NO20121084A1 - Skovletilkopling for turbinlopehjul - Google Patents

Abstract

Skovlforbindelse for et turbinløpehjul (1), hvor turbinløpehjulet (1) innbefatter et antall skovler (4). som omgir en senterskive (2), hvor minst én skovl (4) er dreibart eller med hengsler forbundet til senterskiven (2), og hvor posisjonen til skovlen. (4) i forhold til senterskiven (2) under drift er fastsatt av et anlegg (22) mellom skovlen (4) og en støtte (16), hvor støtten (16) er forbundet til eller utgjør en del av senterskiven (2), og hvor anlegget utgjøres aven anleggsoverflate (18) på. støtten (16) og en anleggsoverflate (20) pao skovlen (4), hvor anleggsoverflaten (18) på. støtten (16) er ikke-plan, og ved at den er forsynt med en krumning (19), og at anleggsoverflaten (20) av skovlen (4) er forsynt med en krumning. (21) tilpasset til å passe inn i krumningen (19) av anleggsoverflaten (18) av støtten (16), hvorved anlegget (22) er tilpasset til å ta opp krefter som virker både tangensialt og radialt fra skovlen (4).

Description

SKOVLETILKOPLING FOR ET TURBINLØPEHJUL

Det tilveiebringes en skovlforbindelse for et turbinløpehjul. Mer presist tilveiebringes det en skovlforbindelse for et turbinløpehjul hvor turbinen innbefatter et antall skovler som omgir en senterskive.

Oppfinnelsen vedrører primært turbinløpehjul av pelton-typen hvor en senterskive montert på en aksel har et antall koppformede blader, benevnt skovler, fordelt rundt senterskiven. Én eller flere stråler av trykksatt vann virker på skovlene.

Tradisjonelt har slike skovler blitt festet til senterskiven med to eller flere bolter. Fremgangsmåten for forbindelse virker tilfredsstillende ved forholdsvis lave vanntrykk, men utmattingsproblemer i boltforbindelsen har blitt opplevd når det benyttes høyere vanntrykk.

For å overvinne utmattingsproblemet, har turbinløpehjulet blitt smidd til form som én del, hvoretter skovlene maskineres og slipes til form. Det er åpenbart at en slik frem-gangsmåte for produksjon er forholdsvis kostbar.

Under betingelser hvor vannet er kontaminert, typisk med sand, oppleves økt slitasje på skovlene. Slike slitasjeskader kan repareres med sveising. Sveising fremkaller varme og således spenning i materialet, hvilket uten korrekt varmebehandling kan føre til sprekker. Når varmebehandling for å overvinne slike problemer utføres, er det trolig at de forholdsvis trange geometriske toleranser for turbinløpehjulet blir forstyr-ret.

Hvis andre prosesser for fremstilling av skovlene, så som pulverbelegging, er inn-befattet, er det ikke mulig å nå alle deler av sliteoverflatene av skovlen med det nød-vendige utstyr i rette vinkler når skovlene er festet til senterskiven.

Patent NO 322857 viser en hjulskive for et turbinløpehjul, hvor et antall skovler er utbyttbart forbundet til hjulskiven, og hvor skovlene støttes i en tangensial retning av støtteorganer som strekker seg fra skiven.

Formålet med oppfinnelsen er å overvinne eller redusere i det minste én av ulempene ved den kjente teknikk.

Formålet oppnås i henhold til oppfinnelsen med trekkene som er offentliggjort i beskrivelsen nedenfor og i de etterfølgende patentkrav.

Det tilveiebringes en skovlforbindelse for et turbinløpehjul hvor turbinen innbefatter et antall skovler som omgir en senterskive, hvor minst én skovl er dreibart eller med hengsler forbundet til senterskiven.

Skovlen kan være forbundet til senterskiven med en tapp.

Uttrykket "dreibart" forstås å innbefatte en forbindelse når skovlen er forbundet til senterskiven med en tapp, hvor uttrykket tapp innbefatter en bolt, et skaft, et rør eller lignende gjenstander, mens uttrykket "hengslet" også innbefatter en forbindelse hvor for eksempel en del av skovlen ligger an mot en del av senterskiven i radial retning av senterskiven.

Ettersom skovlen kan dreie eller hengsle i forhold til senterskiven, unngås mange av kreftene som virker på en fast forbindelse mellom skovlen og senterskiven. Det er betydelig mindre komplisert å beregne kreftene som virker i en forbindelse hvor skovlen kan justere sin posisjon i forhold til senterskiven.

Sentrifugalkreftene som virker på skovlene holder skovlen i den korrekte posisjon under drift.

Posisjonen til skovlen i forhold til senterskiven under drift kan fastsettes av et anlegg mellom skovlen og en støtte, hvor støtten er forbundet til eller utgjør en del av senterskiven.

Støtten og skovlen kan godt være forsynt med anleggsoverflater som utgjør anlegget. Anleggsoverflatene kan være ikke-plane, slik at anlegget kan ta opp krefter som virker både tangensialt og radialt på skovlen.

Posisjonen til skovlen i forhold til senterskiven vil således være uforandret på grunn av kraften som virker fra en vannstråle.

En forbindelsesakse for skovlen kan være posisjonert på løperetningssiden av skovlen i forhold til en første linje som passerer gjennom senteraksen i løpehjulet og et massesenter i skovlen. En avstand mellom forbindelsesaksen og den første linjen er benevnt "a" i den spesielle del av beskrivelsen.

Forbindelsesaksen er dreie- eller hengselaksen for skovlen. Nevnte posisjon forårsaker at sentrifugalkraften forbelaster skovlen mot anlegget.

En overflate av anlegget kan være posisjonert i en relativ posisjon og vinkel i forhold til forbindelsesaksen, for å gi et fordelaktig lastmønster i senterskiven så vel som i skovlene.

En stopper kan være tilveiebrakt. Stopperen som er festet til senterskiven kan være posisjonert på den motsatte side av skovlen i forhold til anlegget. Stopperen kan al-ternativ være posisjpnert i en boring i grenseflaten mellom senterskiven og hver skovl. Funksjonen til stopperen er å begrense dreie- eller hengselbevegelsen til skovlen, særlig under stillstand og oppstart.

Den foreslåtte skovlforbindelse overvinner en rekke av de ulemper som oppleves med turbinløpehjul i et stykke som arbeider under forholdsvis høyt vanntrykk og når vannet er kontaminert.

Skovlen kan videre være bredere ved et parti ovenfor støtten enn ved den distale en-de. Den økte bredde av skovlen ved et arbeidsområde for en stråle av vann er fordelaktig for forsterking av skovlene, og øker således deres levetid.

Design av de innbefattede komponenter er forholdsvis enkelt, ettersom kreftene som virker i en slik enkel forbindelse er godt forstått.

Hver skovl kan tas av fra senterskiven for utbytting og reparasjon uten at det er nød-vendig å varmebehandle hele turbinløpehjulet. Kostnaden med å produsere løpehjulet er betydelig lavere enn produksjonskostnaden for et turbinløpehjul av den samme størrelse i et stykke.

Nedenfor forklares et eksempel på en foretrukket innretning med henvisning til de ledsagende tegninger, hvor: Fig. 1 viser et perspektivriss av et turbinløpehjul i henhold til den foreliggende opp-finnelse;

Fig. 2 viser et sideriss av en skovl og en del av en senterskive; og

Fig. 3 viser et planriss av skovlen og senterskiven på fig. 1.

På tegningene betegner henvisningstall 1 et turbinløpehjul som innbefatter en senterskive 2 og et antall skovler 4 fordelt rundt senterskiven 2. Hver skovl 4 er forbundet til senterskiven med en tapp 6 hvor en senterakse i tappen 6 utgjør en forbindelsesakse 8 mellom senterskiven 2 og skovlen 4. Forbindelsesaksen 8 er i hovedsak parallell med en senterakse 10 i turbinløpehjulet 1.

Senterskiven 2 er designet til å monteres på en aksel, ikke vist, som går gjennom en sentral boring 12 i senterskiven 2. Senterskiven 2 er forsynt med en tappboring 14 for hver skovl 4. I denne foretrukkede utførelse er skovlen 4 forbundet til senterskiven 2 med tappen 6 som går gjennom den faktiske tappboring 14 i senterskiven 2 og gjennom korresponderende, ikke vist, boringer i skovlen 4. På fig. 2 er tappen 6 vist med en større diameter enn tappboringen 14. Dette skyldes festemetoden for tappen som er kjent for en person med fagkunnskap innen teknikken, og som her ikke omtales.

Senterskiven 2 innbefatter et antall støtter 16 i form av fremspring som strekker seg i en radial retning mellom hvert par av skovler 4 fra senterskiven 2. Hver støtte 16 har minst en anleggsoverflate 18.

Anleggsoverflaten 18 på støtten 16 er ikke-plan, ved at den er utformet med en krumning 19. Anleggsoverflaten 18 har således både en tangensial og en radial kom-ponent.

Hver skovl 4 har også en anleggsoverflate 20 som sammen med en korresponderende anleggsoverflate 18 på senterskiven 2 danner et anlegg 22. Anleggsoverflaten 20 av hver skovl er utformet med en omvendt krumning 21 tilpasset til anleggsoverflaten 18 av støtten 16. Anlegget 22 er således tilpasset til å ta opp både tangensiale og radiale krefter som virker på skovlene 4.

Skovlen 4 har et massesenter 24, som vist på fig. 2. Forbindelsesaksen 8 er posisjonert i en avstand "a" fra en første linje 26 som passerer gjennom senteraksen 10 i løpehjulet 1 og massesenteret 24 i skovlen 4. Forbindelsesaksen 8 er typisk posisjonert på den motsatte side i forhold til den første linje 26 i forhold til en arbeids-overflate 28 av skovlen 4.

Stoppere 32, her i form av sylindriske organer, som er posisjonert i boringer 34 som strekker seg gjennom skovlene 4 og inn i senterskiven 2, hindrer skovlen 4 i å dreie seg for mye om tappen 6, særlig under oppstart.

Når den er i drift, blir skovlen 4 forbelastet om forbindelsesaksen 8 til anleggsoverflaten 18 av senterskiven 2 av sentrifugalkraften. Når en stråle av vann, ikke vist, virker på arbeidsoverflaten 28 av skovlen 4, blir skovlen 4 presset videre mot anleggsoverflaten 18.

Som det kan sees i planrisset på fig. 3; skovlene 4 er noe hjerteformet i den viste ut-førelse. Skovlene 4 blir bredere fra den distale ende mot senterskiven 2, til et maksi-mum over anleggsoverflaten av støtten 16, og blir deretter smalere inn mot forbindelsesaksen 8. Den økte bredde av arbeidsoverflaten 28 ved angrepsområdet for en ikke vist stråle av vann øker styrken og således levetiden til skovlene 4.

Claims (5)

1. Skovlforbindelse for et turbinløpehjul (1), hvor turbinløpehjulet (1) innbefatter et antall skovler (4) som omgir en senterskive (2), hvor minst én skovl (4) er dreibart eller med hengsler forbundet til senterskiven (2), og hvor posisjonen til skovlen (4) i forhold til senterskiven (2) under drift er fastsatt av et anlegg (22) mellom skovlen (4) og en støtte (16), hvor støtten (16) er forbundet til eller utgjør en del av senterskiven (2), og hvor anlegget utgjøres av en anleggsoverflate (18) på støtten (16) og en anleggsoverflate (20) på skovlen (4), k a rakterisert ved at anleggsoverflaten (18) på støtten (16) er ikke-plan, ved at den er forsynt med en krumning (19), og ved at anleggsoverflaten (20) av skovlen (4) er forsynt med en krumning (21) tilpasset til å passe inn i krumningen (19) av anleggsoverflaten (18) av støtten (16), hvorved anlegget (22) er tilpasset til å ta opp krefter som virker både tangensialt og radialt fra skovlen (4).

2. Skovlforbindelse som angitt i krav 1, hvor skovlen (4) er forbundet til senterskiven (2) med en tapp (6).

3. Skovlforbindelse som angitt i krav 1 eller 2, hvor en forbindelsesakse (8) for skovlen (4) er posisjonert på løperetningssiden av skovlen (4) i forhold til en første linje (26) som passerer gjennom senteraksen (10) i turbinløpehjulet (1) og et massesenter (24) i skovlen (4).

4. Skovlforbindelse som angitt i krav 1, 2 eller 3, hvor en stopper (32) som er festet til senterskiven (2) er posisjonert på den motsatte side av skovlen (4) i forhold til anlegget (22).

5. Skovlforbindelse som angitt i et hvilket som helst av de foregående krav, hvor skovlen (4) er bredere ved et parti ovenfor støtten (16) enn ved den distale ende.