PL230366B1 - Sposób wytwarzania monolitycznego wirnika, zwłaszcza wirnika do wentylacji generatora i monolityczny wirnik, zwłaszcza do generatora - Google Patents

Description

Przedmiotem wynalazku jest sposób wytwarzania monolitycznego wirnika, zwłaszcza wirnika do wentylacji generatora i monolityczny wirnik, zwłaszcza do generatora wytwarzany tym sposobem, przeznaczony szczególnie do zastosowania jako wirnik turbogeneratora o chłodzeniu wodno-wodorowym.

Znany jest sposób wytwarzania monolitycznej tarczy wirnika z łopatkami przedstawiony w opisie patentowym nr PL 199 599, gdzie po nacięciu tarczy wstanie surowym, dla uformowania w niej zgrubnie obrobionych łopatek, frezuje się zgrubnie formy łopatek przez frezowanie styczne narzędziem wykonującym kolejne przejścia, zasadniczo promieniowe w stosunku do tarczy i obracanym o pewien kąt względem faset, w płaszczyźnie stycznej w stosunku do tarczy, po każdym przejściu.

Z opisu patentowego nr PL 182 685 znany jest wirnik, zwłaszcza do wentylatora osiowego posiadający piastę do zamocowania wirnika na wale oraz wiele zasadniczo promieniowych łopatek, z których każda jest połączona z piastą za pomocą obsady łopatki i obrotowo zamocowana do odpowiedniej obsady łopatki. Na piaście są osadzone dwie równoległe tarcze, które są umieszczone naprzeciwko siebie, mają te same średnice oraz zawierają przelotowe otwory na śruby, a obsady łopatek są umieszczone pomiędzy tarczami, przy czym tarcze są zamocowane do obsad łopatek za pomocą śrub przechodzących przez przelotowe otwory w odpowiednich tarczach.

Sposób wytwarzania monolitycznego wirnika, zwłaszcza wirnika do wentylacji generatora, według wynalazku, polegający na wycinaniu koła jako zewnętrznego obrysu wirnika, w którym wycina się przestrzenie pomiędzy łopatkami i formuje się zgrubnie obrobione łopatki a następnie dokonuje się wykańczającej obróbki łopatek. Sposób ten charakteryzuje się tym, że koło i przestrzenie pomiędzy łopatkami wycina się strumieniem wody a pomiędzy poszczególnymi operacjami obróbki wirnika poddaje się go dwukrotnie wibracji. Wibracji dokonuje się w zakresie częstotliwości od 2 Hz do 200 Hz. Obróbka przed pierwszą wibracją polega na tym, że obrabia się łopatki z naddatkiem 0,9-1,1 mm, obrabia się średnicę zewnętrzną i wewnętrzną wirnika z naddatkiem 0,4-0,6 mm na stronę oraz obrabia się boki wirnika z naddatkiem 0,9-1,1 mm a także wykonuje się wstępną obróbkę podtoczeń. Pomiędzy wibracjami obrabia się łopatki z naddatkiem 0,2-0,3 mm, oraz wykonuje się otwory w jednym z boków piasty, natomiast po wibracjach dokonuje się obróbki wykańczającej według wymiarów wirnika.

Monolityczny wirnik, zwłaszcza do generatora, według wynalazku, jest utworzony z piasty i łopatek. Wirnik charakteryzuje się tym, że jego piasta jest stopniowana, przy czym stopnie są połączone skośnym ścięciem, w którym usytuowane są otwory. Zewnętrzna powierzchnia piasty wirnika ma kształt sferyczny. Otwory mają oś prostopadłą do ścięcia.

Sposób wytwarzania monolitycznego wirnika, według wynalazku, pozwala na uzyskanie wirnika o bardzo dużej dokładności wykonania, który spełnia wymagania konstrukcyjne stawiane elementom wysokoobrotowym, o bardzo dobrej jakości powierzchni i wysokiej wytrzymałości. Ponadto, sposób ten umożliwia zmniejszenie zużycia materiału i masy wirnika dzięki czemu obniża się zapotrzebowanie na energię w procesie produkcji energii elektrycznej w turbozespołach a także redukcję elementów składowych wirnika co upraszcza jego montaż i obsługę. Zastosowanie technologii cięcia strumieniem wody arkusza blachy pozwala na precyzyjne, łatwe i szybkie wycięcie pożądanego kształtu i jednocześnie minimalizuje ilość materiału pozostawionego do usunięcia w dalszej obróbce. Ponadto, technologia ta eliminuje naprężenia i niekorzystny wpływ temperatury podczas obróbki oraz jest przyjazna środowisku naturalnemu. Stopniowe zmniejszanie naddatków materiałowych na poszczególnych elementach pozwala na zminimalizowanie naprężeń i odkształceń materiału i tym samym wydłużenie trwałości i czasu eksploatacji wirnika. Dzięki temu uzyskuje się również równomierny rozkład naddatków pozwalający na zredukowanie przejść roboczych i uzyskanie bardzo dobrej gładkości powierzchni. Zastosowanie odprężania wibracyjnego pozwala w szybki sposób zmniejszyć naprężenia materiału powstałe podczas wcześniejszej obróbki, umożliwia stosowanie mniejszych naddatków technologicznych oraz eliminuje powstawanie odkształceń i zmian własności mechanicznych metali. Odprężaniu wibracyjnemu mogą być poddawane elementy składające się z różnych metali i o wadze od kilku kilogramów do kilkuset ton.

Budowa monolitycznego wirnika, według wynalazku, charakteryzuje się dużą trwałością i bezawaryjnością wynikającą z jego monolitycznej budowy. Ze względu na wykonanie stopni na piaście łatwe jest jego pasowanie z innymi elementami. Wykonanie otworów dla umieszczania odważników w trakcie wyważania wyeliminowało kolizję z innymi elementami, gdzie wirnik może być wykorzystany. Sferyczny kształt górnej powierzchni piasty zmniejsz opory przepływu powietrza, przez co powiększa się wydajność wirnika.

PL 230 366 Β1

Sposób wytwarzania monolitycznego wirnika, zwłaszcza wirnika wentylatora oraz wirnik, według wynalazku, są bliżej objaśnione w przykładzie wykonania oraz na rysunkach, na których fig. 1 i fig. 2 przedstawia wirnik po wycięciu strumieniem wody w widoku z góry i z boku, fig. 3 przedstawia wirnik po wycięciu strumieniem wody w widoku perspektywicznym, fig. 4 przedstawia wirnik po wykonaniu w przekroju poprzecznym a fig. 5 przedstawia wirnik po wykonaniu w widoku z góry.

Jak przedstawiono na fig. 1-5 monolityczny wirnik wentylatora jest utworzony z piasty 1, której zewnętrzna powierzchnia ma kształt sferyczny i łopatek 2. Piasta 1 wirnika jest stopniowana, przy czym stopnie 3 są połączone skośnym ścięciem 4, w którym usytuowane są otwory 5. Otwory 5 mają oś prostopadłą do ścięcia 4.

Sposób wytwarzania monolitycznego wirnika o grubości 141 mm, średnicy zewnętrznej 1310 mm i średnicy wewnętrznej 664 mm polega na tym, że z arkusza blachy, wykonanego z stopu aluminium o grubości 160 mm wycina się strumieniem wody najpierw koło o średnicy 1330 mm, po czym w jego środkowej części wycina się otwór o średnicy 644 mm, a następnie na zewnętrznej średnicy koła wycina się przestrzenie pomiędzy łopatkami z naddatkiem na łopatki 8 mm, następnie toczy się średnicę zewnętrzną i wewnętrzną koła z naddatkiem 0,5 mm na stronę a następnie boki koła z naddatkiem 1 mm oraz wykonuje się wstępną obróbkę podtoczeń. Następnie frezuje się wstępnie kształt łopatek z naddatkiem 1 mm, po czym tak otrzymany półfabrykat poddaje się wibracji o częstotliwości 100 Hz, po czym frezuje się kształt łopatek z naddatkiem 0,3 mm oraz wykonuje się otwory w jednym z boków piasty wirnika. Tak otrzymany kolejny półfabrykat poddaje się ponownie wibracji w o częstotliwości 100 Hz a dalej dokonuje się toczenia wykańczającego zarówno średnic jak i boków wirnika oraz podtoczeń. Następnie wykonuje się wykańczające frezowanie łopatek 2 jednocześnie dwóch wirników, umieszczonych w wale obrotowym usytuowanym na stojakach łożyskowych. Po zakończeniu obróbki, dokonuje się korekcji masy gotowego wirnika poprzez wkręcanie odpowiednich odważników w otwory 5.

Claims (7)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Sposób wytwarzania monolitycznego wirnika, zwłaszcza wirnika do wentylacji generatora, polegający na wycinaniu koła jako zewnętrznego obrysu wirnika, w którym wycina się przestrzenie pomiędzy łopatkami i formuje się zgrubnie obrobione łopatki a następnie dokonuje się wykańczającej obróbki łopatek, znamienny tym, że koło i przestrzenie pomiędzy łopatkami wycina się strumieniem wody a pomiędzy poszczególnymi operacjami obróbki wirnika poddaje się go dwukrotnie wibracji,
2. 2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że wibracji dokonuje się w zakresie częstotliwości od 2 Hz do 200 Hz.
3. 3. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że obróbka przed pierwszą wibracją polega na tym, że obrabia się łopatki z naddatkiem 0,9-1,1 mm, obrabia się średnicę zewnętrzną i wewnętrzną wirnika z naddatkiem 0,4-0,6 mm na stronę oraz obrabia się boki wirnika z naddatkiem 0,9-1,1 mm a także wykonuje się wstępną obróbkę podtoczeń.
4. 4. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że pomiędzy wibracjami obrabia się łopatki z naddatkiem 0,2-0,3 mm oraz wykonuje się otwory w jednym z boków piasty.
5. 5. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że po wibracjach dokonuje się obróbki wykańczającej według wymiarów wirnika.
6. 6. Monolityczny wirnik, zwłaszcza do generatora, utworzony z piasty i łopatek, znamienny tym, że jego piasta jest stopniowana, przy czym stopnie są połączone skośnym ścięciem, w którym usytuowane są otwory, zaś zewnętrzna powierzchnia piasty wirnika ma kształt sferyczny.
7. 7. Monolityczny wirnik, według zastrz. 6, znamienny tym, że otwory mają oś prostopadłą do ścięcia.