NO309493B1

NO309493B1 - Process and subject for manufacture of impeller for Pelton turbine

Info

Publication number: NO309493B1
Application number: NO20000071A
Authority: NO
Inventors: Olav Rommetveit
Original assignee: Ge Energy Norway As
Priority date: 2000-01-06
Filing date: 2000-01-06
Publication date: 2001-02-05
Also published as: NO20000071D0; NO20000071A

Abstract

Fremstilling av løpehjul for peltonturbin omfattende en navskive (1) og et antall skovlkopper (2A) rundt periferien av navskiven. Et rundt, skiveformet utgangsemne (1,2) med ytre diameter i det minste lik ytterdiameteren av det ferdige løpehjul, maskineres for utforming av skovlkoppene (2A). Det anvendes et utgangsemne som rundt periferien har et aksielt tykkere parti (2) enn tykkelsen av navskiven (1) forøvrig, mens maskineringen for utforming av skovlkoppene (2A) i det vesentlige omfatter dykkfresing (5) i det aksielt tykkere parti (2).Manufacture of pelton turbine impellers comprising a hub disc (1) and a plurality of vane cups (2A) around the periphery of the hub disc. A round, disc-shaped blank (1,2) with an outer diameter at least equal to the outer diameter of the finished impeller is machined to form the paddle cups (2A). A blank is used which around the periphery has an axially thicker portion (2) than the thickness of the hub disc (1) otherwise, while the machining for forming the vane cups (2A) essentially comprises diving milling (5) in the axially thicker portion (2).

Description

Oppfinnelsen vedrører generelt fremstilling av et løpe-hjul for peltonturbiner som omfatter et visst antall identiske skovlkopper festet på periferien til en navskive. Skovlkoppenes funksjon er å omsette vannets hastighetsenergi til trykk som igjen gir moment på løpehjulet. Navskiven forbinder alle skovlkoppene og fungerer som et feste for løpehjulet til akslingen. Navskiven overfører momentet fra skovlkoppene til rotasjon på akslingen. The invention generally relates to the manufacture of an impeller for pelton turbines comprising a certain number of identical vane cups fixed on the periphery of a hub disk. The function of the paddle cups is to convert the water's velocity energy into pressure, which in turn provides torque on the impeller. The hub plate connects all the vane cups and acts as an attachment for the impeller to the shaft. The hub disc transfers the torque from the vane cups to rotation on the shaft.

Oppfinnelsen omfatter en ny form på et utgangsemne før maskinering, særlig støpt eller eventuelt smidd for et løpe-hjul, og videre ikke minst en fremgangsmåte ved fremstilling av et løpehjul. The invention comprises a new form of a blank before machining, particularly cast or possibly forged for an impeller, and furthermore, not least, a method for manufacturing an impeller.

Å produsere et løpehjul beregnet for vannturbiner er en langvarig og krevende prosess. Produksjonstiden kan typisk være ett til to år. Å produsere et slikt løpehjul formriktig og raskt og med minst mulig feil har alltid vært et stort problem. Producing an impeller intended for water turbines is a lengthy and demanding process. The production time can typically be one to two years. Producing such an impeller correctly and quickly and with as few errors as possible has always been a major problem.

KJENT TEKNIKK PRIOR ART

I dag er det hovedsaklig tre metoder som benyttes for å produsere Pelton-løpehjul: 1) Den mest anvendte metoden er helstøpte løpehjul. Her blir løpehjulet med skovler støpt i ett stykke og siden slipt til endelig geometri eller maskinert først og deretter slipt til endelig geometri. 2) Løpehjulet kan også lages av flere biter som sveises sammen . Det er vanlig da å enten sveise på både skovlkoppens sidestykker og ytterdel eller bare skovlkoppens sidestykker. Her nevnes følgende patenter og artikler: - NO-PS 982605 (Voest-Alpine Machinery) beskriver produksjon av Pelton-løpehjul hvor både skovlenes sidestykker og ytterdel påsveises. - EP 0 892 173 Al (Voith Riva Hydro) omhandler en produksjonsmetode for Pelton-løpehjul hvor skovlene bygges opp av påsveiste deler. - DP l 086 640 (Voith 1960) omhandler en produksjonsmetode for Pelton-løpehjul hvor skovlenes sidestykker lages av Today, there are mainly three methods used to produce Pelton impellers: 1) The most widely used method is cast impellers. Here, the impeller with vanes is cast in one piece and then ground to final geometry or machined first and then ground to final geometry. 2) The impeller can also be made from several pieces that are welded together. It is then common to either weld on both the side pieces of the scoop cup and the outer part or just the side pieces of the scoop cup. The following patents and articles are mentioned here: - NO-PS 982605 (Voest-Alpine Machinery) describes the production of Pelton impellers where both the side pieces and the outer part of the blades are welded on. - EP 0 892 173 Al (Voith Riva Hydro) deals with a production method for Pelton impellers where the blades are built up from welded-on parts. - DP l 086 640 (Voith 1960) deals with a production method for Pelton impellers where the side pieces of the blades are made from

presset platemateriale, støpte eller smidde deler og deretter påsveises navskiven. - NP - 922362 (Sulzer Escher Wyss) omhandler en produksjonsmetode for Pelton-løpehjul hvor skovlene påsveises navskiven. pressed sheet material, cast or forged parts and then the hub disc is welded on. - NP - 922362 (Sulzer Escher Wyss) relates to a production method for Pelton impellers where the vanes are welded to the hub disc.

Artikkel (av.Alsthom) i Hydro Power & Dams Vol. 2, issue 1 January 1995 p. 25. Artikkelen omhandler en produksjonsmetode for Pelton-løpehjul hvor løpehjulet maskineres fra en massiv skive og hvor deretter skovlkoppenes sidestykker påsveises. Article (by Alsthom) in Hydro Power & Dams Vol. 2, issue 1 January 1995 p. 25. The article deals with a production method for Pelton impellers where the impeller is machined from a solid disk and where the side pieces of the bucket cups are then welded on.

Artikkel (av FRAVIT) i Hydro Power & Dams, Vol. 3, 1999 p. 82. Artikkelen omhandler en produksjonsmetode for Pelton-løpehjul fra en smidd jevntykk skive hvor skovlene maskineres ut med konvensjonell NC-maskinering. 3. Løpehjulet kan også lages ved at navskiven sammen med skovlkoppens rotparti smies i ett stykke. Skovlkoppens rotparti blir deretter maskinert ut fra det smidde emnet mens resten av skovlen bygges opp av sveisemateriale, se NO 920.259 (Sulzer). Article (by FRAVIT) in Hydro Power & Dams, Vol. 3, 1999 p. 82. The article deals with a production method for Pelton impellers from a forged disc of uniform thickness where the vanes are machined out with conventional NC machining. 3. The impeller can also be made by forging the hub disc together with the root part of the blade cup in one piece. The root part of the bucket cup is then machined from the forged blank, while the rest of the bucket is built up from welding material, see NO 920.259 (Sulzer).

PROBLEM MED DAGENS TEKNIKK PROBLEM WITH TODAY'S TECHNOLOGY

Å helstøpe løpehjul med tilnærmet ferdige skovler har en rekke ulemper. De to viktigste ulempene er forbundet med problemer av rent støpeteknisk art og bearbeiding for å unngå geometrisk formawik. Casting impellers with almost finished blades has a number of disadvantages. The two most important disadvantages are connected with problems of a purely casting technical nature and processing to avoid geometric shape deviation.

Geometriunderlag støperi Geometry base foundry

Med det tradisjonelle hel-støpte løpehjulet må støperiet ha en fullstendig 3 dimensjonal beskrivelse av skovlkoppenes geometri. Å fremskaffe denne geometrien i form av tegninger eller i form av en elektronisk beskrivelse er svært tidkrevende. Dermed tar det lang tid mellom det tidspunkt hvor løpehjul-produsenten starter prosessen med å produsere et løpehjul til støperiet har geometribeskrivelsen for å kunne starte støpe-prosessen. With the traditional fully-cast impeller, the foundry must have a complete 3-dimensional description of the vane cups' geometry. Producing this geometry in the form of drawings or in the form of an electronic description is very time-consuming. Thus, it takes a long time between the time when the impeller manufacturer starts the process of producing an impeller until the foundry has the geometry description to be able to start the casting process.

Matere og raisere Feed and raise

For å gjøre et tradisjonelt avstøp av et løpehjul tren-ger man matere og raisere for hver skovlkopp for å få god nok kvalitet på avstøpet. Dermed blir systemet av matere og raisere svært omfattende og dermed kostbart. To make a traditional casting of an impeller, you need to feed and raise for each bucket cup in order to get a good enough quality of the casting. Thus, the system of feeders and raisers becomes very extensive and thus expensive.

Sveisefeil og sveisereparasjon Welding defects and welding repair

Støping av en så komplisert form som et løpehjul av noe størrelse fører som regel til mange porer og andre støpefeil. Disse støpefeil er den største årsaken til at sprekker og brudd oppstår i løpehjulet. Støpefeil i løpehjul er dermed et stort problem. Å utbedre støpefeil i form av reparasjon-sveising på materialet som benyttes til Pelton-løpehjul er både tidkrevende og kostbart. Casting such a complicated shape as an impeller of any size usually leads to many pores and other casting defects. These casting defects are the biggest cause of cracks and breaks in the impeller. Casting defects in impellers are thus a major problem. Correcting casting defects in the form of repair welding on the material used for Pelton impellers is both time-consuming and expensive.

Ultralyd Ultrasound

Dessuten er det svært vanskelig å utføre ikke-destruktiv testing ved hjelp av ultralyd på det tradisjonelle Pelton-støpegodset på grunn av dets kompliserte overflategeometri. Det er for det tradisjonelle støpte løpehjulet vanskelig å få god kontakt mellom ultralydhodet og underlaget på grunn av en geometri med små krumningsradier. Det er i tillegg vanskelig å sikre at hele geometrien er kontrollert med ultralyd. Det er lett å overse enkelte områder når geometrien er komplisert og uoversiktlig. Also, it is very difficult to perform non-destructive testing using ultrasound on the traditional Pelton casting due to its complicated surface geometry. It is difficult for the traditional cast impeller to make good contact between the ultrasonic head and the substrate due to a geometry with small radii of curvature. It is also difficult to ensure that the entire geometry is checked with ultrasound. It is easy to overlook certain areas when the geometry is complicated and unclear.

Geometri Geometry

Et moderne løpehjul har en meget komplisert geometrisk form. Dette er for å oppnå god virkningsgrad og for å unngå kavitasjoner eller andre hydrauliske forstyrrelser av vannveien. I tillegg er det viktig med en geometrisk form som gir den nødvendige mekaniske styrke for å tåle den store påkjen-ningen skovlene er utsatt for. A modern impeller has a very complicated geometric shape. This is to achieve good efficiency and to avoid cavitation or other hydraulic disturbances of the waterway. In addition, it is important to have a geometric shape that provides the necessary mechanical strength to withstand the great stress the vanes are exposed to.

Løpehjulet støpes gjerne med så store toleranser at man kan maskinere og slipe skovlkoppene til riktig geometri hver for seg. Det er et problem at de ferdig slipte koppene ikke er lokalisert riktig i forhold til hverandre og videre at skovlkoppene har ulik deling rundt periferien eller er rotert om en akse i forhold til hverandre etter at den endelige skovl-geometrien er oppnådd. The impeller is often cast with such large tolerances that the vane cups can be machined and ground to the correct geometry individually. It is a problem that the finished cups are not located correctly in relation to each other and further that the bucket cups have different pitches around the periphery or are rotated about an axis in relation to each other after the final bucket geometry has been achieved.

Dette fører til redusert virkningsgrad og større mulig-heter for kavitasjon. Dessuten er det uheldig med hensyn på løpehjulets evne til å tåle den påkjenning det blir utsatt for. Hver skovlkopp får ved individuelle geometriske forskjeller ulik spenningsfordeling som fører til spennings-konsentrasjoner for enkelte skovlkopper, noe som igjen kan føre til sprekker og brudd. This leads to reduced efficiency and greater possibilities for cavitation. Moreover, it is unfortunate in terms of the impeller's ability to withstand the stress it is exposed to. Due to individual geometric differences, each bucket cup gets a different stress distribution, which leads to stress concentrations for individual bucket cups, which in turn can lead to cracks and breaks.

Maskinering Machining

Por å fjerne store mengder overflødig materiale på et støpt løpehjul-emne benyttes i dag konvensjonell NC-maskinering, som er definert ved at verktøybanen er tilnærmet radiell ut fra frese-verktøyet. Denne frese metoden har liten avsponing og er dermed svært tidkrevende der hvor mye materiale skal fjernes. To remove large amounts of excess material on a cast impeller blank, conventional NC machining is used today, which is defined by the tool path being approximately radial from the milling tool. This milling method has little chipping and is thus very time-consuming where a lot of material has to be removed.

Sliping Grinding

For å oppnå riktig geometrisk form på vannveien må det også slipes manuelt. Formen må til slutt kontrolleres med maler. Selve slipingen er en meget tidkrevende og kostbar operasjon. I tillegg representerer slipingen et miljøproblem for den som skal slipe, både i form av arbeidsstilling og støvplager. In order to achieve the correct geometric shape of the waterway, it must also be sanded manually. The shape must finally be checked with templates. The grinding itself is a very time-consuming and expensive operation. In addition, grinding represents an environmental problem for the person who has to grind, both in terms of working position and dust nuisance.

Påsveiste deler Welded-on parts

Ved at skovlkoppenes sidestykker eller ytterdeler er påsveiste, innføres en prosess i tillegg til støpe/smie-prosessen som er en kilde til porer og materialfeil. I tillegg er det et problem at sveiseprosessen tilfører konstruk-sjonen så mye varme at den deformeres. Dermed blir det vanskelig å sikre en korrekt geometri. Denne prosessen er også svært tidkrevende og kostbar. By having the side pieces or outer parts of the bucket cups welded on, a process is introduced in addition to the casting/forging process which is a source of pores and material defects. In addition, there is a problem that the welding process adds so much heat to the structure that it deforms. This makes it difficult to ensure a correct geometry. This process is also very time-consuming and expensive.

Oppbygging med sveis Construction with welding

Problemet med å bygge opp skovlkoppen med sveis er at sveisematerialet har svært liten seighet. Dette kan føre til et raskere brudd i skovlkoppen. Sveiseprosessen kan også føre til porer og andre sveisefeil som vil være en kilde til sprekker og skovlbrudd. Sveisemateriale er i tillegg svært dyrt og det tar lang tid å legge på tilstrekkelig sveis til å bygge opp samtlige skovlkopper. The problem with building up the bucket cup with welding is that the welding material has very little toughness. This can lead to a faster break in the bucket cup. The welding process can also lead to pores and other welding defects which will be a source of cracks and vane breakage. Welding material is also very expensive and it takes a long time to add enough weld to build up all the bucket cups.

Hensikten med foreliggende oppfinnelse er å eliminere de foran nevnte ulemper og å muliggjøre et løpehjul henholdsvis dets fremstilling på en kostnadsgunstig, virknings-gradsgunstig og styrkemessig gunstig måte. The purpose of the present invention is to eliminate the disadvantages mentioned above and to enable an impeller or its production in a cost-effective, efficiency-friendly and strength-wise manner.

En særlig hensikt med oppfinnelsen er å muliggjøre en fremstilling av et løpehjul ved bruk av støpegods eller eventuelt smigods på en fremstillingsteknisk, kostnadsmessig og virkningsgradsmessig gunstig måte. Støping er ifølge oppfinnelsen sterkt å foretrekke, slik det vil fremgå av det følgende. A particular purpose of the invention is to enable the production of an impeller using castings or possibly forgings in a manner that is advantageous in terms of production technology, cost and efficiency. Casting is, according to the invention, strongly preferable, as will be apparent from the following.

Nærmere bestemt tar således oppfinnelsen utgangspunkt i en fremgangsmåte ved fremstilling av løpehjul for peltonturbin omfattende en navskive og et antall skovlkopper rundt periferien av navskiven, idet et rundt, skiveformet utgangsemne med ytre diameter i det minste lik ytterdiameteren av det ferdige løpehjul, maskineres for utforming av skovlkoppene. Fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen er kjennetegnet ved at det anvendes et utgangsemne som rundt periferien har et aksielt tykkere parti enn tykkelsen av navskiven forøvrig, og at maskineringen for utforming av skovlkoppene i det vesentlige omfatter dykkfresing i det aksielt tykkere parti. Den foretrukne form for dykkfresing er å la freseverktøyet bevege seg i en bane tilnærmet parallelt med verktøyets egen akse. For å kunne fjerne alt ønskelig materiale benyttes tredimensjonal fresing en i femakset fresemaskin. More specifically, the invention thus takes as its starting point a method for manufacturing impellers for pelton turbines comprising a hub disk and a number of vane cups around the periphery of the hub disk, whereby a round, disc-shaped blank with an outer diameter at least equal to the outer diameter of the finished impeller is machined to form the scoop cups. The method according to the invention is characterized by the fact that a blank is used which around the periphery has an axially thicker part than the thickness of the hub disc otherwise, and that the machining for designing the bucket cups essentially comprises plunge milling in the axially thicker part. The preferred form of plunge milling is to let the milling tool move in a path approximately parallel to the tool's own axis. In order to be able to remove all the desired material, three-dimensional milling is used in a five-axis milling machine.

Emnet The subject

Ifølge oppfinnelsen foreslås det også en fremstilling av et løpehjul innbefattende skovlkopper og navskive, som inne-bærer at utgangsemnet har en prinsipiell rotasjons- symmetrisk form som omskriver hele det ferdig tilvirkede løpehjulet inklusive navskive og samtlige skovlkopper. Emnet kan modifi-seres noe fra den "ideelle" sirkulære form, ved å ha mindre utsparinger for mellomrommet mellom skovlkoppene. Dette kan særlig være fordelaktig ved støping av store emner, sammen-lignet med tilsvarende smidde emner. Nærmere bestemt er emnet for fremstilling av løpehjul for en peltonturbin, ifølge oppfinnelsen kjennetegnet ved at det har en rund skiveform med et aksielt tykkere periferisk parti enn tykkelsen av navskiven forøvrig. According to the invention, it is also proposed to produce an impeller including bucket cups and hub disk, which implies that the starting material has a principally rotationally symmetrical shape that circumscribes the entire finished impeller including hub disk and all bucket cups. The blank can be modified somewhat from the "ideal" circular shape, by having smaller recesses for the space between the paddle cups. This can be particularly advantageous when casting large workpieces, compared to corresponding forged workpieces. More specifically, the subject for manufacturing an impeller for a pelton turbine, according to the invention, is characterized by having a round disk shape with an axially thicker peripheral portion than the thickness of the hub disk otherwise.

Oppfinnelsen skal nå beskrives nærmere i form av et utførelseseksempel, hvor: Fig. 1 viser et snitt av utgangsemnet før maskinering. The invention will now be described in more detail in the form of an exemplary embodiment, where: Fig. 1 shows a section of the starting blank before machining.

Fig. 2 viser kontroll av utgangsemnet med ultralyd. Fig. 2 shows control of the starting material with ultrasound.

Fig. 3 viser dykkfresing av gods mellom hver skovlkopp. Fig. 3 shows plunge milling of goods between each bucket cup.

Fig. 4 viser et ferdig frest løpehjul, og Fig. 4 shows a finished milled impeller, and

Fig. 5 viser en modifisert form for utgangsemne. Fig. 5 shows a modified form of starting material.

På fig. 1 vises halvparten av tverrsnittet av et utgangsemne omfattende den egentlige navskive 1 og et tilhø-rende, integrert periferisk parti 2 som i aksiell retning har vesentlig større tykkelse enn skiven 1. Ved 3 indikeres rotasjonsaksen for det løpehjul som skal fremstilles, idet aksen 3 også er symmetriakse for utgangsemnet 1,2. Mens den egentlige navskive 1, bortsett fra festehull for bolter, maskineres videre i mindre grad, utgjør det tykkere parti 2 det gods som skal maskineres videre i vesentlig grad for å danne skovlkoppene i et ferdig Pelton-løpehjul. In fig. 1 shows half of the cross-section of a blank comprising the actual hub disc 1 and an associated, integrated peripheral part 2 which in the axial direction has a significantly greater thickness than the disc 1. At 3, the axis of rotation of the impeller to be produced is indicated, as axis 3 also is the axis of symmetry for the starting material 1,2. While the actual hub disc 1, apart from the attachment holes for bolts, is further machined to a lesser extent, the thicker part 2 constitutes the material to be further machined to a significant extent to form the vane cups in a finished Pelton impeller.

Det vil være mulig å fremstille et slikt emne ved smiing, men ifølge oppfinnelsen er det langt foretrukket å støpe emnet, særlig i betraktning av at tverrsnittsformen avviker betydelig fra en ren skiveform. På dette punktet er det av betydning at det tykkere parti 2 foretrekkes å være minst dobbelt så tykt som navskiven 1, sett i akseretningen 3. Dermed vil partiet 2 muliggjøre en tildannelse av ønskete antall skovler hvis ytre kontur sett i samme snittplan som på fig. 1, ligger omskrevet innenfor ytterkonturen av partiet 2. Dettes kontur er vist noe kantet på fig. 1, men ved støping vil det hensiktsmessig sørges for visse avrundinger av kontu-rene . It would be possible to produce such a blank by forging, but according to the invention it is far preferred to cast the blank, particularly in view of the fact that the cross-sectional shape deviates significantly from a pure disk shape. At this point, it is important that the thicker part 2 is preferably at least twice as thick as the hub disc 1, seen in the axial direction 3. Thus, the part 2 will enable the formation of the desired number of vanes whose outer contour seen in the same sectional plane as in fig. 1, is circumscribed within the outer contour of part 2. This contour is shown somewhat angular in fig. 1, but when casting it will be appropriate to ensure certain rounding of the contours.

Etter støping av emnet på fig. 1 og eventuelt noe grov-maskinering, blir det foretatt ikke-destruktiv testing, hvor særlig ultralyd-testing er aktuelt, slik som illustrert på fig. 2. Her er et ultralydhode 4 vist plassert mot en flate på det aksielt tykkere parti 2, med indikasjon av ultralyd-bølgenes forplantning i godset. Denne form for utgangsemne er velegnet for slik kontroll, slik at eventuelle støpefeil i materialet kan avdekkes. After casting the blank in fig. 1 and possibly some rough machining, non-destructive testing is carried out, where ultrasound testing in particular is relevant, as illustrated in fig. 2. Here, an ultrasound head 4 is shown placed against a surface on the axially thicker part 2, with an indication of the propagation of the ultrasound waves in the goods. This form of starting material is suitable for such control, so that any casting defects in the material can be detected.

Fig. 3 viser skjematisk hvordan maskinering av skovlkoppene 2A foretaes ved hjelp av dykkfresing, idet fresema-skinen er representert på figuren bare ved en holdedel 5 og selve dykkfrese-verktøyet 5A. I tillegg til rotasjon av verktøyet 5A utfører dette en aksiell bevegelse som antydet med piler på figuren. Holderen 5 med selve verktøyet 5A kan på vanlig måte instilles med varierende vinkler og stillinger i forhold til skovlkoppen 2A som arbeidsstykke, slik det er kjent ved femaksede fresemaskiner. Fig. 3 schematically shows how the machining of the bucket cups 2A is carried out by means of plunge milling, the milling rail being represented in the figure only by a holding part 5 and the plunge milling tool 5A itself. In addition to rotation of the tool 5A, this performs an axial movement as indicated by arrows in the figure. The holder 5 with the tool itself 5A can be set in the usual way with varying angles and positions in relation to the bucket cup 2A as a work piece, as is known for five-axis milling machines.

Et ferdig maskinert løpehjul er vist i oppriss og delvis snitt på fig. 4. En enkelt skovlkopp 2A er særskilt markert. Løpehjulet omfatter således et større antall identiske skovlkopper 2A. A finished machined impeller is shown in elevation and partial section in fig. 4. A single scoop cup 2A is separately marked. The impeller thus comprises a larger number of identical bucket cups 2A.

Til ytterligere illustrasjon viser fig. 5 i oppriss et utgangsemne 1 med en inntegnet skovlkopp 2A slik denne vil fremkomme ved dykkfresing som forklart ovenfor. Utgangsemner ifølge oppfinnelsen er i prinsippet utformet, særlig støpt, med en sirkulær ytre periferi, som vist ved 10 på fig. 5. En slik ren rotasjonssymmetri vil som forklart ovenfor, gi den enkleste og billigste støping. Imidlertid vil det i noen tilfeller kunne være en fordel å tildanne mindre utsparinger eller bølgeformer ved støpingen, slik at fordypninger som vist ved 11, 12 og 13 på fig. 5, vil være tilstede i utgangsemnet . Disse fordypningene blir plassert der hvor mellomrom mellom skovlene 2A beregnes å ligge. På denne måten blir maskineringen noe billigere og mindre tidkrevende, fordi det er mindre gods som skal fjernes for å tildanne skovlene 2A. Fortsatt blir imidlertid disse sin helhet formet ved dykkfresing som nevnte. Nærmere bestemt blir både de nødvendige mellomrom mellom skovlkoppene og skovlkoppene selv dykkfrest til riktig form og dimensjon. Som det vil innsees av fagfolk, er det særlig viktig at skovlkoppene innvendig blir nøyaktig maskinert. Sliping er som kjent en nødvendig avsluttende operasjon i så måte. For further illustration, fig. 5 in elevation of a starting blank 1 with an indented bucket cup 2A as it will appear during plunge milling as explained above. Blanks according to the invention are in principle designed, in particular cast, with a circular outer periphery, as shown at 10 in fig. 5. Such pure rotational symmetry will, as explained above, provide the simplest and cheapest casting. However, in some cases it could be an advantage to create smaller recesses or waveforms during casting, so that recesses as shown at 11, 12 and 13 in fig. 5, will be present in the starting subject. These recesses are placed where spaces between the vanes 2A are calculated to lie. In this way, the machining becomes somewhat cheaper and less time-consuming, because there is less material to be removed to form the vanes 2A. However, these are still shaped in their entirety by plunge milling as mentioned. More specifically, both the necessary spaces between the bucket cups and the bucket cups themselves are plunge milled to the correct shape and dimension. As will be appreciated by those skilled in the art, it is particularly important that the interior of the vane cups be accurately machined. Grinding is, as is well known, a necessary final operation in this respect.

Geometriunderlag støperi/smie Geometry base foundry/forge

Siden geometrien for det støpte/smidde emnet er svært mye enklere enn det tradisjonelle støpte løpehjulet hvor skovlkoppens geometri er beskrevet i detalj, vil tiden som går med til å ta frem geometrien som danner utgangspunktet for støpe-ri/smie reduseres betraktelig. Den geometrien som støperi eller smie skal ha, er bare et omriss av hele løpehjulet som er rotasjons-symmetrisk om løpehjulets senterlinje 3. Se fig. 1. Since the geometry of the cast/forged blank is much simpler than the traditional cast impeller where the geometry of the vane cup is described in detail, the time required to produce the geometry that forms the starting point for casting/forging will be considerably reduced. The geometry that the foundry or forge must have is just an outline of the entire impeller which is rotationally symmetrical about the impeller's center line 3. See fig. 1.

Støpeteknisk (tid, støpeform) Casting technology (time, mold)

Ved at utgangsemnet støpes i en rotasjons-symmetrisk form oppnår man flere fordeler. Støpeformene har for denne metoden en svært mye enklere geometri og kan lages svært mye raskere enn ved konvensjonell fremstilling i henhold til metode 1) som er omtalt innledningsvis. By casting the starting material in a rotationally symmetrical form, several advantages are achieved. For this method, the molds have a much simpler geometry and can be made much faster than with conventional production according to method 1) which is discussed at the beginning.

Matere og raisere Feed and raise

Støpeteknisk blir det nødvendige systemet av matere og raisere for tilførsel av smelte til støpeformen mye enklere. Det gjør at prosessen blir svært mye billigere og mindre tidkrevende. In terms of casting technology, the necessary system of feeders and risers for the supply of melt to the mold becomes much simpler. This makes the process much cheaper and less time-consuming.

Støpeteknisk (støpefeil, sveisereparasjon) Casting technical (casting defects, welding repair)

Den massive formen av utgangsemnet representerer på grunn av den enkle geometrien og den kompakte formen en støpe-tek-nisk enklere oppgave. Det medfører at man vesentlig reduserer sannsynligheten for støpefeil i avstøpet. Dermed reduseres sannsynligheten for sprekker og brudd i løpehjulet under drift. I tillegg reduseres også antall sveisereparasjoner. Due to the simple geometry and the compact shape, the massive form of the starting blank represents a simpler casting task. This means that the probability of casting defects in the casting is significantly reduced. This reduces the likelihood of cracks and breaks in the impeller during operation. In addition, the number of welding repairs is also reduced.

Ultralyd Ultrasound

Det massive støpe-godset består av plane eller koniske flater med stor eller uendelig krumningsradius. På disse flatene er det svært enkelt å gjennomføre ikke-destruktiv testing ved hjelp av ultralyd. Emnet er svært oversiktlig, så det er enkelt å sikre at 100% av emnet er kontrollert. Dermed vil alle feil som det er mulig å finne ved hjelp av ultralyd oppdages. Dette reduserer sannsynligheten for sprekker og brudd i løpehjulet vesentlig. En annen viktig fordel med denne metoden er at man med den enkle geometriske formen på utgangsemnet kan automatisere ultralyd-testingen. Dermed kan denne prosessen utføres raskt, sikkert og kostnadseffektivt. The solid castings consist of flat or conical surfaces with a large or infinite radius of curvature. On these surfaces, it is very easy to carry out non-destructive testing using ultrasound. The subject is very clear, so it is easy to ensure that 100% of the subject is checked. Thus, all defects that can be found using ultrasound will be detected. This significantly reduces the likelihood of cracks and breaks in the impeller. Another important advantage of this method is that, with the simple geometric shape of the starting material, the ultrasonic testing can be automated. Thus, this process can be carried out quickly, safely and cost-effectively.

Dykkfresing Plunge milling

Ved at frese-verktøyet går aksielt inn i emnet (se fig. 3) kan man fjerne mer materiale per kutt. Verktøyet tåler større påkjenning i denne aksielle retningen og kan dermed være i et større inngrep i emnet (dvs. flere verktøy-skjær i inngrep). Kombinasjonen av formen på løpehjulet og at det er så store masser som skal maskineres bort, gjør at dykkfresing egner seg svært godt. Dermed reduseres maskineringstiden til om lag det halve. Det fører også til at oppspenningen av emnet forenkles og at tiden for dette også reduseres. As the milling tool moves axially into the workpiece (see fig. 3), more material can be removed per cut. The tool withstands greater stress in this axial direction and can thus be in a greater engagement in the workpiece (i.e. more tool edges in engagement). The combination of the shape of the impeller and the fact that there are such large masses to be machined away means that plunge milling is very suitable. This reduces the machining time to about half. It also means that the preparation of the subject is simplified and that the time for this is also reduced.

Geometri Geometry

En viktig fordel med oppfinnelsen er at man oppnår en helt perfekt vannvei på skovlkoppens over- og underside da den ferdige vannveien kan tilveiebringes som et resultat av en tredimensjonal fresing i en femakset maskin. Det vil heller ikke bli noen individuelle forskjeller mellom skovlkoppene og de vil alle være plassert korrekt i forhold til hverandre. En slik bedret geometri har betydning for turbinens virkningsgrad. Løpehjul av den typen det her er tale om vil typisk være i drift i 10-30 år. Bare små virkningsgradsforbedringer vil derfor være av meget stor økonomisk betydning. An important advantage of the invention is that a completely perfect waterway is achieved on the top and bottom of the bucket cup as the finished waterway can be provided as a result of three-dimensional milling in a five-axis machine. There will also be no individual differences between the scoop cups and they will all be positioned correctly in relation to each other. Such an improved geometry is important for the turbine's efficiency. Scooters of the type in question here will typically be in operation for 10-30 years. Only small efficiency improvements will therefore be of very great economic importance.

Det er også en fordel at alle skovlkoppene er identiske og riktig plassert i forhold til hverandre med hensyn på spenningsfordelingen i løpehjulet. Løpehjulet vil nå få en identisk spenningsfordeling for alle skovlkopper uten noen form for spenningskonsentrasjon som følge av geometriske ulikheter på skovlkoppene. Dette vil redusere sannsynligheten for sprekker og brudd i løpehjulet og vil dermed øke løpe-hjulets levetid. En sprekk eller et brudd som oppstår under drift av turbinen må umiddelbart repareres. Dermed må turbinen stanses og resultatet er store inntektstap. It is also an advantage that all the vane cups are identical and correctly positioned in relation to each other with regard to the distribution of tension in the impeller. The impeller will now have an identical stress distribution for all bucket cups without any form of stress concentration as a result of geometric differences on the bucket cups. This will reduce the likelihood of cracks and breaks in the impeller and will thus increase the lifetime of the impeller. A crack or break that occurs during operation of the turbine must be repaired immediately. As a result, the turbine must be stopped and the result is a large loss of income.

Ingen sveiser No welding

Det at løpehjulet består av et massivt stålstykke uten påsveiste deler har vesentlige fordeler. Man unngår dermed sveisesoner med innebygde spenninger og fare for sveisefeil. I tillegg vil geometrien ikke påvirkes av trekninger i materialet på grunn av høye sveisetemperaturer. The fact that the impeller consists of a solid piece of steel with no welded parts has significant advantages. This avoids welding zones with built-in stresses and the risk of welding errors. In addition, the geometry will not be affected by drafts in the material due to high welding temperatures.

Claims

1. Method for manufacturing impellers for pelton turbines comprising a hub disk (1) and a number of vane cups (2A) around the periphery of the hub disk, a round, disc-shaped blank (1,2) with an outer diameter at least equal to the outer diameter of the finished impeller , is machined to shape the bucket cups (2A), characterized by that a blank is used which around the periphery has an axially thicker part (2) than the thickness of the hub disc (1) otherwise, and that the machining for designing the vane cups (2A) essentially comprises plunge milling (5) in the axially thicker part (2) ).

2. Method according to claim 1, characterized by that the starting material (1,2) is produced by casting.

3. Method according to claim 2, characterized by that the axially thicker part (2) is at least twice as thick as the rest of the hub disc (1).

4. Method according to claim 2 or 3, characterized by that the outer periphery of the starting blank is circular.

5. Method according to claim 2 or 3, characterized by that the outer periphery (10) of the output blank (1,2) is in principle circular, but designed with preferably rounded recesses or wave-shaped depressions (11,12,13) in places corresponding to calculated locations of spaces between the paddle cups (2A).

6. Method according to one of claims 1-5, characterized by that the plunge milling (5) is carried out by three-dimensional milling in a five-axis milling machine.

7. Subject for the manufacture of impellers for a pelton turbine, characterized by that it has a round disk shape with an axially thicker peripheral part (2) than the thickness of the hub disk (1) otherwise.

8. Subject according to claim 7, characterized by the fact that it is produced by casting.

9. Subject according to claim 7 or 8, characterized by that the axially thicker peripheral part (2) is at least twice as thick as the rest of the hub disc (1).

10. Subject according to claim 7, 8 or 9, characterized by that it has an outer periphery (10) which is in principle circular, but is optionally designed with preferably rounded recesses or wave-shaped depressions (11,12,13) in places corresponding to calculated locations of spaces between the paddle cups (2A).