NO325848B1

NO325848B1 - Process for producing a hydraulic turbine component

Info

Publication number: NO325848B1
Application number: NO20032366A
Authority: NO
Inventors: Jean-Marie Auguste Roman; Georges-Auguste Rossi; Christophe Jean-Philippe Blois; Pierre-Yves Olivier Lowys
Original assignee: Alstom Power Nv
Priority date: 2000-11-27
Filing date: 2003-05-26
Publication date: 2008-07-28
Also published as: WO2002042638A1; EP1337753B1; FR2817283B1; FR2817283A1; PT1337753E; NO20032366L; EP1337753A1; NO20032366D0; AU2002222050A1; PE20020879A1

Description

Oppfinnelsen vedrører en hydraulisk komponent og en fremgangsmåte til fremstilling av en slik komponent. The invention relates to a hydraulic component and a method for manufacturing such a component.

En hydraulisk komponent forstås å bety ethvert element som er i stand til samvirke med en strøm av vann, og for eksempel en turbinskovl av Pelton-typen, en ledeskovl for en strøm, et turbinblad av Kaplan-typen eller et turbinhjul av Francis-typen. A hydraulic component is understood to mean any element capable of interacting with a flow of water, and for example a Pelton-type turbine blade, a flow guide vane, a Kaplan-type turbine blade or a Francis-type turbine wheel.

Det er kjent, for eksempel fra WO-A-99/49213 eller fra EP-A-0 902 183, å fremstille skovlene for et Pelton-turbinhjul av komposittmaterialer. Det er imidlertid en vanskelig sak å bestemme disse skovlene, og det er nødvendig å gå frem iterativt ved å fremstille suksessive prototyper, for å bestemme en tilfredsstillende geometri for disse skovlene. It is known, for example from WO-A-99/49213 or from EP-A-0 902 183, to produce the blades for a Pelton turbine wheel from composite materials. However, determining these vanes is a difficult matter, and it is necessary to proceed iteratively by manufacturing successive prototypes, in order to determine a satisfactory geometry for these vanes.

I virkeligheten er det ikke mulig effektivt å bruke en fremgangsmåte til beregning, for eksempel ved hjelp av ferdige elementer, basert på analyse av et isotropt materiale, så som metall, hvilket vanligvis utføres for metallskovler. I tilfellet av en skovl som er laget av komposittmaterialer er strukturen i materialet anisotropt, og den ovennevnte fremgangsmåte kan ikke brukes effektivt, og prøving og feiling som forlenger utvik-lingen av disse skovlene gjør den følgelig kostbar. In reality, it is not possible to effectively use a method of calculation, for example using finite elements, based on the analysis of an isotropic material, such as metal, which is usually carried out for metal vanes. In the case of a vane made of composite materials, the structure of the material is anisotropic, and the above method cannot be used effectively, and the trial and error that prolongs the development of these vanes consequently makes it expensive.

Tilsvarende problemer forekommer for andre hydrauliske komponenter som også må modelleres med hensyn på at de må bestemmes før fremstilling. Similar problems occur for other hydraulic components which must also be modeled with regard to the fact that they must be determined before manufacture.

Det er en særlig hensikt med oppfinnelsen å overvinne disse ulempene ved å foreslå en ny struktur for en hydraulisk komponent som tillater en pålitelig og nøyaktig bestemmelse av disse delelementene, og følgelig en effektiv modellering. Dette forårsaker en ikke-neglisjerbar tidsbesparelse ved utvikling av denne komponenten, og man unngår systematisk å bruke kostbare prototyper. It is a particular purpose of the invention to overcome these disadvantages by proposing a new structure for a hydraulic component which allows a reliable and accurate determination of these sub-elements, and consequently an efficient modelling. This causes a non-negligible time saving when developing this component, and one systematically avoids using expensive prototypes.

Innenfor denne tankegang vedrører oppfinnelsen en hydraulisk komponent som omfatter minst en flate som er tiltenkt å samvirke med en strøm av vann, idet flaten fremkom-mer ved forming eller støping av komposittmaterialer, karakterisert ved at komponenten omfatter to huder som respektive utgjør trykkflaten og sugeflaten av komponenten, som er fremstilt ved forming eller støping av komposittmaterialer, og som mellom seg avgrenser et innvendig volum hvor det er anordnet avstivningsribber hvorav i det minste visse forbinder de to huder. Within this line of thinking, the invention relates to a hydraulic component which comprises at least one surface which is intended to interact with a flow of water, the surface being produced by shaping or casting composite materials, characterized in that the component comprises two skins which respectively make up the pressure surface and the suction surface of the component, which is produced by shaping or casting composite materials, and which between them delimits an internal volume where stiffening ribs are arranged, at least some of which connect the two skins.

Takket være oppfinnelsen kan det utføres en nøyaktig beregning av den dynamiske opp-førsel til hvert element i komponenten. Særlig kan de to huder som respektive utgjør trykkflaten og sugeflaten i komponenten, modelleres som overflater, idet lokaliseringen og geometrien av avstivningsribbene i dette tilfellet bestemmes for å forsterke de deler av komponenten som er sterkest belastet fra mekanisk synspunkt. Thanks to the invention, an accurate calculation of the dynamic behavior of each element in the component can be carried out. In particular, the two skins which respectively make up the pressure surface and the suction surface in the component can be modeled as surfaces, the localization and geometry of the stiffening ribs being determined in this case to reinforce the parts of the component that are most heavily loaded from a mechanical point of view.

Ifølge fordelaktige aspekter ved oppfinnelsen inkorporerer komponenten et eller flere av de følgende karakteristika: Det innvendige volum med de ovennevnte flater fylles med syntetisk skum og/eller en cellestruktur mellom de ovennevnte ribber. En slik fylling øker stivheten og dimensjonsstabiliteten til komponenten. According to advantageous aspects of the invention, the component incorporates one or more of the following characteristics: The internal volume with the above-mentioned surfaces is filled with synthetic foam and/or a cellular structure between the above-mentioned ribs. Such filling increases the stiffness and dimensional stability of the component.

Minst en av hudene som danner trykkflaten eller sugeflaten, er lokalt belagt med en beskyttelse mot slitasje eller støt. Denne beskyttelsen kan dannes med minst en metallinnsats som er integrert i eller festet på huden. Denne beskyttelsen kan også være At least one of the skins forming the pressure surface or the suction surface is locally coated with a protection against wear or impact. This protection can be formed with at least one metal insert that is integrated into or attached to the skin. This protection can also be

dannet av en elektrolytisk avsetning som er basert på metall, idet huden dannes, i området for denne avsetningen, av et tekstil eller en matte med visse tråder eller fibrer som er forsterket med metall eller som er metalliske. formed by an electrolytic deposit which is based on metal, the skin being formed, in the area of this deposit, by a textile or mat with certain threads or fibers which are reinforced with metal or which are metallic.

I det minst visse av ribbene er i ett stykke med en av hudene. Dette karakteristis-ke trekk letter sammenstilling av komponenten, som hovedsakelig omfatter to huder, uten at det er nødvendig å tilveiebringe en nøyaktig posisjonering av ribbene under sammenstilling. At least some of the ribs are in one piece with one of the skins. This characteristic feature facilitates assembly of the component, which mainly comprises two skins, without it being necessary to provide an accurate positioning of the ribs during assembly.

Ifølge en første fordelaktig form for utførelse av oppfinnelsen omfatter komponenten essensielt en struktur som er laget av komposittmaterialer, inkludert de ovennevnte huder. According to a first advantageous embodiment of the invention, the component essentially comprises a structure made of composite materials, including the above-mentioned skins.

Ifølge en annen fordelaktig form for utførelse av oppfinnelsen omfatter komponenten en metallstruktur på hvilken det er påsatt en struktur av komposittmateriale som inkluderer i det minste de to huder. According to another advantageous form of embodiment of the invention, the component comprises a metal structure on which a structure of composite material is attached which includes at least the two skins.

Oppfinnelsen vedrører bestemte typer av komponenter, og mer spesifikt en hjulskovl av Pelton-turbintypen hvor de to huder mellom seg avgrenser et volum for mottak av et fremspring på en ledekrans på turbinen. En Pelton-turbin ifølge oppfinnelsen har en ledekrans hvor fremspringene har flater som er hovedsakelig parallelle to og to. I dette tilfellet er det fortrinnsvis anordnet et mellomrom mellom en flate på et fremspring på ledekransen og en motstående flate på en av de ovennevnte huder, idet dette mellomrommet enten er fylt med et fyllmateriale, særlig et syntetisk skum eller en cellestruktur, eller man har latt det være tomt. The invention relates to certain types of components, and more specifically to a wheel vane of the Pelton turbine type where the two skins between them define a volume for receiving a projection on a guide ring on the turbine. A Pelton turbine according to the invention has a guide ring where the protrusions have surfaces which are essentially parallel two and two. In this case, a space is preferably arranged between a surface on a projection on the guide ring and an opposite surface on one of the above-mentioned skins, this space being either filled with a filling material, in particular a synthetic foam or a cellular structure, or one has allowed it be empty.

Oppfinnelsen vedrører også et Kaplan-turbinblad som omfatter en plate for forbindelse til et nav og et steg. I dette tilfellet omfatter avstivningsribbene minst en ribbe som hovedsakelig er anordnet i omkretsretningen i forhold til navets rotasjonsakse. I tillegg kan steget i bladet være anordnet for å ha et metallisk steg som en eller flere ribber strekker seg gjennom. Det kan være tilveiebrakt midler for immobilisering av de to huder av steget i forhold til platen eller en lagertapp som tilhører platen. Avhengig av formene for utførelse omfatter disse midlene en ring, som er anordnet rundt navet og de ovennevnte huder, eller et element for blokkering av kantene av disse hudene, i en posisjon hvor de dekker en flens på navet. The invention also relates to a Kaplan turbine blade which comprises a plate for connection to a hub and a step. In this case, the stiffening ribs comprise at least one rib which is mainly arranged in the circumferential direction in relation to the axis of rotation of the hub. In addition, the step in the blade may be arranged to have a metallic step through which one or more ribs extend. Means may be provided for immobilizing the two skins of the step in relation to the plate or a bearing pin belonging to the plate. Depending on the forms of execution, these means comprise a ring, which is arranged around the hub and the above-mentioned skins, or an element for blocking the edges of these skins, in a position where they cover a flange on the hub.

Oppfinnelsen vedrører også en fremgangsmåte til fremstilling av en hydraulisk komponent som er tidligere beskrevet, og mer bestemt en fremgangsmåte under hvilken i det minste en del av komponenten fremstilles av komposittmaterialer. Denne fremgangsmåten omfatter trinn som består av: ved beregning bestemmelse av geometrien og sammensetningen av trykkflaten og sugeflaten for komponenten, så vel som for avstivningsribbene; The invention also relates to a method for manufacturing a hydraulic component that has been previously described, and more specifically to a method in which at least part of the component is manufactured from composite materials. This method comprises steps consisting of: determining by calculation the geometry and composition of the pressure surface and the suction surface of the component, as well as of the stiffening ribs;

forming av en hud som er tiltenkt å danne trykkflaten; forming a skin intended to form the pressure surface;

forming av en hud som er tiltenkt å danne sugeflaten; forming a skin intended to form the suction surface;

forming av minst en avstivningsribbe, eventuelt samtidig som forming av en av hudene, og forming at least one stiffening rib, possibly at the same time as forming one of the skins, and

sammenstilling av komponenten ved å anordne ribben i et innvendig volum i komponenten som er avgrenset mellom hudene. assembly of the component by arranging the rib in an internal volume in the component which is delimited between the skins.

Fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen tillater en aktualisering av fremstillingen av de hydrauliske komponenter og en god reproduserbarhet av deres mekaniske egenskaper. Det bestemte komposittet er et resultat av valget av de materialer som brukes. Disse hudene og denne ribben formes fortrinnsvis i samme trinn. The method according to the invention allows an actualization of the production of the hydraulic components and a good reproducibility of their mechanical properties. The particular composite is a result of the choice of the materials used. These skins and this rib are preferably formed in the same step.

Ifølge et første fordelaktig aspekt av oppfinnelsen fylles dette volumet med et fyllmateriale, av skumtypen og/eller cellestrukturtypen. According to a first advantageous aspect of the invention, this volume is filled with a filling material, of the foam type and/or cell structure type.

Ifølge et annet fordelaktig aspekt av oppfinnelsen består fremgangsmåten i å forme hudene og ribben av en matte av fibrer som på forhånd er gjennomtrukket med harpiks. According to another advantageous aspect of the invention, the method consists in shaping the skins and ribs from a mat of fibers which have been previously impregnated with resin.

Ifølge et annet fordelaktig aspekt består fremgangsmåten i bruk av, for de ytre lag av hudene og i det minste visse områder av komponenten, metallfibrer eller fibrer som er forsterket med metall, som er kompatible med en etterfølgende elektrolyttavsetning i de aktuelle områdene. According to another advantageous aspect, the method consists in the use of, for the outer layers of the skins and at least certain areas of the component, metal fibers or fibers reinforced with metal, which are compatible with a subsequent electrolyte deposition in the relevant areas.

Oppfinnelsen vil klarere forstås og andre fordeler med denne vil fremtre klarere i lys av den følgende beskrivelse av fem former for utførelse av en hydraulisk komponent i samsvar med dens prinsipp og dens fremgangsmåte til fremstilling, kun gitt som et eksempel og foretatt med henvisning til de ledsagende tegninger, hvor: Fig. 1 er et utspilt perspektivriss av en skovl for et Pelton-turbinhjul ifølge oppfinnelsen, med et delvis riss av hjulets ledekrans; Fig. 2 viser et tverrsnitt gjennom skovlen på fig. 1 etter at den er sammenstilt; Fig. 3 viser en del av et halvveis snitt gjennom innfestingsområdet for et Pelton-turbinhjul som er forsynt med en skovl av den type som er vist på fig. 1 og 2; Fig. 4 viser en del av et snitt som tilsvarer den venstre del av fig. 2 for en skovl i samsvar med en annen form for utførelse av oppfinnelsen; Fig. 5 viser en del av et snitt som tilsvarer den høyre del av fig. 2 for en skovl i samsvar med en tredje form for utførelse av oppfinnelsen; Fig. 6 er et perspektivriss hvor deler er fjernet av et Kaplan-turbinblad ifølge oppfinnelsen; The invention will be more clearly understood and other advantages thereof will appear more clearly in the light of the following description of five forms of embodiment of a hydraulic component in accordance with its principle and its method of manufacture, given by way of example only and made with reference to the accompanying drawings, where: Fig. 1 is an exploded perspective view of a blade for a Pelton turbine wheel according to the invention, with a partial view of the wheel's guide ring; Fig. 2 shows a cross-section through the vane in fig. 1 after it is assembled; Fig. 3 shows part of a half-way section through the attachment area for a Pelton turbine wheel which is provided with a vane of the type shown in fig. 1 and 2; Fig. 4 shows part of a section corresponding to the left part of fig. 2 for a vane in accordance with another embodiment of the invention; Fig. 5 shows part of a section corresponding to the right part of fig. 2 for a vane in accordance with a third embodiment of the invention; Fig. 6 is a perspective view where parts have been removed of a Kaplan turbine blade according to the invention;

Fig. 7 viser et snitt i planet VII-VII på fig. 6; og Fig. 7 shows a section in plane VII-VII in fig. 6; and

Fig. 8 er et riss som tilsvarer fig. 7, for et Kaplan-turbinblad ifølge en annen form for utførelse av oppfinnelsen. Fig. 8 is a view corresponding to fig. 7, for a Kaplan turbine blade according to another embodiment of the invention.

Skovlen 1 som er vist på fig. 1 og 2 er tiltenkt å monteres på ledekransen 2 på et Pelton-turbinhjul, idet denne ledekransen er forsynt med radiale fremspring 21 som omfatter flater 23 og 24, som står vinkelrett på den sentrale akse i ledekransen 2, og flater 25 og 26 som respektive er orientert mot tilstøtende fremspring. Flatene 23 og 24 er parallelle med hverandre og flatene 25 og 26 er parallelle med hverandre. The bucket 1 shown in fig. 1 and 2 are intended to be mounted on the guide ring 2 of a Pelton turbine wheel, this guide ring being provided with radial projections 21 comprising surfaces 23 and 24, which are perpendicular to the central axis of the guide ring 2, and surfaces 25 and 26 as respective is oriented towards adjacent protrusions. The surfaces 23 and 24 are parallel to each other and the surfaces 25 and 26 are parallel to each other.

Skovlen 1 utgjøres av en første hud 11 som danner dens trykkflate, og av en andre hud 12 som danner dens sugeflate, idet disse hudene er laget ved å stable lag av komposittmateriale som er dannet av karbon-, glass- eller aramidforsterkede fibrer i form av et tekstil, en overlapping, en remse, en matte eller korte fibrer som på forhånd er gjennomtrukket med termoplastharpiks eller duroplastharpiks som er basert på polyester, epok-sy, poly-eter-eter-keton, vinylester, polyvinyl, polyamid, uretan osv. The bucket 1 consists of a first skin 11 which forms its pressure surface, and of a second skin 12 which forms its suction surface, these skins being made by stacking layers of composite material which are formed from carbon, glass or aramid reinforced fibers in the form of a textile, an overlap, a strip, a mat or short fibers pre-coated with thermoplastic resin or duroplast resin which is based on polyester, epoxy, poly-ether-ether-ketone, vinyl ester, polyvinyl, polyamide, urethane, etc.

Ifølge en variant kan en matte eller et tekstil være dannet av tørre fibrer, idet matten eller tekstilet innføres i en form hvor harpiksen som sammen med matten eller tekstilet er tiltenkt å danne en av hudene 11 og 12, injiseres under trykk. According to a variant, a mat or a textile can be formed from dry fibres, the mat or the textile being introduced into a mold where the resin which together with the mat or the textile is intended to form one of the skins 11 and 12, is injected under pressure.

Andre formingsteknikker kan utføres, så som posisjonering av en fibrøs preform, som på forhånd er bygget opp i en bestemt bearbeiding med en mellomlagsbinding, eller samtidig innsprøyting av harpiks og av korte fibrer. Other forming techniques can be carried out, such as the positioning of a fibrous preform, which has been built up in advance in a certain processing with an interlayer bond, or the simultaneous injection of resin and of short fibers.

Geometrien til hudene 11 og 12 og posisjoneringen av armeringsfibrene i disse hudene kan på forhånd bestemmes nøyaktig ved beregning, uansett hvilken ferdig tykkelse skovlen 1 har så snart den sistnevnte er sammenstilt. The geometry of the skins 11 and 12 and the positioning of the reinforcing fibers in these skins can be precisely determined in advance by calculation, regardless of the finished thickness of the vane 1 as soon as the latter is assembled.

Så snart de er sammenstilt, danner hudene 11 og 12 en boksstruktur og avgrenser mellom seg et volum V, innenfor hvilket det er anordnet avstivningsribber 13 med et hovedsakelig l-formet tverrsnitt, som vist på fig. 1 og 2. Så snart den er sammenstilt, som vist på fig. 1, er skovlen 1 stiv og kan uten å skades bære kraftige mekaniske belast-ninger, så som de som finnes på nivået for et Pelton-turbinhjul. As soon as they are assembled, the skins 11 and 12 form a box structure and delimit between them a volume V, within which are arranged stiffening ribs 13 with a mainly l-shaped cross-section, as shown in fig. 1 and 2. As soon as it is assembled, as shown in fig. 1, the vane 1 is rigid and can without damage bear heavy mechanical loads, such as those found at the level of a Pelton turbine wheel.

Hudene 11 og 12 tar opp trekk/trykkspenninger som skovlen utsettes for, og til og med bøyespenninger som er et resultat av strømmen av vann. Avstivningsribbene tar opp trykk- og skjærspenninger som overføres av hudene. The skins 11 and 12 take up tensile/compressive stresses to which the vane is subjected, and even bending stresses which are a result of the flow of water. The stiffening ribs take up compressive and shear stresses transmitted by the skins.

Ribbene 13 er også laget ved forming av komposittmaterialer. De kan være monolittiske eller bygges opp ved å plassere lag ved siden av hverandre, eller sandwich, av typen laminert stmkturellkompositf syntetisk skum/laminert strukturellkompositt. De kan imidlertid like godt være laget av metall eller en metallegering. The ribs 13 are also made by forming composite materials. They can be monolithic or built up by placing layers next to each other, or sandwich, of the laminated structural composite or synthetic foam/laminated structural composite type. However, they may as well be made of metal or a metal alloy.

Ribbene 13 er på figurene vist parallelle med midtplanet P i skovlen 1. Andre ribber kan imidlertid om nødvendig anordnes i en retning som står hovedsakelig vinkelrett på dette planet. In the figures, the ribs 13 are shown parallel to the center plane P in the vane 1. However, if necessary, other ribs can be arranged in a direction which is mainly perpendicular to this plane.

En metallinnsats 14 er anordnet på midtkanten 15 av skovlen som er dannet av huden 11. Denne innsatsen 14 er festet på huden 11 med skruer, hvorav kun en synes på fig. 2, med henvisning 16. Innsatsen 14 kan like godt være limt på huden 11 eller festet med et hvert annet middel, for eksempel nagler. A metal insert 14 is arranged on the middle edge 15 of the blade which is formed by the skin 11. This insert 14 is fixed on the skin 11 with screws, only one of which is visible in fig. 2, with reference 16. The insert 14 can just as well be glued to the skin 11 or fixed by any other means, for example rivets.

En flerhet av innsatser av samme type som innsatsen 14 kan selvsagt brukes på de for-skjellige forkanter av skovlen. A plurality of inserts of the same type as the insert 14 can of course be used on the different leading edges of the blade.

Ribbene 13 er fortrinnsvis limt mot de innvendige flatene 1 la og 12a av hudene 11 og 12 som avgrenser volumet V. The ribs 13 are preferably glued to the inner surfaces 1 la and 12 a of the skins 11 and 12 which delimit the volume V.

Hudene 11 og 12 har sidevanger 1 lb og 12b som er gjennomhullet med åpninger lic henholdsvis 12c, for gjennomføring av skruer 17 for fastholdelse av skovlen 1 på fremspringet 21 og ekvivalente skovler på de andre fremspring på ledekransen 2, som vist på fig. 3. Geometrien til hudene 11 og 12 av skovlen 1 og av fremspringet 21 er slik at sidevangene 1 lb og 12b er anordnet for å komme til anlegg mot flatene 23 og 24 som de kan limes på, i tillegg til den mekaniske innfesting på grunn av skruene 17. Et volum V er avgrenset mellom flaten 26 på hvert fremspring 21 og en flate 12d på huden 12 som forbinder sidevanger 12b i den nedre del av huden 12. Dette volumet V er fortrinnsvis fylt med et skum 18 som sikrer en effektiv posisjonering av skovlen 1 i forhold til fremspringet 21.1 en variant kan man la volumet V være tomt. The skins 11 and 12 have side rails 1 lb and 12b which are pierced with openings 11c and 12c respectively, for the passage of screws 17 for retaining the vane 1 on the projection 21 and equivalent vanes on the other projections on the guide ring 2, as shown in fig. 3. The geometry of the skins 11 and 12 of the vane 1 and of the projection 21 is such that the sidewalls 1 lb and 12b are arranged to come into contact with the surfaces 23 and 24 to which they can be glued, in addition to the mechanical attachment due to the screws 17. A volume V is delimited between the surface 26 of each projection 21 and a surface 12d on the skin 12 which connects the side rails 12b in the lower part of the skin 12. This volume V is preferably filled with a foam 18 which ensures an efficient positioning of the vane 1 in relation to the projection 21.1 a variant, the volume V can be left empty.

Mellomlegg 19 er anordnet mellom sidevangene 12b og flatene 23 og 24 for å kompen-sere for forskjellen i avstanden mellom sidevangene 12b og bredden av fremspringene 21, idet denne forskjellen i bredde muliggjør inngrep mellom huden 11 og huden 12 ved det nivå hvor sidevangene 1 lb og 12b overlapper hverandre og krysses av en eller flere skruer 17. Intermediate cover 19 is arranged between the side walls 12b and the surfaces 23 and 24 to compensate for the difference in the distance between the side walls 12b and the width of the projections 21, this difference in width enabling engagement between the skin 11 and the skin 12 at the level where the side walls 1 lb and 12b overlap each other and are crossed by one or more screws 17.

På fig. 3 er, for å gjøre tegningen klarere, turbinen vist før skruene 17 er trukket til. In fig. 3, to make the drawing clearer, the turbine is shown before the screws 17 are tightened.

I den annen form for utførelse som er vist på fig. 4, har elementer som tilsvarer de i den første utførelsen, identiske henvisninger økt med 50.1 denne utførelsen omfatter skovlen 51 en trykkflatehud 61 og en sugeflatehud 62 som mellom seg avgrenser et innvendig volum V. I dette volumet V tjener ribbene 63 til å avstive skovlen 51, i likhet med ribbene 13 i den første utførelse. In the second form of embodiment shown in fig. 4, elements corresponding to those in the first embodiment have identical references increased by 50.1 this embodiment, the vane 51 comprises a pressure surface skin 61 and a suction surface skin 62 which between them delimit an internal volume V. In this volume V, the ribs 63 serve to stiffen the vane 51 , like the ribs 13 in the first embodiment.

Disse ribbene 63 er i ett stykke med sugeflatehuden 62, og kommer til anlegg mot den innvendige flate 61a av huden 61. These ribs 63 are in one piece with the suction surface skin 62, and come into contact with the inner surface 61a of the skin 61.

Ribbene 63 kan selvsagt være anordnet slik at de er i én del med huden 61 og strekker seg i retning av huden 62. The ribs 63 can of course be arranged so that they are in one part with the skin 61 and extend in the direction of the skin 62.

Volumet V er fylt med en masse 69 av organisk skum som også bidrar til økningen i dimensjonsstabilitet av skovlen 51 og dens bøyestivhet. The volume V is filled with a mass 69 of organic foam which also contributes to the increase in dimensional stability of the vane 51 and its bending stiffness.

I dens del som danner midtkanten 65 i skovlen 51, er huden 61 belagt med et elektrolytisk belegg 70 som har til hensikt å beskytte huden 61. En slik avsetning kan være anordnet på alle forkantene av skovlen. In its part which forms the middle edge 65 of the blade 51, the skin 61 is coated with an electrolytic coating 70 which is intended to protect the skin 61. Such a deposit can be arranged on all the front edges of the blade.

For å muliggjøre et effektivt inngrep eller vedheft med dette belegget 70 på huden 61 er imidlertid visse av armeringsfibrene i huden 61 i området ved midtkanten 65 og andre forkanter anordnet til å være metalliske fibrer, idet dette muliggjør et nært inngrep med avsetningen 70 på disse fibrene, og man unngår at belegget løsner. In order to enable an effective engagement or adhesion with this coating 70 on the skin 61, however, certain of the reinforcing fibers in the skin 61 in the area of the central edge 65 and other leading edges are arranged to be metallic fibers, this enabling a close engagement with the deposit 70 on these fibers , and the coating is prevented from loosening.

I den tredje form for utførelse av oppfinnelsen vist på fig. 5, har elementer som tilsvarer de som er i den første utførelse, henvisninger økt med 100. Skovlen 101 i denne utførel-sen er dannet av en trykkflatehud 111 og en sugeflatehud 112 som mellom seg avgrenser et volum V hvor det er anordnet ribber 113 og 113' som er i ett stykke med huden 111 henholdsvis huden 112. Disse ribbene kommer til anlegg mot hverandre og gjør det mulig å avstive skovlen 101. Volumet V er fylt med en cellestruktur 119 som også bidrar til økningen i stivheten til skovlen 101. Som tidligere, er et belegg 120 for beskyttelse anordnet på midtkanten 115 som er dannet av huden 111, og eventuelt på andre forkanter. In the third embodiment of the invention shown in fig. 5, elements corresponding to those in the first embodiment have references increased by 100. The vane 101 in this embodiment is formed by a pressure surface skin 111 and a suction surface skin 112 which between them delimits a volume V where ribs 113 and 113' which is in one piece with the skin 111 and the skin 112 respectively. These ribs come into contact with each other and make it possible to stiffen the blade 101. The volume V is filled with a cellular structure 119 which also contributes to the increase in the stiffness of the blade 101. As previously, a coating 120 for protection is arranged on the central edge 115 which is formed by the skin 111, and optionally on other leading edges.

Den fjerde form for utførelse av oppfinnelsen vedrører et Kaplan-turbinblad 151 som omfatter en plate 152 for fastsetting på et nav på turbinen og et steg 153 som er tiltenkt å bades av strømmen av væske som driver turbinen. The fourth embodiment of the invention relates to a Kaplan turbine blade 151 which comprises a plate 152 for fixing on a hub of the turbine and a step 153 which is intended to be bathed by the flow of liquid which drives the turbine.

Som det særlig fremgår av fig. 7, strekker platen 152 seg inn i et skaft 154 for monte-ring på turbinens nav. As can be seen in particular from fig. 7, the plate 152 extends into a shaft 154 for mounting on the hub of the turbine.

Steget 153 er dannet av en trykkflatehud 161 og av en sugeflatehud 162 som mellom seg avgrenser et volum V hvor det er anordnet ribber 163 for avstivning av steget 153. Disse ribbene er i én del med huden 162 og er av tre typer. Radiale ribber 163a strekker seg fra platen 152 i hovedsakelig radiale retninger i forhold til rotasjonsaksen i turbinen når bladet 151 er montert på navet. Omkretsribber 163b er utformet slik at de hovedsakelig står vinkelrett på radiale ribber 163 a. Til slutt strekker tverrgående ribber 163 seg i volumet V, idet disse står på skrå i forhold til ribbene 163a og 163c. I praksis strekker de tverrgående ribber 163 seg langs diagonaler i elementære bokser som er avgrenset mellom to radiale ribber 163a og to omkretsribber 163b. The step 153 is formed by a pressure surface skin 161 and a suction surface skin 162 which between them delimits a volume V where ribs 163 are arranged to stiffen the step 153. These ribs are in one part with the skin 162 and are of three types. Radial ribs 163a extend from plate 152 in substantially radial directions relative to the axis of rotation of the turbine when blade 151 is mounted on the hub. Circumferential ribs 163b are designed so that they are mainly perpendicular to radial ribs 163a. Finally, transverse ribs 163 extend into the volume V, as these are inclined in relation to ribs 163a and 163c. In practice, the transverse ribs 163 extend along diagonals in elementary boxes which are delimited between two radial ribs 163a and two circumferential ribs 163b.

Ribbene 163 kan være adskilt fra huden 162, slik som ribbene 13 er adskilt fra hudene 11 og 12 i den første formen for utførelse. The ribs 163 can be separated from the skin 162, as the ribs 13 are separated from the skins 11 and 12 in the first form of embodiment.

Som det særlig fremgår av fig. 7, er hudene 161 og 162 forlenget med deler 161e og As can be seen in particular from fig. 7, the skins 161 and 162 are extended by parts 161e and

162e som kommer til anlegg mot den utvendige flate 152e av platene 152. Disse delene er respektive forlenget med skjørt 161f, 162f som er tiltenkt å omgi den utvendige radiale overflate 152f av platen 152, idet disse skjørtene er forsynt med en flens 161g, 162g som er tiltenkt å gå i inngrep i et spor 152g som er anordnet på den innvendige overflate av platen 152. 162e which comes into contact with the outer surface 152e of the plates 152. These parts are respectively extended with skirts 161f, 162f which are intended to surround the outer radial surface 152f of the plate 152, these skirts being provided with a flange 161g, 162g which is intended to engage in a groove 152g which is provided on the inner surface of the plate 152.

En ring 171 er anordnet rundt skjørtene 161 f og 162f for effektivt å holde hudene 161 og 162 i forhold til platen 152. A ring 171 is provided around the skirts 161f and 162f to effectively hold the skins 161 and 162 relative to the plate 152.

I den femte form for utførelse av oppfinnelsen som er vist på fig. 8, har elementer som tilsvarer de i den fjerde utførelse identiske henvisninger som er økt med 50. Kaplan-tur-binbladet 201 ifølge denne formen for utførelse omfatter en plate 202, hvor 202e angir den utvendige overflate og 202h en ytre radial flens. Dette bladet omfatter også et steg 203 med overflater som er tiltenkt å samvirke med strømmen, som driver turbinen, er dannet av en trykkflatehud 211 og en sugeflatehud 212 som mellom seg avgrenser et volum V, i hvilket det er anordnet ribber 213 som strekker seg vekselvis fra huden 211 eller fra huden 212. In the fifth embodiment of the invention shown in fig. 8, have elements corresponding to those in the fourth embodiment identical references which have been increased by 50. The Kaplan-turbin blade 201 according to this form of embodiment comprises a plate 202, where 202e denotes the outer surface and 202h an outer radial flange. This blade also includes a step 203 with surfaces intended to interact with the flow, which drives the turbine, is formed by a pressure surface skin 211 and a suction surface skin 212 which between them delimits a volume V, in which ribs 213 are arranged which extend alternately from skin 211 or from skin 212.

Denne formen for utførelse er forskjellig fra den foregående ved at platen 202 er forlenget med en forsterkning 202i, i hvilken det er tillaget boringer 202j for gjennomfø-ring av ribber 213, idet forsterkningen 202i hovedsakelig fyller volumet V. I så hen-seende omfatter steget 203 i bladet 201 en metallisk struktur, nemlig forsterkningen 202i, på hvilken strukturen av komposittmaterialet som er dannet av hudene 211 og 212, er påsatt. Dimensjonene og posisjonene til boringene 202j er selvsagt bestemt for ikke å gjøre forsterkningen 202i for meget skjør. This form of execution differs from the previous one in that the plate 202 is extended with a reinforcement 202i, in which bores 202j have been prepared for the insertion of ribs 213, the reinforcement 202i mainly filling the volume V. In this respect, the step includes 203 in the blade 201 a metallic structure, namely the reinforcement 202i, on which the structure of the composite material formed by the skins 211 and 212 is attached. The dimensions and positions of the bores 202j are of course determined so as not to make the reinforcement 202i too fragile.

Hudene 211 og 212 er forlenget av deler 21 le og 212e som dekker overflaten 202e og avsluttes i kanter 21 lh og 212h, som er tiltenkt å dekke flensen 202h. Kantene 21 lh og 212h holdes på plass av en ring 222 som er tiltenkt å anordnes rundt den radiale overflate 202f av platen 202. Skruer 223 er fordelt rundt aksen 204 av platen 202, idet disse skruene gjør det mulig å stramme ringen 222 på flensen 202h, og således å immobilisere kantene 21 lh og 212h på hudene 211 og 212. En O-ring 224 er anordnet i ringen 222, som er laget av rustfritt stål, i kontakt med overflaten 202f. The skins 211 and 212 are extended by parts 21le and 212e which cover the surface 202e and terminate in edges 21lh and 212h, which are intended to cover the flange 202h. The edges 21lh and 212h are held in place by a ring 222 which is intended to be arranged around the radial surface 202f of the plate 202. Screws 223 are distributed around the axis 204 of the plate 202, these screws making it possible to tighten the ring 222 on the flange 202h , and thus to immobilize the edges 21lh and 212h of the skins 211 and 212. An O-ring 224 is arranged in the ring 222, which is made of stainless steel, in contact with the surface 202f.

Oppfinnelsen har blitt vist med henvisning til en Pelton-turbinskovl og til et Kaplan-turbinblad. Den er imidlertid anvendbar på andre typer av hydrauliske komponenter, og for eksempel på en ledeskovl som omfatter en lagertapp, og et steg som strekker seg fra denne lagertappen. I dette tilfellet kan avstivningsribbene være parallelle og/eller stå vinkelrett på lagertappen, og til og med også på skrå i forhold til denne lagertappen. Oppfinnelsen kan også anvendes på et turbinhjul av Francis-typen, hvor bladene kan være dannet av en trykkflatehud og en sugeflatehud, mellom hvilke det er anordnet avstivningsribber. Tilsvarende kan kledningen og/eller beltet på et Francis-turbinhjul være dannet av en trykkflatehud og en sugeflatehud som er avstivet med ribber. Man kan også tenke seg å fremstille dreibare elementer, så som ledeskovlarmer eller Kaplan-hjulmekanismer, i samsvar med oppfinnelsen. The invention has been illustrated with reference to a Pelton turbine blade and to a Kaplan turbine blade. It is, however, applicable to other types of hydraulic components, and for example to a guide vane which comprises a bearing pin, and a step extending from this bearing pin. In this case, the stiffening ribs can be parallel and/or perpendicular to the bearing pin, and even also at an angle in relation to this bearing pin. The invention can also be applied to a turbine wheel of the Francis type, where the blades can be formed by a pressure surface skin and a suction surface skin, between which stiffening ribs are arranged. Similarly, the cladding and/or the belt of a Francis turbine wheel can be formed by a pressure surface skin and a suction surface skin which is stiffened with ribs. It is also conceivable to produce rotatable elements, such as guide vane alarms or Kaplan wheel mechanisms, in accordance with the invention.

Uansett hvilken form for utførelse som betraktes, kan det innvendige volum som er avgrenset mellom trykkflatehuden og sugeflatehuden fylles eller ikke fylles med et fyllmateriale, så som et skum eller en cellestruktur. Whatever form of embodiment is considered, the internal volume delimited between the pressure surface skin and the suction surface skin may or may not be filled with a filling material, such as a foam or a cellular structure.

Claims

1. Hydraulic component (1; 51; 101; 151; 201) comprising at least a surface which is intended for interaction with a stream of water, the surface being formed by forming composite materials, characterized in that the component comprises two skins (11, 12; 61, 62; 111, 112; 161, 162; 211, 212) which respectively constitute the pressure surface and the suction surface of the component, and which are produced by molding composite materials and between them delimit an internal volume (V) where stiffening ribs are arranged, of which in the least certain connects the two skins.

2. Component according to claim 1, characterized in that the internal volume (V) is filled with synthetic foam (69) and/or a cellular structure (119) between the ribs (13; 63; 113; 163; 213).

3. Component according to one of the preceding claims, characterized in that at least one (11; 61; 111) of the skins is locally coated with a protection (14;

70; 120) against wear and impact.

4. Component according to claim 3, characterized in that the protection is formed by at least one metallic insert (14) which is integrated into or attached to the skin (11).

5. Component according to claim 3, characterized in that the protection is formed by an electrolytic deposit (70; 120) which is based on metal, the skin (61; 111) in the area of this deposit being formed by a textile or a mat where certain threads or fibers are metal reinforced or are metallic.

6. Component according to one of the preceding claims, characterized in that at least certain of the ribs (63; 113; 163; 213) are in one piece with one of the skins.

7. Component according to one of the preceding claims, characterized in that it mainly comprises a structure (11-13; 61-63; 111-113; 161-163) of composite material which includes at least said two skins.

8. Component according to one of claims 1 to 6, characterized in that it comprises a metallic structure (202i), on which a structure of composite material (211-213) is attached which includes at least the two skins (211, 212).

9. Vane (1; 51; 101) for a Pelton-type turbine wheel according to one of the preceding claims, characterized in that the skins (11,12) between them define a volume for receiving a projection (21) on a guide ring (2) on the turbine.

10. Pelton turbine containing vanes according to claim 9, characterized in that the projections on the guide ring have surfaces (23-26) which are mainly parallel two and two.

11. Pelton turbine according to claim 10, characterized in that a space (V) is arranged between a surface (26) of a projection (21) and an opposite surface (12d) of one (12) of the skins (11, 12), wherein this space is either filled with a filling material (18), in particular a synthetic foam or a cellular structure, or it has been left empty.

12. Turbine blade (151) of the Kaplan type according to one of claims 1 to 8, which blade comprises a plate (152) for connection to a hub and a step (153), characterized in that the stiffening ribs (163) comprise at least one rib (163b) which is mainly arranged in the circumferential direction in relation to an axis of rotation for the hub and at least one radial rib (163a) in relation to the axis.

13. Turbine blade (201) of the Kaplan type according to one of claims 1 to 8, which blade comprises a plate (202) for connection to a hub and a step (203), characterized in that the step has a metal step (202i) as at least one stiffening rib (213) extends through.

14. Blade according to claim 12 or 13, characterized in that it comprises means (171,222) for immobilizing the skins (161,162; 211, 212) in relation to the plate (152; 202) or in relation to a bearing pin belonging to the plate.

15. Blade according to claim 14, characterized in that the means comprise a ring (171) which is arranged around the plate (152) and the skins (161,162).

16. Blade according to claim 14, characterized in that the means comprise an element (222) for blocking edges (21lh, 212h) of the skins (211, 212) in a position where they cover a flange (101h) of the plate (202).

17. Method for manufacturing a hydraulic component during which at least part of the component is manufactured from composite materials, characterized in that it comprises steps consisting of: by calculation determining the geometry and composition of the pressure surface and the suction surface of the component, as well as of the stiffening ribs; forming a skin (11; 61; 111; 161; 211) intended to form the pressure surface of the component; forming a skin (12; 62; 112; 162; 212) intended to form the suction surface of the component; forming at least one rib (13; 63; 113; 163; 213) for stiffening the component, possibly at the same time as forming one of the skins, and assembling the component by arranging the rib in an internal volume (V) in the component, bounded between the skins.

18. Method according to claim 17, characterized in that the skins (11,12; 61; 62; 111,112; 161,162; 211, 212) and the rib (13; 63; 113; 163; 213) are formed in the same step of the method.

19. Method according to one of claims 17 or 18, characterized in that it consists in filling the volume (V) with a filling material, of the foam type (69) and/or the cellular structure type (119).

20. Method according to one of claims 17 to 19, characterized in that it consists in forming the skins (11,12;61;62; 111,112; 161,162; 211,

212) and the rib (13; 63; 113; 163; 213) of a mat of fibers previously impregnated with resin.

21. Method according to claim 20, characterized in that it consists in the use of, for the outer layers of the skins and at least certain areas (65; 115) of the component, metal fibers or fibers that are reinforced with metal that is compatible with a subsequent electrolytic deposition (70; 120) in the relevant areas.