PL207209B1 - Uchwyt montażowy - Google Patents

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest uchwyt montażowy do mocowania łopatek i łopat na wirnikach turbin, pomp, sprężarek, wentylatorów itp., w których łopatki albo łopaty powinny być usytuowane pod zadanym kątem względem stycznej do koła podziałowego, które jest wyznaczone promieniowo odpowiednio wewnętrznym albo zewnętrznym fragmentem albo punktem krawędzi na każdej z łopatek/łopat, i które ma swój środek na osi obrotu wirnika.

Niniejszy wynalazek dotyczy głównie montowania albo mocowania łopatek na wirnikach turbin wodnych, lecz także montowania części typu łopatek wirników w innych rodzajach maszyn i urządzeń, jak np. w wymienionych wyżej.

W tych maszynach montowanie albo mocowanie ł opatek lub ł opat jest często dość skomplikowaną operacją, która stwarza problemy z powodu dość zawiłych zależności geometrycznych jakie mogą występować. Stosowane dotychczas powszechnie znakowanie na danym elemencie, jak np. na wirnikach turbin, jest operacją stawiającą bardzo wysokie wymagania i ma zasadniczy udział w kosztach takich rozwiązań lub konstrukcji.

Istota wynalazku polega na tym, że uchwyt montażowy do mocowania łopatek i łopat na wirnikach turbin, pomp, sprężarek, wentylatorów itp., w których łopatki albo łopaty powinny być usytuowane pod zadanym kątem względem stycznej do koła podziałowego (Ri, R2), które jest wyznaczone promieniowo odpowiednio wewnętrznym albo zewnętrznym fragmentem albo punktem krawędzi na każdej z łopatek/łopat, i które ma swój środek na osi obrotu wirnika, charakteryzuje się tym, że uchwyt ten ma główne wrzeciono przystosowane do ustawiania w taki sposób, aby pokrywało się z tą osią obrotu, przy czym przewidziano poprzeczne wrzeciono biegnące w bok od głównego wrzeciona i zamocowane do niego za pomocą głowicy kątowej, przy czym to poprzeczne wrzeciono wspiera głowicę ustalającą, mającą ogólną płaszczyznę leżącą prostopadle do (normalną do) poprzecznego wrzeciona i w zadanym odstępie promieniowym od osi wrzeciona głównego, przy czym głowica ustalająca ma środki mocujące do jednoznacznego ustalania łopatki/łopaty z tym promieniowo odpowiednio wewnętrznym albo zewnętrznym fragmentem/punktem krawędzi w zadanym odstępie od osi wrzeciona poprzecznego i mierzonym w płaszczyźnie prostopadłej do (normalnej do) osi głównego wrzeciona.

Korzystnie głowica kątowa jest nastawna wzdłuż głównego wrzeciona.

Ponadto korzystnie głowica kątowa ma środki do nastawiania w wybranych położeniach kątowych względem głównego wrzeciona.

Zgodnie z kolejnym przykładem wynalazku głowica ustalająca jest nastawna wzdłuż poprzecznego wrzeciona.

Ponadto ta głowica ustalająca jest obrotowa i nastawna wokół osi poprzecznego wrzeciona.

Zgodnie z wynalazkiem korzystnie poprzeczne wrzeciono rozciąga się pod kątem prostym od głównego wrzeciona.

W korzystnym przykładzie wykonania wynalazku oś poprzecznego wrzeciona przecina oś głównego wrzeciona.

Ponadto korzystnie głowica ustalająca ma płytę leżącą w tej ogólnej płaszczyźnie prostopadłej do (normalnej do) poprzecznego wrzeciona.

Zgodnie z innym przykładem wykonania wynalazku płyta jest skonstruowana jako wymienna i korzystnie nastawna na głowicy ustalającej.

Korzystnie przewidziano płaski stół do mocowania wirnika z głównym wrzecionem prostopadłym do (normalnym do) i korzystnie wypośrodkowanym na płaszczyźnie stołu.

Dzięki uchwytowi montażowemu według wynalazku osiągnięto istotną racjonalizację i oszczędność prac przy montażu albo mocowaniu łopatek albo łopat wyżej wymienionego rodzaju. W zasadzie uchwyt montażowy można wykonać dla określonej konstrukcji albo rozwiązania projektowego o zadanych wymiarach i zależnościach geometrycznych, lecz znaczącą zaletę korzystnych postaci uchwytu według wynalazku, tzn. pod wieloma względami jest możliwość dopasowywania uchwytu tak, że ten sam uchwyt montażowy może być używany do różnych wirników o różnych wymiarach i geometrii. Jest to oczywistą zaletą, ponieważ uchwyt montażowy, w szczególności w przypadku zastosowań do większych wymiarów wirnika, będzie stanowić dość skomplikowane i kosztowne narzędzie.

Przedmiot wynalazku jest uwidoczniony w przykładach wykonania na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia uproszczony przykład wirnika mającego pełny komplet łopatek, podczas montażu za pomocą jednej postaci uchwytu według wynalazku, w rzucie na płaszczyznę, fig. 2 - przykład z fig. 1, widziany w rzucie bocznym z częściowym przekrojem, fig. 3 - schematycznie (w jednej ćwiartce) zaPL 207 209 B1 leżności geometryczne przy montażu prostoliniowej łopatki, oparte o wykorzystanie fragmentu albo punktu krawędzi na najmniejszym promieniu łopatki, do ustalenia za pomocą uchwytu, fig. 4 - schematycznie, w sposób analogiczny jak na fig. 3, zależności geometryczne przy montażu prostoliniowej łopatki, oparte o wykorzystanie fragmentu albo punktu krawędzi na największym promieniu łopatki, do ustalenia za pomocą uchwytu, fig. 5 - w sposób analogiczny jak na fig. 3, zależności geometryczne przy montażu krzywoliniowej łopatki, oparte o wykorzystanie fragmentu albo punktu krawędzi na najmniejszym promieniu łopatki, do ustalenia za pomocą uchwytu, fig. 6 - w sposób analogiczny jak na fig. 3, zależności geometryczne przy montażu krzywoliniowej łopatki, oparte o wykorzystanie fragmentu albo punktu krawędzi na największym promieniu łopatki, do ustalenia za pomocą uchwytu, fig. 7 schematycznie, w związku z powyższymi figurami 3-6, prosty przypadek z czysto promieniową turbiną, gdzie promieniowa łopatka jest usytuowana pomiędzy nabką albo piastą wirnika a pierścieniem, fig. 8 - schematycznie sytuację podobną jak na fig. 7, lecz tym razem dotyczy to ł opatki promieniowej/osiowej tak, że na końcu łopatki powstanie zarys stożkowy albo krzywoliniowy, oraz ustalenie na najmniejszym promieniu łopatki, fig. 9 - w sposób analogiczny jak na fig. 8, sytuację, która również dotyczy łopatki promieniowej/osiowej ustalonej na największym promieniu łopatki, tzn. na promieniowo zewnętrznym fragmencie albo punkcie krawędzi tejże łopatki.

Uchwyt montażowy z przykładu na fig. 1 i 2 przedstawiono w połączeniu ze względnie prostym kształtem wirnika, a mianowicie wirnika turbiny promieniowej, w której łopatki wirnika są prostoliniowe.

W tym przypadku, do tarczy 8 piasty albo pierścienia piasty mocuje się pewną liczbę łopatek 7, przy czym właściwe mocowanie, po ustawieniu za pomocą uchwytu, można wykonać poprzez spawanie, lutowanie albo innymi sposobami mocowania. Tarczę 8 piasty przedstawiono tu w stanie zamocowanym za pomocą zacisków itp. na stole roboczym 9, który może stanowić główną część całego wyposażenia montażowego albo uchwytu. W zasadzie można jednak pominąć ten płaski stół roboczy jako integralną część uchwytu montażowego, ponieważ biorąc pod uwagę okoliczności, uchwyt montażowy można ustalić w prawidłowym położeniu bezpośrednio na lub w tarczy piasty, nabce albo piaście wirnika itp. W każdym razie, główne wrzeciono 1 w uchwycie musi być usytuowane tak, aby pokrywało się z osią obrotu wirnika, na którym mają być zamontowane łopatki. W przypadku stołu roboczego 9 jako głównej części uchwytu montażowego, wirnik będzie zamocowany ze swym głównym wrzecionem 1 prostopadłym (normalnym) do płaszczyzny stołu i korzystnie ustawionym współosiowo w jego środku.

W postaci z fig. 1 uchwyt można uważać za oparty o geometrię, którą ściślej przedstawiono na fig. 3, tzn. poprzez ustalenie każdej łopatki opartej na jej najmniejszym promieniu, tzn. na promieniowo wewnętrznym fragmencie albo punkcie krawędzi na łopatce. Ten fragment albo punkt wyznacza koło podziałowe (R2 na fig. 3), które jest w rezultacie wspólne dla wszystkich łopatek rozpatrywanego wirnika. Każda łopatka będzie usytuowana pod zadanym kątem (β₂) względem stycznej koła podziałowego, jak to wynika w oczywisty sposób z fig. 3.

Jak dalej okazuje się z fig. 1 i 2, istnieje tu poprzeczne wrzeciono 3, które jest osadzone na głównym wrzecionie 1 za pośrednictwem głowicy kątowej 2 w taki sposób, że poprzeczne wrzeciono 3 korzystnie rozciąga się prostopadle do głównego wrzeciona, osie obydwu wrzecion zaś leżą w tej samej płaszczyźnie. Poprzeczne wrzeciono 3 ma z boku głowicę ustalającą 4, która jest korzystnie nastawna wzdłuż poprzecznego wrzeciona. Ponadto zaletą może być to, że głowica ustalająca 4 jest obrotowa i nastawna wokół osi poprzecznego wrzeciona. Ważną cechą jest to, że głowica ustalająca 4 wyznacza ogólną płaszczyznę 10, która na fig. 1 i 2 odpowiada płycie ustalającej 5, gdyż płaszczyzna ta jest prostopadła do (normalna do) poprzecznego wrzeciona 3. Głowicę ustalającą 4 i płytę 5 przedstawiono liniami przerywanymi na fig. 3, wraz ze związaną płaszczyzną ogólną 10.

Głowica ustalająca 4 wraz z płytą 5 służą do podtrzymywania i ustalania pojedynczych łopatek 7 podczas ich mocowania do wirnika. W tym celu na fig. 1 i 2 pokazano środki mocujące, np. w postaci śrub 6, w celu utrzymywania każdej łopatki 7 w jednoznacznym i stabilnym położeniu podczas mocowania, gdzie położenie to pokrywa się z albo opiera się na tej ogólnej płaszczyźnie 10, która jest wyznaczona przez głowicę ustalającą 4.

Odnosząc się ponownie do głowicy kątowej 2, zaletą jest to, że ta głowica jest przemieszczalna wzdłuż głównego wrzeciona 1 w celu ustawienia na wybranej wysokości ponad tarczą 8 wirnika albo stołem roboczym 9. Ponadto ważną cechą wynalazku jest to, że głowica kątowa 2, bądź ewentualnie wspornik głównego wrzeciona 1, ma środki do skokowego nastawiania położenia kątowego wokół osi pionowej, odpowiadającej osi obrotu wirnika, w celu ustalania kolejnych łopatek 7 w położeniach kątowych, w zależności od budowy albo konstrukcji. Gdy taki mechanizm do ustalania tych położeń ką4

PL 207 209 B1 towych jest wbudowany w głowicę kątową 2, można to rozwiązanie opisać po prostu jako „głowicę podziałową.

W przypadku budowy albo konstrukcji turbin o mniejszych wymiarach, uchwyt montażowy, jak to przedstawiono na fig. 1 i 2, może bazować na sile ludzkiej wykorzystywanej do manipulowania np. wkrętami albo śrubami w celu nastawiania głowic 2 i 4, ewentualnie za pomocą kółka itp., do nastawiania położeń kątowych. W turbinach i innych konstrukcjach, które mogą być dość duże i ciężkie, uchwyt montażowy będzie jednak z pewnością wyposażony w napędzane hydraulicznie albo elektrycznie organy robocze do wykonywania koniecznych ruchów obrotowych i posuwisto-zwrotnych, a także w odpowiednio poruszane urządzenia blokujące do ustalania w żądanych trwałych położeniach i położeniach kątowych. Będzie to np. konieczne w przypadku turbin wodnych, w których każda łopatka może ważyć kilka ton. Można będzie także zauważyć, że opisany w niniejszym dokumencie uchwyt montażowy może umożliwiać zastosowanie zautomatyzowanych lub zmechanizowanych technologii spawalniczych, poprzez odpowiednie sterowanie części ruchomych wchodzących w skład uchwytu montażowego. Między innymi w takim kontekście, może okazać się korzystne skonstruowanie elementu ustalającego albo płyty 5 jako elementu wymiennego i korzystnie nastawnego na głowicy ustalającej 4.

Co się tyczy podstawowej geometrii opisanego uchwytu montażowego, najpierw czynione jest odniesienie do fig. 3 z załączonego rysunku. Odpowiada to względnie prostemu przykładowi przedstawionemu na fig. 1 i 2, a mianowicie z prostoliniowymi łopatkami. Fig. 3 przedstawia pojedynczą prostoliniową łopatkę 7, gdzie jej promieniowo wewnętrzny fragment albo punkt krawędzi jest usytuowany na tym kole podziałowym o promieniu R₂. Początek układu na tym schemacie pokrywa się z osią głównego wrzeciona 1, odpowiadającą środkowi koła podziałowego.

Zasada ustalania łopatki 7 przed zamocowaniem na wirniku polega na trzymaniu łopatki w taki sposób, aby odstępy A i B oraz kąt β2 były prawidłowe, zgodnie z projektem danego wirnika. Odstęp A wyznacza się poprzez nastawianie położenia głowicy ustalającej 4 wzdłuż poprzecznego wrzeciona 3, podczas gdy odstęp B wyznacza się poprzez ustalenie łopatki 7 na głowicy ustalającej 4 za pomocą płyty ustalającej 5 tak, że promieniowo wewnętrzny punkt na łopatce leży w odstępie B od osi poprzecznego wrzeciona. W efekcie kąt β2 także będzie w pełni określony, odpowiadając kątowi pomiędzy powierzchnią łopatki i styczną do koła podziałowego R₂ w tym promieniowo wewnętrznym punkcie na łopatce. Poprzez wyznaczenie zależności geometrycznych w ten sposób, kąt i promień po stronie wysokiego ciśnienia łopatki w wirniku przeznaczonym dla turbin wodnych będzie tym samym również prawidłowy. Jak to wyniknie w oczywisty sposób z dalszego ciągu, ma to zastosowanie zarówno do łopatek prostoliniowych jak i krzywoliniowych, gdy geometria konstrukcji jest prawidłowa od początku.

Fig. 4 ukazuje, że całkowicie odpowiadające prawidłowe ustalenie osiąga się na podstawie mocowania na największym promieniu łopatki, tzn. na promieniowo zewnętrznym fragmencie albo punkcie krawędzi, który wyznacza koło podziałowe R₂ wraz z przynależnymi odstępami A i B a także kątem βι pomiędzy powierzchnią łopatki (łopatka prostoliniowa) i styczną do koła podziałowego R₂ w punkcie wyznaczającym. Z fig. 4 wynika w oczywisty sposób, że odstęp B, który należy wyznaczyć za pomocą głowicy ustalającej z jego płytą ustalającą 5, jest znacznie większy niż w przypadku z fig. 3.

Sytuacje odpowiadające odpowiednio fig. 3 i 4, gdy kształt łopatki jest krzywoliniowy, ewentualnie podwójnie krzywoliniowy, przedstawiono na fig. 5 i 6. W tych przypadkach ważniejsze jest, aby fragment łopatki w pobliżu odpowiednio najmniejszego promienia (fig. 5) i największego promienia (fig. 6) był ustalony poprzez zamocowanie do płyty ustalającej 5 a w efekcie zgodnie z wyżej wymienioną ogólną płaszczyzną 10.

W przypadku turbin wodnych okazuje się, że wyżej wymieniony kąt β₂ jest tym, który zwykle opisuje się jako kąt wylotowy. Gdy stosuje się uchwyt montażowy według wynalazku, w przypadku łopatek, które są podwójnie krzywoliniowe, kąt wylotowy β2 będzie więc także prawidłowy i będzie mieć kąt nachylenia prostopadły do (normalny do) płaszczyzny łopatki, nawet gdy łopatki spawa się albo mocuje w inny sposób do stożkowej albo podwójnie krzywoliniowej i obrotowo symetrycznej powierzchni na nabce wirnika itp. Kąt łopatki, zarówno po stronie wlotowej, która dla turbin jest stroną wysokiego ciśnienia, mającą promień Ri, jak również po stronie niskiego ciśnienia (najmniejszy promień R₂ koła podziałowego), jest także prawidłowy gdy fragment naroża albo krawędzi łopatki, jak powiedziano, jest ustalony w uchwycie z określonym kątem po stronie niskiego ciśnienia, który dla turbin jest kątem wylotowym (β₂ lub odpowiednio po stronie wysokiego ciśnienia), promień koła podziałowego (R2 lub odpowiednio R) jest prawidłowy, i kąt z płaszczyzną normalną równoległy do kąta łopatki także jest prawidłowy.

PL 207 209 B1

Odnośnie dodatkowych rysunków związanych z turbinami wodnymi typu promieniowego, fig. 7 przedstawia łopatkę pomiędzy nabką wirnika (albo piastą) i pierścieniem, gdzie a, albo odpowiednio A_y jest podane odpowiednio dla promieniowo wewnętrznego fragmentu krawędzi i promieniowo zewnętrznego fragmentu albo punktu krawędzi, dla wymiaru A zadanego ogólnie wyżej.

W przypadku stożkowego albo krzywoliniowego zarysu na końcu łopatki, przedstawionego na fig. 8 i 9, odstęp Ak będzie tworzyć kąt równy kątowi β łopatki. Na wielkość odstępu B nie wpływa stożkowatość i pokazano ją na fig. 3 i 5 dla fig. 8 oraz na fig. 4 i 6 dla fig. 9. Odstęp A, który w tym przypadku należy nastawić w uchwycie montażowym w celu uzyskania prawidłowego kąta β łopatki, winien być wyliczany jako Ak * cosδ, gdzie δ jest kątem stożka pokazanego na tych dwóch figurach.

Z powyższego wynika w oczywisty sposób, że uchwyt montażowy według wynalazku można stosować do wszystkich typów geometrii z krzywoliniową promieniową/osiową nabką i pierścieniami wirnika, także w przypadku łopatek krzywoliniowych i podwójnie krzywoliniowych. Wszystko to, co wyjaśniono w niniejszym dokumencie w odniesieniu do wirników turbin wodnych, będzie mieć także zastosowanie odpowiednio do innych typów struktur albo konstrukcji, takich jak pompy, wentylatory itp., gdzie podczas ustalania i mocowania łopatek na wirniku lub podobnym elemencie występują podobne zależności geometryczne.

Claims (10)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Uchwyt montażowy do mocowania łopatek i łopat na wirnikach turbin, pomp, sprężarek, wentylatorów itp., w których łopatki albo łopaty powinny być usytuowane pod zadanym kątem względem stycznej do koła podziałowego (Ri, R), które jest wyznaczone promieniowo odpowiednio wewnętrznym albo zewnętrznym fragmentem albo punktem krawędzi na każdej z łopatek/łopat, i które ma swój środek na osi obrotu wirnika, znamienny tym, że uchwyt ma główne wrzeciono (1) przystosowane do ustawiania w taki sposób, aby pokrywało się z tą osią obrotu, przy czym przewidziano poprzeczne wrzeciono (3) biegnące w bok od głównego wrzeciona i zamocowane do niego za pomocą głowicy kątowej (2), przy czym poprzeczne wrzeciono (3) wspiera głowicę ustalającą (4), mającą ogólną płaszczyznę (10) leżącą prostopadle do (normalną do) poprzecznego wrzeciona i w zadanym odstępie promieniowym (A) od osi wrzeciona głównego (1), przy czym głowica ustalająca (4) ma środki mocujące (6) do jednoznacznego ustalania łopatki/łopaty z tym promieniowo odpowiednio wewnętrznym albo zewnętrznym fragmentem/punktem krawędzi w zadanym odstępie (B) od osi wrzeciona poprzecznego (3) i mierzonym w płaszczyźnie prostopadłej do (normalnej do) osi głównego wrzeciona (1).
2. 2. Uchwyt według zastrz. 1, znamienny tym, że głowica kątowa (2) jest nastawna wzdłuż głównego wrzeciona (1).
3. 3. Uchwyt według zastrz. 1 albo 2, znamienny tym, że głowica kątowa (2) ma środki do nastawiania w wybranych położeniach kątowych względem głównego wrzeciona (1).
4. 4. Uchwyt według zastrz. 1 albo 2, albo 3, znamienny tym, że głowica ustalająca (4) jest nastawna wzdłuż poprzecznego wrzeciona (3).
5. 5. Uchwyt według zastrz. 1-4, znamienny tym, że głowica ustalająca (4) jest obrotowa i nastawna wokół osi poprzecznego wrzeciona (3).
6. 6. Uchwyt według zastrz. 1-5, znamienny tym, że poprzeczne wrzeciono (3) rozciąga się pod kątem prostym od głównego wrzeciona (1).
7. 7. Uchwyt według zastrz. 1-6, znamienny tym, że oś poprzecznego wrzeciona (3) przecina oś głównego wrzeciona (1).
8. 8. Uchwyt według zastrz. 1-7, znamienny tym, że głowica ustalająca (4) ma płytę (5) leżącą w tej ogólnej płaszczyźnie (10) prostopadłej do (normalnej do) poprzecznego wrzeciona (3).
9. 9. Uchwyt według zastrz. 8, znamienny tym, że płyta (5) jest skonstruowana jako wymienna i korzystnie nastawna na głowicy ustalającej (4).
10. 10. Uchwyt według zastrz. 1-9, znamienny tym, że przewidziano płaski stół (9) do mocowania wirnika z głównym wrzecionem (1) prostopadłym do (normalnym do) i korzystnie wypośrodkowanym na płaszczyźnie stołu.