eller forholdsvis komplisert oppbygning som krever et omfattende sveisearbeide som er tidskrevende og kostbart, foruten at endel av sveisene er meget vanskelig tilgjengelige og dermed besværlige å utføre og kontrollere på en tilfredsstillende måte.

Hensikten med den foreliggende oppfinnelse er derfor

å skaffe en stagkrans som på en bedre måte fyller de oppstilte krav .

Også her dreier det seg om en stagkrans av den innled-ningsvis nevnte art hvor endene av spiralhusets plater er fastsveiset til kransens ringer. Til forskjell fra de kjente ut-førelser er imidlertid stagkransen ifølge oppfinnelsen utført som angitt i den karakteriserende del av patentkrav 1. Ved således å vende tilbake til en delvis støpt utførelse lykkes det dermed i kombinasjon med en spesiell utformning av de støpte stagringer, både i alt vesentlig å unngå de påpekte ulemper ved kjente sveisede stagkranser og samtidig også å

unngå de gamle kjente ulemper ved de tidligere angitte støpte stagkranser.

Gunstige utførelsesformer og videreutviklinger av stagkransen ifølge oppfinnelsen har særtrekk som angitt i under-kravene.

Ved stagkransen ifølge oppfinnelsen er således de to ringer av støpt utførelse, hvorved sveisearbeidet blir meget betydelig redusert. Sveisene i konstruksjonen vil ennvideré ligge slik til at de er forholdsvis enkle å utføre og å kontrollere på kvalitet. Takket væré den spesielle tverrsnittsform av de støpte ringer, blir det Oppnådd at dissé kan få stor bøyningsstivhet ved forholdsvis lite materialbehov, noe som gir mindre matérialomkostninger, mindre vekt og mindre dimensjoner. Ved kombinasjonen av denne spesielle tverrsnittsform åv de støpte ringer og den spesielle tilslutning av spiralhusblikkene til ringene blir det oppnådd at ringene formidler kreftene fra spiralhuset til stagstolpene med meget jevn fordeling over hele tverrsnittet av stagstolpene, noe som gjør det mulig å redusere disses tverrsnittsareal og dermed likeledes å redusere materialorakostningene, vekten og den radiale bredde åv stagkransen. ^Héller ikke innbefatter stagkransen ifølge oppfinnelsen blikkelementer som er utsatt for strekkpåkjenhinger vinkelrett på blikkmaterialets plan.

I det følgende vil Oppfinnelsen bli belyst nærmere under henvisning til tegningen, som viser et par utførelséseksempler på oppfinnelsens gjenstand. Fig. 1 viser skjematisk aksialsnitt åv ét spiralhus forsynt med en stagkrans ifølge én første utførelsesform for oppfinnelsen. Fig. 2 visér aksialt snitt i større målestokk gjennom den Øvre ring hos stagkråhsen på fig. 1 og

fig. 3 viser på tilsvarende måte som fig. 2 snitt av en noe modifisert utførelse av ringen.

Fig. 1 viser skjematisk et spiralhus 1 for en vannturbin, pumpe eller pumpeturbin. Dette spiralhus består vanligvis av et antall sammensveisede enkeltkrummede blikkseksjoner. De frie ende-kanter av spiralhusets blikk er forbundet med en stagkrans som er betegnet generelt med 2 og er anordnet koaksialt i forhold til maskinaksen og radialt utenfor ledeskovlkransen, som ikke er nærmere vist på tegningen. Stagkransen 2 består av to ringer 3 og 4 som strekker seg koaksialt med maskinaksen og i aksial innbyrdes avstand, og et antall aksialtrettede stagstolper 4 som er innfestet mellom ringene og er skive- eller skovlformet og skråttstilt i samsvar med strømningsretningen gjennom stagkransen. Endekantene av spiralhusets blikk er fastsveiset langs omkretsen av henholdsvis øvre og nedre ring 3 og 4.

De to ringer 3 og 4 har i alt vesentlig samme utførelse, og bare utformningen av den øvre ring 3 vil derfor bli beskrevet nærmere.

Som* det tydelig fremgår av fig. 2, er hver av ringene 3, 4 . hos stagkransen ifølge oppfinnelsen av støpt utførelse og har stort sett trekantet tverrsnitt med den ene side vendt mot den annen ring og de mellomliggende stagstolper 5. Endene av spiralhusblikkene 1 er fastsveiset til ringen 3 langs den kant 6 av ringen som tilsvarer det motstående hjørne av ringtverrsnittet. Den side av ringen 3 som vender mot den annen ring og de mellomliggende stagstolper 5, kan som vist på fig. 2, ha en viss konveks krumning for tilpasning til væskestrømningen gjennom kransen,, noe som dog ikke er noe vesentlig krav til stagkransen ifølge oppfinnelsen. Stagstolpene 5 er festet til denne side av ringen 3, noe som med fordel kan skje på den måte at ringen 3 på denne side er utformet med et antall aksialt utragende ansatser 7 svarende til antallet■ av stagstolper S.- Disse ansatser er således støpt i ett stykke med ringen 3 forøvrig og har samme tverrsnittsform og orientering som stagstolpene. Til disse ansatser 7 fastsveises endene av de hen-' siktsmessig av bli-kkmateriale fremstilte stagstolper 5 langs rette sveisefuger 8. Det skulle imidlertid også være mulig å sveise endene av stagstolpene 5 direkte butt mot ringen 3.

Med den spesielle trekantede tverrsnittsform av ringen .3 blir det oppnådd at ringen får stor bøyningsstivhet ved forholdsvis lite tverrsnittsareal og dermed lite materialbehov og liten vekt. Videre blir det med denne spesielle trekantede tverrsnittsform av ringen 3 på meget gunstig måte oppnådd at de på ringen virkende strekkrefter frå spiralhusblikkene 1 kan rettes hovedsakelig gjennom tyngdepunktet av ringtverrsnittet, og at ringen overfører disse krefter til stagstolpene 5 med meget jevn fordeling over hele tverrsnittet av disse. Takket være denne jevne belastning av stagstolpene, blir materialet i disse mer effektivt utnyttet, noe som gjør det mulig å gjøre dem smalere og dermed gjøre hele stagkransen tynnere i radial retning.

Den innvendige diameter av spiralhuset 1 varierer langs stagkransens omkrets, og spiralhusblikkene 1 slutter seg derfor til ringen 3 i varierende vinkel langs omkretsen, noe som er markert med stiplede linjer på fig. 2. For tilpasning til dette forløp kan man la den hovedsakelig trekantede tverrsnittsform av ringen 3 variere noe langs omkretsen, særlig i nærheten av den kant 6 hvor spiralhusblikkene 1 fastsveises.

Langs sin radialt innerst liggende kant er ringen 3 i det viste utførelseseksempel på oppfinnelsen utformet med en ringformet anleggs- og festeflate 9 for tilslutning til den -innenforliggende ledekrans eller et turbinlokk eller også et fundament. Ved turbin-typer hvor de krefter som ledekransen eller turbinlokket utøver på stagkransen, er store, kan det være hensiktsmessig å plasere anleggs- og festeflaten for ledekransen eller turbinlokket lenger ute og dermed nærmere tyngdepunktaksen gjennom ringen 3 og stagstolpene 5. 10 betegner et tynt lede- eller føringsblikk som bare har til oppgave å forbedre væskestrømningen gjennom stagkransen og er uten betydning fra et fas the ts syns punkt. -Denne ledeplate 14) kan være forsynt med åpninger, så der vil herske samme hydrostatiske trykk på begge sider av den.

For ytterligere økning av ringenes bøyningsstivhet i aksial retning vil man kunne anvende en modifisert utformning som fig. 3 viser et eksempel på. Ringen 3 -på fig. 3 er i prinsippet utformet på samme måte som den der er vist på flg. 2 og beskrevet i det

foregående , wen er mellom den kant 6 som er tilsluttet Spiralhuset 1, og den radialt innerstliggende kant utformet med en oppstående av-stivnings- eller forsterkningsribbe li- Herved blir det oppnådd at ringen får større bøyningsstivhet i aksial retning uten at dens

egenskaper forøvrig endres. Derved blir det mulig å øke avstanden mellom stagstolpene 5 og dermed, minske, det samlede antall stag-

stolper i kransen.

Det skal bemerkes at stagkransen ifølge oppfinnelsen, særlig

hvis den har stor diameter, som i og for seg tidligere kjent ved stagkranser, med fordel kan fremstilles i et antall sirkelbue-

formede seksjoner, som på byggeplassen sammenføyes til den komplette stagkrans, f.eks. ved boltforbindelser.

Claims (5)

1. Stagkrans for et spiralhus for en hydraulisk maskin, f.eks. en vannturbin, pumpe eller pumpeturbin, omfattende to ringer (3, 4) som er anordnet koaksialt omkring maskinaksen og i aksial innbyrdes avstand, dg aksialt rettede stagstolper (5) som er anordnet mellom ringene, samtidig som endene av spiralhusets (1) plater er fastsveiset til de nevnte ringer (3, 4), karakterisert ved at hver ring (3, 4) utgjø-res av en støpt ring med hovedsakelig trekantet' massivt tverrsnitt hvis ene side vender mot den annen ring og de mellomliggende stagstolper (5), som ved sine mot' vedkommende ring ven-dende ender er sveiset til denne side av ringen, mens de til ringen grensende ender av spiralhusplatene (1) er fastsveiset til'ringen langs den "kant (6) av dérine som danner det til nevnte side motstående hjørne av det trekantede tverrsnitt, og at det hovedsakelig trekantede tverrsnitt åv" hver ring (3,

4) er utformet slik at den nevnte kant (6) har en diameter i forhold til maskinaksen "mindre resp. større enn tilsvarende diametre av de kanter åv ringen som'tilsvarer de'to øvrigé hjørner av det hovedsakelig'trekantede tverrsnitt, og slik at de tii den førstnevnte' kant (6') av ringen fastsveisedé ender av spiralhusplatene (1) er rettet hovedsakelig mot tyngdepunktet for det trelantede tverrsnitt.

2..Stagkrans som angitt i krav 1, karakterisert ved at hver ring (3, 4) på den side som ligger mellom den kant (6) som slutter seg til spiralhusplatene (1), og den radialt indre kant er utformet med en ringformet forsterknings- eller avstivningsribbe (11).

3. Stagkrans som angitt i krav 1 eller 2, karakterisert ved at hver ring (3, 4) på den side som vender mot den annen ring og stagstolpene (5), er utformet, med aksialt utragende ansatser (7) hvis tverrsnitt stemmer overens med stagstolpenes (5) tverrsnitt, og som stagstolpene (5) er fastsveiset til ved sine ender.

4. Stagkrans som angitt i et av kravene 1-3, karakterisert ved at den nevnte side av tverrsnittet av hver ring (3, 4) er noe konvekst krummet i tilpasning til væskestrømningen gjennom stagkransen.

5. Stagkrans som angitt i et av kravene 1-4, karakterisert ved at hver ring (3, 4) er utformet med en ringformet anleggsflate (9) for en ledekrans, et turbinlokk eller et fundament.