NO179965B

NO179965B - Procedure for the manufacture of impeller with closed channels

Info

Publication number: NO179965B
Application number: NO922492A
Authority: NO
Inventors: Maurice Monteil; Francois Millet
Original assignee: Framatome Sa
Priority date: 1991-06-27
Filing date: 1992-06-24
Publication date: 1996-10-14
Also published as: DE69206900T2; NO922492L; FR2678196A1; FR2678196B1; CZ197392A3; NO179965C; EP0520900A1; JPH05192780A; NO922492D0; DE69206900D1; TW211532B; EP0520900B1

Description

Foreliggende oppfinnelse angår en fremgangsmåte for fremstilling av skovlhjul med lukkede kanaler. Den er særlig anvendelig ved fremstilling av sentrifugale og skruelinje-formede, sentrifugale hjul som anvendes i pumper og kompressorer for å overføre energi til et fluid. Den kan også benyttes i tilfellet av hjul beregnet på å motta energi som overføres fra et fluid. The present invention relates to a method for producing paddle wheels with closed channels. It is particularly applicable in the manufacture of centrifugal and helically shaped centrifugal wheels which are used in pumps and compressors to transfer energy to a fluid. It can also be used in the case of wheels designed to receive energy transmitted from a fluid.

Et sådant skovlhjul er som regel utført i metall, for eksempel stål. Det omfatter et hjullegeme i ett stykke, og som danner en basisskive utstyrt med skovler som følger etter hverandre rundt hjulomkretsen omkring hjulets akse, og et nav montert på hjulakselen. En plate med samme ytterdiameter som basisskiven er sveiset på topplatene av skovlene. Vanligvis påsveises denne plate manuelt ved hjelp av elektrisk lysbuesveising og etter at en uttagning er blitt frest ut i platen over hver skovle. De forskjellige prosesstrinn i denne fremgangsmåte lider av den ulempe at de er vanskelig å automatisere. Such a paddle wheel is usually made of metal, for example steel. It comprises a one-piece wheel body, forming a base disk equipped with vanes that follow one another around the wheel circumference around the axis of the wheel, and a hub mounted on the wheel axle. A plate with the same outer diameter as the base plate is welded to the top plates of the vanes. Usually this plate is welded on manually using electric arc welding and after a recess has been milled into the plate above each vane. The various process steps in this method suffer from the disadvantage that they are difficult to automate.

Andre fremgangsmåter er også blitt utviklet, slik som diffusjonslodding, men de krever at det tilføres et metall som er forskjellig fra det basismetall som utgjør hjullegemet og platen. Sådant tilsatt metall nedsetter hjulets bestandighet overfor et korroderende medium. Fremgangsmåter med elektronstrålesveising er også blitt brukt, men den binding disse er istand til å gi mellom skovlene og platen, er bare delvis og kan være opphav til svakheter i det lange løp, særlig på grunn av utmatting. Other methods have also been developed, such as diffusion brazing, but they require the addition of a metal that is different from the base metal that makes up the wheel body and plate. Such added metal reduces the wheel's resistance to a corrosive medium. Electron beam welding methods have also been used, but the bond these are able to provide between the vanes and the plate is only partial and can give rise to weaknesses in the long run, particularly due to fatigue.

Det er derfor et formål for foreliggende oppfinnelse å frembringe en fullstendig og sterk forbindelse automatisk og uten bruk av tilsatt metall. It is therefore an object of the present invention to produce a complete and strong connection automatically and without the use of added metal.

For dette formål gjelder således oppfinnelsen en fremgangsmåte for å fremstille et skovlhjul med lukkede kanaler og hvor det lages et hjullegeme med skovler for hjulet, og en plate sveises på skovlenes endeflater for å lukke de avgrensede kanaler mellom skovlene. For this purpose, the invention thus applies to a method for producing a paddle wheel with closed channels and where a wheel body is made with paddles for the wheel, and a plate is welded to the end surfaces of the paddles to close the defined channels between the paddles.

På denne bakgrunn av prinsipielt kjent teknikk, særlig fra US-patent nr. 4 906 812, US-patent nr. 4 983 796 og US-patent nr. 5 006 268, har da fremgangsmåten i henhold til oppfinnelsen som særtrekk at platen sveises på skovlene i to arbeidsoperasjoner som utføres etter hverandre og omfatter: - en ytre sveising som utføres gjennom platen i avstand fra begge sidekanter av skovlenes endeflater, og - en indre sveising som utføres fra innsiden av kanalene på begge sidekanter av endeflatene. Based on this background of known technology in principle, in particular from US patent no. 4,906,812, US patent no. 4,983,796 and US patent no. 5,006,268, the method according to the invention has as a distinctive feature that the plate is welded on the vanes in two work operations that are carried out one after the other and include: - an external welding that is carried out through the plate at a distance from both side edges of the end surfaces of the vanes, and - an internal welding that is carried out from the inside of the channels on both side edges of the end surfaces.

Med fremgangsmåten i henhold til oppfinnelsen kombineres således ytre og indre sveising, og det oppnås en sterkere forbindelse ved bruk av begrenset sveiseenergi sammenlignet med tidligere kjente metoder som utnytter enten ytre sveising eller indre sveising. With the method according to the invention, external and internal welding are thus combined, and a stronger connection is achieved using limited welding energy compared to previously known methods that utilize either external welding or internal welding.

Platen sveises til skovlene fortrinnsvis i to adskilte trinn: Først utføres en ytre sveiseprosess for forbindelse mellom platen og skovlene innenfor et plateparti som befinner seg på oversiden av skovlene og danner en dekkskive. Denne sveising utføres da ved hjelp av en høyenergistråle, som kan utgjøres av en elektronstråle, og i dette tilfelle gjøres sveisingen i vakuum. Denne stråle danner en smeltesone i metallet, som er dypere enn tykkelsen av dekkskiven. Strålen rettes mot et anslagspunkt som befinner seg på oversiden av dekkskiven. Dette punkt befinner seg over en skovle, således at det dannes en smeltesone som strekker seg gjennom skiven og også gjennorn den øvre endeflate av skovlen. Den befinner seg da mellom de to øvre sidekanter av bladet og i en viss avstand for å unngå at noe som helst metall løper ut i de lukkede kanaler som dannes av platen og skovlene. The plate is welded to the vanes preferably in two separate steps: First, an external welding process is carried out for the connection between the plate and the vanes within a plate portion which is located on the upper side of the vanes and forms a cover disc. This welding is then carried out using a high-energy beam, which can be made up of an electron beam, and in this case the welding is done in a vacuum. This jet forms a melting zone in the metal, which is deeper than the thickness of the cover disc. The beam is directed towards an impact point located on the upper side of the tire disc. This point is located above a vane, so that a melting zone is formed which extends through the disk and also around the upper end surface of the vane. It is then located between the two upper side edges of the blade and at a certain distance to prevent any metal running out into the closed channels formed by the plate and vanes.

Deretter utføres en sveiseoperasjon på de sidekanter som utgjøres av de sider av skovlens øvre endeflate som er platekontaktende. For dette formål anvendes et optisk sveisehode som effektmates ved hjelp av en effektlysstråle som ledes av en bøyelig optisk fiber. Dette sveisehode bringes til å løpe langs innsiden av kanalene. A welding operation is then carried out on the side edges which are formed by the sides of the upper end surface of the vane which are in plate contact. For this purpose, an optical welding head is used which is powered by means of a power light beam which is guided by a flexible optical fibre. This welding head is made to run along the inside of the channels.

En utførelse av oppfinnelsen vil nå bli beskrevet som eksempel og under henvisning til de vedføyde tegninger, på hvilke: Fig. 1 viser et skovlhjul under fremstilling i henhold til oppfinnelsen, og som er vist i An embodiment of the invention will now be described by way of example and with reference to the attached drawings, in which: Fig. 1 shows a paddle wheel being manufactured according to the invention, and which is shown in

snitt langs et plan som omfatter hjulets akse, og section along a plane that includes the axis of the wheel, and

fig. 2 viser et utsnitt av samme hjul i snitt langs et plan ll-ll i fig. 1. fig. 2 shows a section of the same wheel in section along a plane ll-ll in fig. 1.

Som vist i figurene omfatter hjullegemet 12 en basisskive 2 som strekker seg rundt en hjulakse A. Når denne akse er vertikalt orientert, vil skiven ha en underside 2A og en overside 2B. Hjullegemet omfatter videre skovler 4 som er i ett stykke med basisskiven. Disse skovlene følger etter hverandre langs hjulomkretsen rundt aksen og rager opp fra oversiden av skiven. Hjulet omfatter også en dekkskive 10 som strekker seg rundt aksen og har en underside 10A og en overside 10B i innbyrdes avstand tilsvarende skivens tykkelse. Undersiden av skiven 10 befinner seg i kontakt med de øvre endeflater 4C av skovlene 4. As shown in the figures, the wheel body 12 comprises a base disc 2 which extends around a wheel axis A. When this axis is vertically oriented, the disc will have an underside 2A and an upper side 2B. The wheel body further comprises vanes 4 which are in one piece with the base disc. These vanes follow each other along the wheel circumference around the axle and protrude from the upper side of the disc. The wheel also comprises a cover disk 10 which extends around the axis and has an underside 10A and an upper side 10B at a distance corresponding to the thickness of the disk. The underside of the disc 10 is in contact with the upper end surfaces 4C of the vanes 4.

Hver av disse skovler har en lengde L som strekker seg fra en indre ende 4A nær aksen og frem til en ytre ende 4B lengst bort fra aksen, en høyde H fra oversiden 2B av basisskiven til den øvre endeflate 4C av skovlen, samt en bredde B som strekker seg mellom de to øvre sidekanter 4D som danner sideavgrensningene av den øvre sideflate 4C. De to flater som ligger mellom nevnte sidekanter og oversiden av basisskiven utgjør de to flanker 4E av skovlen. Derved avgrenses fluidstrømningskanaler 6 og 8 mellom påfølgende skovler. Hver av disse kanaler har en bunn 6A som utgjøres av en del av oversiden 2B av basisskiven, to sidevegger som dannes av de to motstående flanker av to naboskovler 4, samt et tak 6B som utgjøres av et parti av undersiden 10A av dekkskiven. De øvrige partier av denne underside er gjort fast til de øvre endeflater 4C av skovlene. Each of these vanes has a length L extending from an inner end 4A close to the axis to an outer end 4B furthest away from the axis, a height H from the upper side 2B of the base disk to the upper end surface 4C of the vane, and a width B which extends between the two upper side edges 4D which form the side boundaries of the upper side surface 4C. The two surfaces that lie between the aforementioned side edges and the upper side of the base disk form the two flanks 4E of the vane. Thereby, fluid flow channels 6 and 8 are defined between successive vanes. Each of these channels has a bottom 6A which is made up of part of the upper side 2B of the base disc, two side walls which are formed by the two opposite flanks of two neighboring vanes 4, and a roof 6B which is made up of a part of the underside 10A of the cover disc. The other parts of this underside are fixed to the upper end surfaces 4C of the vanes.

På vanlig måte omfatter fremgangsmåten for fremstilling av dette hjul følgende prosesser: - det fremstilles i ett stykke et hjullegeme 12 som ikke bare omfatter basisskiven 2 og bladene 4, men også et nav utført for montering på en hjulaksel, - det fremstilles en hjulplate av metall og som ikke bare utgjør nevnte dekkskive 10, men også en innløpsføring for fluidet som skal passere gjennom skovlhjulet, In the usual way, the method for manufacturing this wheel includes the following processes: - a wheel body 12 is produced in one piece, which not only includes the base disk 2 and the blades 4, but also a hub made for mounting on a wheel axle, - a wheel plate is produced from metal and which not only constitutes said cover disk 10, but also an inlet guide for the fluid that is to pass through the impeller,

- platen anbringes på de øvre endeflater 4C av skovlene, og - the plate is placed on the upper end surfaces 4C of the vanes, and

- platen sveises til endeflatene 4C. - the plate is welded to the end surfaces 4C.

I henhold til foreliggende oppfinnelse omfatter sveisemetoden en indre sveiseprosess og en ytre sveiseprosess. According to the present invention, the welding method comprises an internal welding process and an external welding process.

Sveiseprosessen begynner med at de øvre endeflater 4C på skovlene 4, den ene etter den annen, forbindes med undersiden 10A av platen ved hjelp av en kjent ytre sveisemetode som krever en rekke sveiseprosesser i vakuum. For å utføre dette opprettes en høyenergielektronstråle 26 som er egnet for å danne en smeltesone i metallet, som er dypere enn tykkelsen av dekkskiven 10. Denne stråle rettes mot et anslagspunkt 28 på oversiden 10B av skiven rett over en av skovlene 4, for derved å frembringe en smeltesone som passerer gjennom skiven og inn i den øvre endeflate 4C av skovlen. Denne stråle må holdes i avstand fra de'øvre sidekanter 4D og flankene 4E av skovlen for å sikre at det ikke forekommer noen uønsket utflyting av smeltet metall. Langs den øvre endeflate vil det da gjenstå to sidestriper som ikke må nedsrneltes. Anslagspunktet beveges langs lengden L av skovlen, således at det dannes en midtre sveisekile 30 som fester platen 14 til skovlen. Denne prosess gjentas for hver skovle. Det er funnet at når visse krefter utøves på skovlhjulet, vil disse ikke-sveisede striper 32 spille samme rolle som hakk i en enhetlig struktur, og de kan derfor gi grunnlag for sprekkdannelse. The welding process begins with the upper end surfaces 4C of the vanes 4, one after the other, being connected to the underside 10A of the plate by means of a known external welding method which requires a series of welding processes in vacuum. To accomplish this, a high-energy electron beam 26 is created which is suitable for forming a melting zone in the metal, which is deeper than the thickness of the cover disk 10. This beam is directed towards an impact point 28 on the upper side 10B of the disk directly above one of the vanes 4, thereby producing a melting zone which passes through the disc and into the upper end face 4C of the vane. This jet must be kept at a distance from the upper side edges 4D and the flanks 4E of the bucket to ensure that no unwanted flow of molten metal occurs. Along the upper end surface, two side stripes will then remain which must not be shrunk. The impact point is moved along the length L of the blade, so that a central welding wedge 30 is formed which attaches the plate 14 to the blade. This process is repeated for each vane. It has been found that when certain forces are exerted on the impeller, these non-welded strips 32 will play the same role as notches in a uniform structure, and they can therefore give rise to cracking.

I henhold til foreliggende oppfinnelse omfatter fremgangsmåten videre av en indre sveiseprosess for å sikre grundigere feste av platen til skovlene. Hver indre sveiseoperasjon omfatter i seg selv følgende prosesstrinn: Et optisk sveisehode 16 innføres i en fluidstrømningskanal 8. Sveisehodet står i optisk forbindelse med utløpet fra en optisk fiber 18 for å fokusere en lysstråle 20 som ledes av nevnte fiber. Strålen fokuseres på et sveisebrennpunkt 22 på utsiden av sveisehodet og i en fast posisjon i forhold til hodet. Den optiske fiber er en bøyelig transportfiber med et innløp 18A på utsiden av kanalen. According to the present invention, the method further comprises an internal welding process to ensure more thorough attachment of the plate to the vanes. Each internal welding operation in itself includes the following process steps: An optical welding head 16 is introduced into a fluid flow channel 8. The welding head is in optical connection with the outlet from an optical fiber 18 to focus a light beam 20 which is guided by said fiber. The beam is focused on a welding focal point 22 on the outside of the welding head and in a fixed position in relation to the head. The optical fiber is a flexible transport fiber with an inlet 18A on the outside of the channel.

Det optiske sveisehode anbringes inne i kanalen ved hjelp av føringsutstyr og således at dets brennpunkt 22 befinner seg på den øvre sidekant 4D av en skovle 4 som utgjør en sidevegg av kanalen 8. En effektlysstråle rettes så inn i innløpsenden 18A av transportfiberen 18. Denne stråle er effektdimensjonert for å nedsmelte metallet i platen 14 og i skovlen 4 innenfor en overflatesmeltesone som omslutter brennpunktet. The optical welding head is placed inside the channel by means of guiding equipment and such that its focal point 22 is located on the upper side edge 4D of a vane 4 which constitutes a side wall of the channel 8. A power light beam is then directed into the inlet end 18A of the transport fiber 18. This beam is effectively dimensioned to melt down the metal in the plate 14 and in the vane 4 within a surface melting zone that encloses the focal point.

Det optiske sveisehode 16 forskyves så langs lengden L av skovlen. Føringsutstyret opprettholder sveisehodets posisjon i forhold til kanten, således at sveisesonen også forskyves og en sveisesøm 24 dannes langs kanten. The optical welding head 16 is then displaced along the length L of the vane. The guide equipment maintains the position of the welding head in relation to the edge, so that the welding zone is also displaced and a welding seam 24 is formed along the edge.

Denne prosess gjentas langs hver side av hver kanal. Den lysstråle som anvendes, er fortrinnsvis en høyenergistråle fra en YAG-laser 36. Dens effekt kan være tilstrekkelig høy til at sidesveisene møter den midtre sveisekile. This process is repeated along each side of each channel. The light beam used is preferably a high-energy beam from a YAG laser 36. Its effect can be sufficiently high that the side welds meet the central welding wedge.

Foreliggende oppfinnelse gir følgende fordeler: The present invention provides the following advantages:

- intet metall utover basismetallet tilsettes, således at risiko for korrosjon nedsettes, - no metal other than the base metal is added, so that the risk of corrosion is reduced,

- det foreligger ingen deformasjon på grunn av sveisekrympning, hvilket kan foreligge i betraktelig grad ved manuelle utførelser, - den tid vakuumkammeret anvendes er redusert og sveiseoperasjonene kan automati-seres takket være elektronstrålen og laserstrålen, og - den mekaniske styrke er forbedret ved å fjerne den skårevirkning som opptrer når elektronstrålesveisingen anvendes alene. Ved å kombinere de to typer sveising, nemlig elektronstrålesveising og laserstrålesveising, vil platen bli festet mer fullstendig til skovlene. - there is no deformation due to welding shrinkage, which can be present to a considerable extent with manual designs, - the time the vacuum chamber is used is reduced and the welding operations can be automated thanks to the electron beam and the laser beam, and - the mechanical strength is improved by removing the notch effect that occurs when electron beam welding is used alone. By combining the two types of welding, namely electron beam welding and laser beam welding, the plate will be more completely attached to the vanes.

Claims

1. Method for producing a paddle wheel with closed channels (8) and where a wheel body (12) with blades (4) is made for the wheel, and a plate is welded to the end faces of the blades (4C) to close the defined channels between the blades, characterized in that the plate (14) is welded to the blades in two work operations which are carried out one after the other and comprise: - an outer weld (28) which is carried out through the plate at a distance from both side edges (22-4D) of the end surfaces of the blades, and - an inner weld (24) which is carried out from the inside of the channels (8) on both side edges (22-4D) of the end surfaces (4C).

2. Procedure as stated in claim 1, characterized in that the internal welding is carried out using an optical welding head which is guided along the inside of the channels and which is supplied with energy by a power light beam which is guided by a flexible optical fibre.

3. Procedure as stated in claim 2, characterized in that the outer welding is carried out using a high-energy beam.

4. Procedure as stated in claim 3, characterized in that an electron beam is used as a high-energy beam.