SE505375C2

SE505375C2 - Running wheel for turbine comprising nave, blades and belt

Info

Publication number: SE505375C2
Application number: SE9504175A
Authority: SE
Inventors: Conny Thyberg
Original assignee: Kvaerner Turbin Ab
Priority date: 1995-11-23
Filing date: 1995-11-23
Publication date: 1997-08-18
Also published as: SE9504175L; SE9504175D0

Abstract

The wheel has identical components (1) which are fitted around the running wheel complete periphery with adjacent nave segments arranged side-by-side and joined to one another to form a cohesive nave after mechanical machining of at least the blade surfaces and the water path sides of the nave segment (2) and the belt segment (3). Adjacent belt segments are arranged side-by-side and joined to each other to form a cohesive, all-round belt. The nave segments are joined to each other by at least some of the types of union which include screw unions, weld unions, adhesive unions, wedge unions and rivet unions. The belt segments are likewise joined to one another by at least some of the same types of unions. Even the edge surfaces (34,35,38,44,46,48) on the nave segments and belt segments which are turned towards each other in the installed running wheel are mechanically machined before the nave segments and the belt segments are joined to one another to form a cohesive, all-round nave and belt.

Description

505 375 2 10 15 20 25 30 35 denna konstruktion innebär någon lösning på problemet att kunna bearbeta skovlama på önskat sätt. I denna patentskriﬁ refereras i korthet även en tidigare konstruktion, enligt vilken en central del utan skovlar gjuts i ett stycke, medan ett antal segment, vart och ett med en skovel, skruvas fast omkring den centrala delens periferi. Patentskriﬁen beskriver emellertid inte närmare hur dessa segment är konstruerade eller hur tillverkningen är tänkt. 505 375 2 10 15 20 25 30 35 this construction means some solution to the problem of being able to process the vanes in the desired way. This patent specification also briefly refers to a previous construction, according to which a central part without vanes is cast in one piece, while a number of segments, each with a vane, are screwed around the periphery of the central part. However, the patent specification does not describe in detail how these segments are constructed or how the production is intended.

KORT REDOGÖRELSE FÖR UPPFINNINGEN Ändamålet med uppﬁnningen är att angripa ovanstående problem Mer bestämt är syftet med uppfinningen att åstadkomma följande: - att erbjuda ett löphjul ägnat att kunna gjutas i ﬂera mindre delar, - att kunna sammanfoga dessa delar på ett fördelaktigt sätt till ett integrerat löphjul, - att kunna bearbeta alla skovelytor till önskad form och yta med hjälp av automatiskt arbetande maskiner efter en teoretisk modell och - att, i den mån svetsning används för att sammanfoga löphjulets delar till en enhet, kunna förlägga väsentligen allt svetsningsarbete till ställen på hjulet, där arbetet är ägnat att kunna utföras med hjälp av automatiska svetsmaskiner.BRIEF SUMMARY OF THE INVENTION The object of the invention is to address the above problems. More particularly, the object of the invention is to achieve the following: - to offer an impeller suitable for being cast in your smaller parts, - to be able to join these parts in an advantageous manner into an integrated impeller. , - to be able to process all vane surfaces to the desired shape and surface by means of automatically operating machines according to a theoretical model and - to the extent that welding is used to join the parts of the impeller into one unit, to be able to place essentially all welding work to places on the wheel, where the work is suitable to be carried out with the aid of automatic welding machines.

Ovanstående och andra syften kan uppfyllas därigenom att löphjulet väsentligen består av ett antal identiska element, vilka vart och ett är gjutna i ett stycke och består av ett nav- segment, ett bandsegment och mellan navsegmentet och bandsegmentet en enda skovel, och att nämnda element, efter mekanisk bearbetning av åtminstone skovelytoma samt navsegmentens och bandsegmentens vattenvägssidor, är monterade nmt löphjulets hela omkrets med närliggande navsegment anordnade sida vid sida och förenade med varandra till att bilda ett sammanhängande nav och närliggande bandsegment är anordnade sida vid sida och förenade med varandra till att bilda ett sammanhängande, nmtomgående band. Företrâdesvis är även de kantytor på navsegmenten och band- segmenten som är vända mot varandra i det monterade löphjulet mekaniskt bearbetade innan navsegmenten och bandsegmenten förenas med varandra till ett sammanhängande, nmtomgående nav, respektive band.The above and other objects can be fulfilled in that the impeller consists essentially of a number of identical elements, each of which is cast in one piece and consists of a hub segment, a belt segment and between the hub segment and the belt segment a single vane, and that said element, after mechanical machining of at least the vane surfaces and the waterway sides of the hub segments and belt segments, are mounted nmt the entire circumference of the impeller with adjacent hub segments arranged side by side and joined together to form a continuous hub and adjacent belt segments are arranged side by side and joined together to form a coherent, circumferential band. Preferably, the edge surfaces of the hub segments and the belt segments facing each other in the mounted impeller are also mechanically machined before the hub segments and the belt segments are joined together into a continuous, circumferential hub and belt, respectively.

Navsegmenten och/eller bandsegmenten kan enligt uppﬁnningen förenas med varandra genom åtminstone någon av de typer av förband som innefattar ett skmvförband, svets- förband, limförband, kilförband och nitförband.According to the invention, the hub segments and / or the belt segments can be joined to each other by at least one of the types of joints which comprise a screw joint, welded joint, adhesive joint, wedge joint and rivet joint.

I det föredragna fallet är alla element lika stora och identiskt utformade, ehuru det i och för sig är möjligt att ge navsegmenten och bandsegrnenten olika bredd. Vare sig 10 15 20 25 30 35 3 505 375 elementen, såsom föredraget, är lika stora, eller har varierande nav- och bandsegment- bredder, har enligt en aspekt på uppﬁnningen åtminstone något parti av navsegmenten, projicerat på ett plan vinkelrätt mot löphjulets rotationsaxel, den huvudsakliga formen av en lcil, varvid kilvinkeln, i det fall alla navsegrnent är lika breda, respektive kilarnas medelvinkel i det fall segmenten har olika bredd, är 360 dividerad med antalet skovlar i hjulet. Mer bestämt kan kilvinkelns tänkta mittlinje sammanfalla med ett plan genom löphjulet, vilket plan är parallellt med löphjulets rotationsaxel och sammanfaller med en korda i en cirkel som genereras av vilken som helst punkt på löphjulet på ett avstånd från rotationsaxeln vid hjulets rotation, vilken korda icke skär cirkelns centrum. Det är även möjligt att navsegrnentet har ﬂera kilformiga partier med olika riktning hos mittlinjen, t ex att ett första kilformigt parti sträcker sig från en punkt på ett avstånd från navsegmentets inre ände ut mot navsegrnentets periferi, att ett andra kilformigt parti med samma kilvinkel som det första kilformiga partiet sträcker sig från navsegrnentets inre ände, samt att även ett perifert parti av navsegmentet har formen av en kil med samma kilvinkel som de övriga kilformiga partierna och att nämnda andra och perifera partier har en mittlinje som skär hjulets rotationsaxel. I och för sig kan man även tänka sig att de kilformiga partierna övergår i varandra kontinuerligt, vilket innebär att kantytoma i detta fall har formen av krökta linjer. Navsegmentet kan i detta fall även beskrivas som ett segment av en månskära.In the preferred case, all elements are equally large and identically designed, although it is per se possible to give the hub segments and the band segment a different width. Whether the elements, as preferred, are of equal size, or have varying hub and belt segment widths, according to one aspect of the invention have at least some portion of the hub segments projected on a plane perpendicular to the axis of rotation of the impeller , the main shape of a wedge, wherein the wedge angle, in case all hub segments are equally wide, and the mean angle of the wedges in case the segments have different widths, is 360 divided by the number of vanes in the wheel. More specifically, the imaginary centerline of the wedge angle may coincide with a plane through the impeller, which plane is parallel to the axis of rotation of the impeller and coincides with a chord in a circle generated by any point on the impeller at a distance from the axis of rotation of the wheel. the center of the circle. It is also possible that the hub segment has kil your wedge-shaped portions with different direction of the center line, for example that a first wedge-shaped portion extends from a point at a distance from the inner end of the hub segment towards the periphery of the hub segment, that a second wedge-shaped portion with the same wedge angle the first wedge-shaped portion extends from the inner end of the hub segment, and that also a peripheral portion of the hub segment has the shape of a wedge with the same wedge angle as the other wedge-shaped portions and that said second and peripheral portions have a center line which intersects the axis of rotation of the wheel. As such, it is also conceivable that the wedge-shaped portions merge into each other continuously, which means that the edge surfaces in this case have the shape of curved lines. The hub segment can in this case also be described as a segment of a crescent moon.

Navsegmenten kan endera förbindas direkt med varandra eller via ett för samtliga element sammanbindande organ, t ex en navskiva. I det senare fallet sträcker sig fäst- elementen, företrädesvis skruvar, företrädesvis parallellt med löphjulets rotationsaxel.The hub segments can either be connected directly to each other or via a means connecting all the elements, for example a hub disc. In the latter case, the fastening elements, preferably screws, preferably extend parallel to the axis of rotation of the impeller.

Denna utföringsform kan i första hand användas för mindre löphjul, där vikten inte är av avgörande betydelse.This embodiment can primarily be used for smaller impellers, where the weight is not of decisive importance.

Vid mycket stora löphjul är navsegmenten emellertid företrädesvis förenade direkt med varandra genom skruvar anordnade i borrhål, vilka sträcker sig snett in i navsegmenten genom åtminstone en öppning inavsegmentets mantel och genom de kantytor på respektive navsegrnent, vilka anligger mot varandra i det monterade löphjulet. Även bandsegrnenten kan i detta fall förenas med varandra på motsvarande sätt genom skruvar som sträcker sig genom snett riktade borrhål.In the case of very large impellers, however, the hub segments are preferably connected directly to each other by screws arranged in boreholes, which extend obliquely into the hub segments through at least one opening in the mantle segment sheath and through the edge surfaces of the respective hub segments which abut each other in the mounted impeller. In this case, the belt segment can also be connected to each other in a corresponding manner by screws which extend through obliquely directed boreholes.

Uppﬁnningen erbjuder enligt en aspekt även möjligheter att på ett rationellt sätt förena elementen genom svetsning, genom att svetsfogama kan förläggas till områden som är lätt åtkomliga för automatiskt arbetande svetsmaskiner, nämligen till navets ovansida och bandets utsida. Dessutom ger uppﬁnningen enligt denna aspekt den fördelen att 505 375 10 15 20 25 30 35 skovlama överhuvud inte påverkas av svetsningen, eftersom några svetsfogar inte förekommer i närheten av skovlama, såsom vid konventionell teknik att montera skovlar genom svetsning.According to one aspect, the invention also offers opportunities to rationally join the elements by welding, in that the welds can be placed in areas that are easily accessible for automatically operating welding machines, namely to the top of the hub and the outside of the belt. In addition, the invention according to this aspect gives the advantage that the vanes are not affected at all by the welding, since no welds are present in the vicinity of the vanes, as in conventional technology of mounting vanes by welding.

Den mekaniska bearbetningen kan innefatta någon eller några av eller samtliga de bearbetningstekniker som innefattar ﬁäsning, borrning, brotchning, gängning, slipning och polering.The mechanical machining may include any or all of the machining techniques which include ﬁ milling, drilling, broaching, threading, grinding and polishing.

Ytterligare kännetecken och aspekter samt fördelar med uppﬁnningen framgår av de efterföljande patentkraven samt av följande detaljerade beskrivningar av ett par tänkbara utföringsformer.Additional features and aspects as well as advantages of the invention will be apparent from the following claims and from the following detailed descriptions of a couple of conceivable embodiments.

KORT PIGURBESKRIVNING I den följande beskrivningen av ett par tänkbara utföringsformer kommer att hänvisas till bifogade ritningsﬁgurer, av vilka Pig. 1-5 visar ett element, innan detta försetts med skruv- och momenttapp shål, avsett att ingå i ett mindre francisturbinlöphjul enligt en första utföringsfonn av uppﬁnningen, varvid Pig. l utgör en perspektivisk vy mot bandets utsida och navsegrnentets yttre kant och visar skovelns trycksida samt navsegmentets ena vattenvägssida, Pig. 2 utgör en perspektivisk vy mot skovelns inloppskant och visar navsegmentets andra vattenvägssida, Pig. 3 utgör en perspektivisk vy i en riktning motsatt den i Pig. 1 och visar skovelns sugsida och bandsegmentets andra vattenvägssida, Pig. 4 utgör en perspektivisk vy i en riktning motsatt den i Pig. 2 mot skovelns ut- loppskant och visar bandsegmentets andra vattenvägssida, och Pig. 5 visar elementet i en vy uppifrån; Pig. 6 visar i en vy uppifrån hur ett antal element enligt Pig. 1-5 är anordnade sida vid sida i löphjulet, varvid skruvar, navskiva och bandgördel utelämnasi figuren för att den relativa orienteringen av elementen bättre skall framgå, Pig. 7 utgör ett vertikalt snitt genom det kompletta löphjulet i en vy motsvarande en vy utmed linjen VII-VII i Pig. 6, Pig. 8 visar ett större löphjul uppifrån (endast halva hjulet visat), med den perifera delen av navet delvis i genomskäming, enligt en andra utföringsform av uppﬁnningen, 20 25 30 35 5 sus 375 Fig. 9 utgör ett vertikalt snitt genom detta större löphjuli en vy utmed linjen Dí-IX i Fig. 8, och fortsättning av snittet utmed en motsvarande linje i den icke visade halvan av hjulet i Fig. 8, Fig. 10 visar schematiskt i en vy från sidan hur ett par nav- och bandsegment är förbundna med hjälp av slcruvförband, Fig. 11 , visar i en vy uppiﬁån i större skala ett par navsegment samt organ för posi- tionering och förening med varandra, och Fig. 12 illustrerar de färdiga skruvförbanden i ett par närliggande navsegment.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS In the following description of a couple of possible embodiments, reference will be made to the accompanying drawings, of which Figs. 1-5 show an element, before this is provided with a screw and torque pin hole, intended to be part of a smaller Francis turbine impeller according to a first embodiment of the invention, wherein Pig. l is a perspective view of the outside of the belt and the outer edge of the hub section and shows the pressure side of the vane and one waterway side of the hub segment, Pig. 2 is a perspective view of the inlet edge of the vane and shows the other waterway side of the hub segment, Pig. 3 is a perspective view in a direction opposite to that of Figs. 1 showing the suction side of the vane and the other waterway side of the belt segment, Pig. 4 is a perspective view in a direction opposite to that of Figs. 2 towards the outlet edge of the vane and shows the other waterway side of the belt segment, and Pig. 5 shows the element in a top view; Pig. 6 shows in a top view how a number of elements according to Pig. 1-5 are arranged side by side in the impeller, whereby screws, hub disc and belt belt are omitted in the figure so that the relative orientation of the elements is better seen, Figs. 7 is a vertical section through the complete impeller in a view corresponding to a view along the line VII-VII in Figs. 6, Pig. Fig. 8 shows a larger impeller from above (only half the wheel shown), with the peripheral part of the hub partly in section, according to a second embodiment of the invention, Fig. 9 Fig. 9 forms a vertical section through this larger impeller a view along the line Dí-IX in Fig. 8, and the continuation of the section along a corresponding line in the half of the wheel (not shown) in Fig. 8, Fig. 10 shows schematically in a side view how a pair of hub and belt segments are connected to by means of screw connections, Fig. 11, shows in a view above the river on a larger scale a pair of hub segments and means for positioning and joining together, and Fig. 12 illustrates the finished screw connections in a pair of adjacent hub segments.

DETALJERAD BESKRIVNING AV UPPFINNINGEN Uppﬁnningen skall nu förklaras genom detaljerade beskrivningar av ett par tänkbara utföringsforrner av ett par löphjul samt hur dessa kan tillverkas.DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The invention will now be explained by detailed descriptions of a couple of possible embodiments of a pair of impellers and how these can be manufactured.

I Fig. 1-5 visas ett element somi ett större antal är avsett att ingå i ett företrädesvis mindre löphjul. Inget hindrar dock att även större löphjul kan tillverkas enligt samma princip. I ritningsﬁgrrrerna betecknas ett sådant element allmänt med siﬁran 1. Det består av ett navsegment 2, ett bandsegment 3 och en skove14. Skoveln 4 har en inloppskant 5, en utloppskant 6, en trycksida 7 och en sugsida 8. Navsegmentet 2 har på undersidan en första vattenvägssida 9 på skovelns trycksida 7 och en andra vattenvägssida 10 på sko- velns sugsida 8. På motsvarande sätt har bandsegmentet 3 på sin insida en första vatten- vägssida 11 och en andra vattenvägssida 12 på ömse sidor om skoveln 4. Navsegmentets och bandsegrnentets vattenvägssidor 9 och 10, respektive ll och 12, har en dubbelkrökt form Navsegmentets ovansida 15 är enligt utföringsformen konkavt konisk, medan band- segmentets 3 utsida uppvisar ett första, andra och tredje cylindriskt parti 16, 17 respektive 18 med i nu nämnd ordning ökande radie.Figs. 1-5 show an element in which a larger number is intended to be included in a preferably smaller impeller. However, there is nothing to prevent even larger impellers from being manufactured according to the same principle. In the drawings, such an element is generally denoted by the filter 1. It consists of a hub segment 2, a belt segment 3 and a shovel14. The vane 4 has an inlet edge 5, an outlet edge 6, a pressure side 7 and a suction side 8. The hub segment 2 has on the underside a first waterway side 9 on the pressure side 7 of the vane and a second waterway side 10 on the suction side 8 of the vane. on its inside a first waterway side 11 and a second waterway side 12 on either side of the vane 4. The hub segment and belt segment waterway sides 9 and 10, respectively ll and 12, have a double curved shape The hub segment top 15 is concavely conical according to the embodiment, while the outside of the segment 3 has a first, second and third cylindrical portion 16, 17 and 18, respectively, with a radius increasing in the order now mentioned.

Betraktad uppifrån, Fig. 5, uppvisar navsegmentet 2 tre kilformiga partier, som i det följande benämns första kilformigt parti 20, andra kilfonniga parti 21 och perifera kilformiga parti 22. Det första kilformiga partiet 20 utgör enligt utföringsformen navsegmentets huvuddel Enligt utföringsformen är alla element 1 och därmed alla navsegment 2 lika stora. Kilvinkehi v uppgår till 360 dividerat med totala antalet skovlari det färdiga löphjulet, Fig. 6. Nämnda första kilformiga parti 20 sträcker sig från en tänkt första cirkelbåge 23 på ett avstånd ﬁån navsegmentets inre ändyta 24, som är cylindrisk ut till en tänkt andra cirkelbåge 25 på ett avstånd från navsegmentets yttre kant 26, som också är cylindrisk. Mittlinjen i det första kilformiga partiet 20 sammanfaller 505 375 10 20 25 30 35 med ett plan genom det löphjul 30, Fig. 6 och 7, ivilket elementet 1 skall ingå, vilket plan är parallellt med löphjulets rotationsaxel 31 och sammanfaller med en korda i en cirkel som genereras av vilken som helst punkt på löphjulet på ett avstånd från rotationsaxeln 31 vid löphjulets rotation, vilken korda icke skär cirkelns centrum Det andra, inre kilformiga partiet 21 är förhållandevis kort och brett, och dess mittlinje 32 skär löphjulets rotationsaxel 3 1 till skillnad från det första kilformiga partiets 20 mitt- linje. Det perifera kilformiga partiet 22 är ännu kortare och ännu bredare och även dettas mittlinje 33 skär rotationsaxeln 31.Viewed from above, Fig. 5, the hub segment 2 has three wedge-shaped portions, hereinafter referred to as first wedge-shaped portion 20, second wedge-shaped portion 21 and peripheral wedge-shaped portion 22. According to the embodiment, the first wedge-shaped portion 20 constitutes the main part of the hub segment. and thus all hub segments 2 are equal in size. The wedge angle v amounts to 360 divided by the total number of vanes in the finished impeller, Fig. 6. Said first wedge-shaped portion 20 extends from an imaginary first circular arc 23 at a distance from the inner end surface 24 of the hub segment, which is cylindrical out to an imaginary second circular arc 25. at a distance from the outer edge 26 of the hub segment, which is also cylindrical. The center line of the first wedge-shaped portion 20 coincides with a plane through the impeller 30, Figs. 6 and 7, in which the element 1 is to be included, which plane is parallel to the axis of rotation 31 of the impeller and coincides with a chord in a circle generated by any point on the impeller at a distance from the axis of rotation 31 at the rotation of the impeller, which cord does not intersect the center of the circle. The second, inner wedge-shaped portion 21 is relatively short and wide, and its center line 32 intersects the axis of rotation 3 1 of the impeller. from the center line of the first wedge-shaped portion 20. The peripheral wedge-shaped portion 22 is even shorter and even wider and also its center line 33 intersects the axis of rotation 31.

De lcilformiga partiemas kantytor utgörs av ytor som är parallella med rotationsaxeln 31 och består av kantytoma 34, 35 på det första kílformiga partiet 20, kantytor 36, 37 på det andra, inre kilformiga partiet 21 och .kantytor 38, 39 på det perifera kilformiga partiet 22. Även bandsegmentet 3 består i princip av tre kilformiga partier, nämligen ett första kil- formigt parti, som utgör bandets huvuddel, ett andra kilformigt parti 42 i bandets nedersta del och ett övre kilformigt parti 43, som kan sägas motsvara navpartiets perifera kilformiga parti 22. Kantytoma har betecknats 44-49. Av dessa bildar kantytoma 46 och 47 respektive 48 och 49 kilytor riktade mot rotationsaxeln 31 och med samma kilvinkel v som hos det kilfomade partierna i navsegmentet. Bandsegrnentets 3 undre kantyta har betecknats 50.The edge surfaces of the cylindrical portions consist of surfaces which are parallel to the axis of rotation 31 and consist of the edge surfaces 34, 35 of the first wedge-shaped portion 20, edge surfaces 36, 37 of the second, inner wedge-shaped portion 21 and edge surfaces 38, 39 of the peripheral wedge-shaped portion 22. The belt segment 3 also consists in principle of three wedge-shaped portions, namely a first wedge-shaped portion, which constitutes the main part of the belt, a second wedge-shaped portion 42 in the lower part of the belt and an upper wedge-shaped portion 43, which can be said to correspond to the hub portion. 22. The edge surfaces have been designated 44-49. Of these, the edge surfaces 46 and 47 and 48 and 49, respectively, form wedge surfaces directed towards the axis of rotation 31 and with the same wedge angle v as with the wedge-shaped portions in the hub segment. The lower edge surface of the band boundary 3 has been designated 50.

Navsegrnentets 2 ovansida 15 är konkavt konisk, med undantag för ett mindre, perifert randparti, med konens axel sammanfallande med rotationsaxeln 31. I denna koniska yta ﬁnns en rad borrhål 53, 55, se Fig. 6, ej visade i Fig. 1-5, utmed vardera av de båda första kantytoma 34, 35. Borrhålens 53, 55 axlar är parallella med dessa kantytor och med rotationsaxeln 31. I vardera raden av borrhål ﬁnns ett par hål 53 för momenttappar och däremellan ett par gängade skruvhål 55 för montering av elementen 1 till en förenande navskiva 57, Fig. 7, med plan under- och översida och med en konísk yta 58 matchande elementens 1 koniska yta 15. Genom navskivan 57 sträcker sig ett antal vertikala hål 59, 60 svarande mot hålen 53 respektive 55 inavsegmenten. Moment- pluggar och fästskruvar har betecknats 54 respektive 56 i det monterade hjulet, Fig. 7.The upper side 15 of the hub boundary 2 is concavely conical, with the exception of a smaller, peripheral edge portion, with the axis of the cone coinciding with the axis of rotation 31. In this conical surface there are a series of boreholes 53, 55, see Fig. 6, not shown in Figs. 1-5 , along each of the first two edge surfaces 34, 35. The axes of the boreholes 53, 55 are parallel to these edge surfaces and to the axis of rotation 31. In each row of boreholes there are a pair of holes 53 for torque pins and between them a pair of threaded screw holes 55 for mounting the elements 1 to a joining hub disc 57, Fig. 7, with flat bottom and top side and with a conical surface 58 matching the conical surface 15 of the elements 1. A number of vertical holes 59, 60 corresponding to the holes 53 and 55 inward segments respectively extend through the hub disc 57. Torque plugs and fixing screws have been designated 54 and 56, respectively, in the mounted wheel, Fig. 7.

Navskivan 57 är vidare försedd med fästhål 65 och momenttapp shål 64 och eventuellt även dräneringshål (icke visade) på i och för sig känt sätt för att fästa löphjtrlet vid en icke visad axel. 10 15 20 25 30 35 7 505 375 Slutligen ﬁnns på utsidan av bandsegmentens 3 första cylindriska parti 16 en påkryrnpt gördel 61.The hub plate 57 is further provided with mounting holes 65 and torque pin holes 64 and possibly also drainage holes (not shown) in a manner known per se for attaching the running shaft to a shaft (not shown). Finally, on the outside of the first cylindrical portion 16 of the belt segments 3 there is a crimped belt 61.

Löphjulet 30 tillverkas på följande sätt. Obearbetade element gjuts som identiska gjut- stycken med den huvudsakliga form som visas i Fig. 1-5, medan navskivan 57 framställs av en plåt. Navskivans plana sidor och koniska yta 15 framställs genom svarvning.The impeller 30 is manufactured in the following manner. Raw elements are cast as identical castings with the main shape shown in Figs. 1-5, while the hub plate 57 is made of a sheet. The flat sides and conical surface 15 of the hub disk are produced by turning.

Bearbemingen av elementen 1 inleds med att kantytoma 34-39 och 44-49 på elementens navsegment 2 respektive bandsegment 3 fräsesi en automatiskt arbetande, datorstyrd verktygsmaskin enligt ett i maskinen inprogrammerat CAD/CAM-program, så att man i de sidor på nav- och bandsegmenten som hos närliggande element i det monterade hjulet skall vändas mot varandra inte får något övergods. Därefter placeras elementen sida mot sida i en ﬁxtur, så att man får ett temporärt sammanhållet hjul, varefter navsegmentens 2 koniska ytor 52 framställs genom svarvning till en form matchande navskivans 57 koniska yta 58. Navskivan 57 placeras nu på de sammanhållna elementen 1 med sin koniska yta 58 anliggande mot navsegmentens 2 koniska yta 15 och ﬁxeras temporärt i detta läge. Därefter borras samtliga hål upp, nämligen momenttappshålen 59, 53, skruv- hålen 60, 55, det centrala hålet 63 samt de icke visade hålen i navskivan för dennas montering till axeln. Navskivan 57 avlägsnas därefter och skmvhålen 55 inavsegmenten gängas.The machining of the elements 1 begins by milling the edge surfaces 34-39 and 44-49 on the hub segments 2 and belt segments 3 of the elements, respectively, in an automatically operating, computer-controlled machine tool according to a CAD / CAM program programmed into the machine, so that in the sides of the hub and the belt segments which in the case of adjacent elements in the mounted wheel are to face each other do not have any excess goods. Then the elements are placed side by side in an ﬁ xture, so that a temporarily cohesive wheel is obtained, after which the conical surfaces 52 of the hub segments 2 are produced by turning into a shape matching the conical surface 58 of the hub disc 57. The hub disc 57 is now placed on the cohesive elements 1 surface 58 abutting the conical surface 15 of the hub segments 2 and ﬁxered temporarily in this position. Then all the holes are drilled, namely the torque pin holes 59, 53, the screw holes 60, 55, the central hole 63 and the holes (not shown) in the hub plate for its mounting to the shaft. The hub plate 57 is then removed and the screw holes 55 in the saw segments are threaded.

Under den fortsatta mekaniska bearbetningen av elementen 1 används den preparerade navskivan 57 som ﬁxtur i en automatiskt arbetande, datorstyrd bearbetningsmaskin, varvid elementens ett position på navskivan har bestämts genom de framställda skruv- och momenttappshålen. Referens vid denna bearbetning är navskivans centrumlinje, som svarar mot löphjulets rotationsaxel 31. Bearbemingen av elementen utförs efter en teoretisk modell som ﬁnns lagrad i bearbetningsmaskinens CAD/CAM-program Före bearbetningen monteras elementet 1 i avsedd position på navskivan med hjälp av skruvar. Endast ett element är vid varje arbetsoperation monterad på navskivan, vilket innebär att samtliga vattenvägssidor på elementet är lättåtkomliga för bearbetnings- maskinens verktyg. Sålunda bearbetas skovelns 4 tryck- och sugsidor 7, 8 och nav- segmentens och bandsegmentens vattenvägssidor 9, 10 respektive 12, 13 med hjälp av skärande verktyg, såsom fiâsar etc, till avsedd form enligt den teoretiska modellen, vilket är möjligt att utföra eftersom alla ytor som skall bearbetas är åtkomliga och alla punkter i rummet är deﬁnierade, utgående från navskivans centrumlinje. Under denna bearbetning är bandsegmenten 3 ﬁxerade med hjälp av stödanordningar enligt i och för sig väl känd 505 375 10 20 25 30 35 telmik. Viss, kompletterande bearbetning kan eventuellt även utföras för hand liksom avslutande putsningsarbete.During the further mechanical machining of the elements 1, the prepared hub disc 57 is used as a tool in an automatically operating, computer-controlled machining machine, the position of the elements on the hub disc being determined by the manufactured screw and torque pin holes. Reference in this machining is the center line of the hub disk, which corresponds to the axis of rotation 31 of the impeller. The machining of the elements is performed according to a theoretical model stored in the machining machine's CAD / CAM program. Before machining, the element 1 is mounted in the intended position on the hub disk. Only one element is mounted on the hub plate during each work operation, which means that all waterway sides of the element are easily accessible to the machine tool. Thus, the pressure and suction sides 7, 8 of the vane 4 and the waterway sides 9, 10 and 12, 13 of the hub segments and belt segments are machined by means of cutting tools, such as chisels, etc., into the intended shape according to the theoretical model, which is possible to perform surfaces to be machined are accessible and all points in the room are ﬁ niered, starting from the center line of the hub plate. During this processing, the belt segments are 3 ﬁ xxed by means of support devices according to per se well-known telimetics. Some, complementary processing can possibly also be performed by hand as well as final plastering work.

Då ett element 1 sålunda har bearbetats, så att alla vattenvägsytor har fått sin avsedda, slutliga form och yta, lossas detta element 1 från navskivan 57. Denna vrids fram ett stycke, svarande mot elementens 1 delning i löphjulet, dvs en vinkel motsvarande 360 dividerat med antalet skovlar ihjulet. Därefter skruvas ett nytt element 1 fast på nav- skivan, varefter proceduren upprepas.When an element 1 has thus been machined, so that all waterway surfaces have had their intended, final shape and surface, this element 1 is detached from the hub plate 57. This is rotated a distance, corresponding to the division of the elements 1 in the impeller, i.e. an angle corresponding to 360 divided with the number of blades in the wheel. Then a new element 1 is screwed onto the hub plate, after which the procedure is repeated.

Då alla element 1 sålunda har bearbetats, skruvas samtliga åter fast på navskivan. Vid denna montering, liksom vid den tidigare nämnda temporära monteringen för svarv- ningen av de konisk ytoma, kan elementen föras successivt inåt mot centrum eller, alter- nativt, först temporärt förenas i två lika eller i det närmaste lika stora block (beroende på om antalet ingående skovlar och därmed element i löphjulet är udda eller jämnt), varefter blocken sammanföres till en enhet. Då sålunda samtliga, bearbetade element åter- monterats på navskivan 57, svarvas bandsegmentens forsta cylindriska parti 16 till önskat mått, varefter gördeln krymps fast. Därefter svarvas bandets kontur, inklusive den påkrympta gördeln 61, till önskat mått på utsida och undersida.When all elements 1 have thus been machined, they are all screwed back onto the hub plate. In this assembly, as in the previously mentioned temporary assembly for the turning of the conical surfaces, the elements can be moved successively inwards towards the center or, alternatively, first temporarily joined in two equal or almost equal blocks (depending on whether the number of paddles included and thus elements in the impeller are odd or even), after which the blocks are combined into one unit. Thus, when all the machined elements have been reassembled on the hub plate 57, the first cylindrical portion 16 of the belt segments is turned to the desired dimension, after which the belt is crimped. Then the contour of the belt, including the crimped belt 61, is turned to the desired dimension on the outside and underside.

Den konstruktion som visas i Fig. 8-13, och som är avsedd i forsta hand för mycket stora löphjul, skall nu beskrivas. För detaljer som har direkt motsvarighet i utföringsformen enligt Fig. 1-7 har härvid getts samma hänvisningsbeteckningar som i dessa ritnings- ﬁgurer med tillägget ” och kommer därför inte att här närmare beskrivas. Dock skall några framträdande skillnader förklaras.The construction shown in Figs. 8-13, which is intended primarily for very large impellers, will now be described. For details which have a direct equivalent in the embodiment according to Figs. 1-7, the same reference numerals have been given as in these drawing figures ﬁ with the suffix “and will therefore not be described in more detail here. However, some prominent differences will be explained.

En skillnad i förhållande till den föregående utföringsformen är att löphjulet 30” saknar separat navskiva. Istället är navsegrnentens 2” andra (inre) kilformiga partier 20” för- längda in mot navets centrum och försedda med skruvhål 64” och hål 65” för moment- tappar för löphjulets 30” montering på en axel.A difference in relation to the previous embodiment is that the impeller 30 ”lacks a separate hub disc. Instead, the hub part 2's other (inner) wedge-shaped portions 20 ”are extended towards the center of the hub and are provided with screw holes 64” and holes 65 ”for torque pins for the impeller 30” mounting on a shaft.

En annan skillnad är att elementen 1” är förenade direkt med varandra genom skruvar i navsegment och bandsegment. I navsegmentens perifera, kilformiga parti 22” ﬁnns två borrhål, nämligen ett första borrhål 71 och ett andra borrhål 72, vilka sträcker sig snett in inavsegrnentet genom en för de båda borrhålen gemensam öppning 81 i det perifera partiets 22” mantelyta 26”. Det första borrhålet 71 sträcker sig vidare vinkelrätt mot och genom kantytan 38”, medan det andra borrhålet 72 sträcker sig vinkelrätt in mot och genom kantytan 39”. Hålens centrumaxlar skär varandra i en punkt 73 innanför det peri- 10 15 20 25 30 35 505 375 fera kilpartiets 22” utsida 26”. Det första hålets 71 inre del 74 är gängad, medan den del 75 som sträcker sig från det gängade partiet 74 ﬁam till kantytan 38” är slätborrad och har en större diameter. Det andra hålet 72 har i den del 76 som ligger närmast kantytan 39” samma diameter som nämnda hålparti 75 i det första hålet 71 och är likaså slät- borrad. Ett parti 77 närmast skämingspunkten 73 har ytterligare större diameter och dess inre kant bildar säte för en ﬂäns på en styr- och positioneringshylsa 80, vars ytterdiameter med passning överensstämmer med diametern hos hålpartiema 75 och 76. Då två element 1” är sammaníörda, så att kantytoma 38” och 39” i de närliggande elementen anligger mot varandra i delningsplanet mellan elementen, är nämnda första och andra hål 71, 72 i de sammanförda elementen koaxiella. Genom att införa hylsan 80 genom öppningen 81 i det perifera partiets 22” utsida, in genom det andra hålet 72 i det ena elementet och vidare in i hålpartiet 75 i det första hålet 71 i det andra elementet, kan de båda elementen positioneras i önskat läge samt ﬁxeras i detta läge med hjälp av skruven 79.Another difference is that the elements 1 ”are connected directly to each other by screws in hub segments and belt segments. In the peripheral, wedge-shaped portion 22 "of the hub segments there are two boreholes, namely a first borehole 71 and a second borehole 72, which extend obliquely into the inlet portion through an opening 81 common to the two boreholes in the peripheral portion 22" mantle surface 26 ". The first borehole 71 further extends perpendicular to and through the edge surface 38 ", while the second borehole 72 extends perpendicularly towards and through the edge surface 39". The center axes of the holes intersect at a point 73 inside the peripheral 22 22 of the periphery of the wedge portion 22. The inner part 74 of the first hole 71 is threaded, while the part 75 which extends from the threaded portion 74 ﬁ am to the edge surface 38 ”is smooth drilled and has a larger diameter. The second hole 72 has in the part 76 which is closest to the edge surface 39 ”the same diameter as said hole portion 75 in the first hole 71 and is also smooth-drilled. A portion 77 closest to the intersection point 73 has a further larger diameter and its inner edge forms the seat of an end on a guide and positioning sleeve 80, the outer diameter of which fits with the diameter of the hole portions 75 and 76. When two elements 1 "are joined together, so that the edge surfaces 38 "and 39" in the adjacent elements abut each other in the dividing plane between the elements, said first and second holes 71, 72 in the joined elements being coaxial. By inserting the sleeve 80 through the opening 81 in the outside of the peripheral portion 22 ", into the second hole 72 in one element and further into the hole portion 75 in the first hole 71 in the second element, the two elements can be positioned in the desired position and is fixed in this position by means of the screw 79.

På motsvarande sätt är bandsegmenten borrade, positionerade relativt varandra och förenade medelst skruvar. Principen är helt analogt med den som ovan beskrivits med hänvisning till hopfogningen i området för navsegmenten. För hopfogningen av band- segmenten används enligt uttöringsfonnen tre skruvar 99, som sträcker sig genom kant- ytoma 47” och 48” och därmed över delningsplanet mellan bandsegmenten i området för bandsegmentets övre kilformade parti 43”. I området för bandsegmentens undre kilformade parti 42” ﬁnns också hål som sträcker sig in i bandsegmenten från kantytoma 46” och 49” och i dessa hål är anordnad en skruv 101. Dessutom är både i övre och nede delen av bandsegmenten anordnade positioneringshylsor enligt samma princip som beskrivits ovan för navsegmenten.Correspondingly, the belt segments are drilled, positioned relative to each other and joined by means of screws. The principle is completely analogous to that described above with reference to the joining in the area of the hub segments. For the joining of the belt segments, according to the emission form, three screws 99 are used, which extend through the edge surfaces 47 ”and 48” and thus over the dividing plane between the belt segments in the area of the upper wedge-shaped portion 43 ”of the belt segment. In the area of the lower wedge-shaped portion 42 "of the belt segments there are also holes extending into the belt segments from the edge surfaces 46" and 49 "and in these holes a screw 101 is arranged. In addition, both positioning sleeves are arranged in both the upper and lower part of the belt segments. as described above for the hub segments.

Utanpå navsegmenten 2” är en nmtomgående gördel 102 påkrympt och utanpå band- segrnenten 3” ﬁnns en påkrympt gördel 61”. Den senare sträcker sig över band- segrnentens 3” hela utsida. De båda gördlarna 102 och 61” täcker borrhålsöppningarnai navsegrnentens respektive bandsegmentens mantelytor liksom även de i hålen anordnade skruvarna 79 och 99 samt 101.On the outside of the hub segments 2 ”a circumferential belt 102 is crimped and on the outside of the belt segment 3” there is a crimped belt 61 ”. The latter extends over the entire outside of the strip segment 3 ”. The two belts 102 and 61 ”cover the borehole openings in the mantle surfaces of the hub section and the strip segments, respectively, as well as the screws 79 and 99 and 101 arranged in the holes.

Vid tillverkningen av det sålunda beskrivna, företrädesvis mycket stora löphjulet 30” framställs först de obearbetade elementen 1” som gjutstycken. Ett gjutstycke placeras i en ﬁxtur, där alla vattenvägsytor bearbetas liksom kantytoma enligt bearbetningsmaskinens CAD/CAM-programi enlighet med teknik som tillhör avancerad men nu allmänt praktiserad bearbetningsteknik. Även borrhålen 71, 72 inavsegmenten 2” liksom 505 375 10 borrhålen i bandsegmenten 3' för skruvarna 101 så att nämnda hål blir placerade på avsedda ställen i bandsegmentets övre parti 432 respektive undre parti 42”, vilket är möjligt att utföra reproducerbart med hög noggrannhet, så att även nästa element 1' bearbetas på samma sätt tills dess samtliga element 1' som skall ingå ilöphjulet 30” bearbetats på , så långt de mycket snäva tillverkningstoleranserna medger, identiskt samma sätt. Liksom vid framställningen av det lilla löphjulet 30 kan kompletterande bearbetning utföras fór hand liksom putsningen av vattenvägsytoma.In the manufacture of the thus described, preferably very large impeller 30 ", the unprocessed elements 1" are first produced as castings. A casting is placed in an xt xture, where all waterway surfaces are machined as well as the edge surfaces according to the machining machine's CAD / CAM program in accordance with technology belonging to advanced but now generally practiced machining technology. Also the boreholes 71, 72 in the sub-segments 2 "as well as the boreholes in the belt segments 3 'for the screws 101 so that said holes are placed in intended places in the upper portion 432 and lower portion 42" respectively of the belt segment, which is possible to perform reproducibly with high accuracy. so that also the next element 1 'is machined in the same way until all the elements 1' which are to be included in the impeller 30 'have been machined in the same way, as far as the very tight manufacturing tolerances allow, in the same way. As in the manufacture of the small impeller 30, additional processing can be performed by hand as well as the trimming of the waterway surfaces.

Elementen 1' ﬁxeras och förbinds därefter till varandra med hjälp av positionerings- hylsorna 80 inavsegmenten och motsvarande ibandsegmenten samt skruvama 79, 99 och 101. Elementen 1” förs sålunda samman till en helhet, t ex genom att först hälften av elementet skruvas samman i två block, som därefter förenas med varandra eller genom att elementen l' successivt förs i radiell riktning mot varandra till en helhet. Därefter svarvas utsidoma på nav och band samt även navets ovansida och bandets undersida. De båda gördlarna 102 och 61' kryrnps fast på nav respektive band och svarvas utvändigt till avsedda mått. Slutligen borras centrumhålet 63” och skruvhålen 64” och momenttapp s- hålen 65' upp inavet.The elements 1 'ﬁ are xxerated and then connected to each other by means of the positioning sleeves 80 in the input segments and the corresponding band segments as well as the screws 79, 99 and 101. The elements 1' are thus brought together into a whole, for example by first half of the element screwed together in two blocks, which are then joined together or by the elements 1 'being successively moved in radial direction towards each other into a whole. Then the exteriors of the hub and belt are turned, as well as the top of the hub and the underside of the belt. The two belts 102 and 61 'are crimped onto the hub and belt, respectively, and turned externally to the intended dimensions. Finally, drill the center hole 63 ”and the screw holes 64” and the torque stud holes 65 'inwards.

Claims

l0 15 20 25 30 35 “sos 375 PATENTKRAV

Impeller turbine impellers consisting of hubs, vanes and belts, characterized in that it consists essentially of a number of identical elements (1, 1 °), each of which is cast in one piece and consists of a hub segment (2, 2 °), a belt segment (3, 3 ') and between the hub segment and the belt segment a single vane (4, 4'), and that said elements, after mechanical machining of at least the vane surfaces and the waterway sides of the hub segments and belt segments, are mounted nmt the entire circumference of the impeller with adjacent hub segments arranged side by side and joined together to form a continuous hub and adjacent belt segments are arranged side by side and joined together to form a continuous, nm circumferential band.

Flywheels according to sea 1, characterized in that the hub segments (2, 2 ') are connected to each other by at least one of the types of joints which include screw joints, welding joints, adhesive joints, wedge joints and rivet joints.

Impellers according to claim 1 or 2, characterized in that the belt segments (3, 3 °) are connected to each other by at least one of the types of joints which include screw joints, welding joints, adhesive joints, wedge joints and rivet joints.

Impeller according to one of Claims 1 to 3, characterized in that also the edge surfaces (34-39, 34 "-39 °, 44-49, 44'-49 ') of the hub segments and the belt segments facing each other in the mounted impeller is mechanically machined before the hub segments and the belt segments are joined together to form a continuous, circumferential hub and belt, respectively.

Impeller according to one of Claims 1 to 4, characterized in that at least some portion (20-22, 20 ° -22 ") of the hub segments, projected on a plane perpendicular to the axis of rotation (31, 31") of the impeller, has it the main shape of a wedge, and that the wedge angle, in case all hub segments are equally wide, and the mean angle of the wedges in case the segments have different widths, is 360 divided by the number of vanes in the wheel.

Impeller according to claim 5, characterized in that the imaginary center line of the wedge coincides with a plane through the impeller, which plane is parallel to the axis of rotation of the impeller and coincides with a chord in a circle generated by any point on the impeller on a distance from the axis of rotation at the rotation of the wheel, which cord does not intersect the center of the circle. 12 505 375 10 15 20 25 30 35

7. A running wedge according to any one of claims 5 and 6, characterized in that a first wedge-shaped portion (20, 20 °) extends from a point at a distance from the inner end of the hub segment towards the periphery of the hub segment, that a second wedge-shaped portion ( 21, 21 ') at the same angle as the first wedge-shaped portion extends from the inner end of the hub segment out to said point at a distance from the inner end of the hub segment, and that the center line of the second wedge-shaped portion intersects the axis of rotation of the wheel.

Impeller according to any one of claims 5-7, characterized in that also a peripheral portion (22, 22 ”) of the hub part has the shape of a wedge with the same wedge angle as said first wedge-shaped portion.

Impeller according to one of Claims 1 to 8, characterized in that the hub segments are connected to one another via a connecting element (57) which connects all the elements.

Impeller according to claim 9, characterized in that said common means is constituted by a hub disc (57) and that the hub screw is connected to the hub segments by the fastening elements extending parallel to the axis of rotation (31) of the wheel.

11. ll. Impellers according to any one of claims 1-10, characterized in that the hub segments are connected to each other by screws (79) arranged in boreholes (71, 72), which extend obliquely into the inlet segment through at least one opening (81) in the hub segment shell and through the edge surfaces (382 39 °) on the respective hub segments, which abut each other in the mounted impeller.

Impeller according to one of Claims 1 to 11, characterized in that the belt segments are connected to one another by drill holes (99, 101) which extend obliquely into the belt segment through at least one opening in the circumferential surface of the belt segment and through the edge surfaces ( 47 °, 48 ') which abut against each other in the mounted impeller.

Flywheel according to any one of claims 1-8, characterized in that the hub boundary is connected to each other by welds on the side of the hub boundary facing from the waterway sides of the hub segments in the areas of the dividing plane between the hub segments.

Impeller according to one of Claims 1 to 13, characterized in that the belt segments are connected to one another by welded joints on the mantle surface sides of the belt segments in the areas of the dividing plane between the belt segments. 10 15 20 25 30 13 505 375

Impeller according to one of the preceding claims, characterized in that a circumferential belt (102) is crimped on the outside of the hub segments.

Impeller according to one of Claims 1 to 15, characterized in that a circumferential belt (61, 61 °) is crimped on the outside of the belt segments.

Impellers according to claim 15 or 16, characterized in that said belt covers boreholes opening into the mantle segments of the inlet segments and / or belt segments as well as fastening screws arranged in said boreholes.

Impeller according to one of Claims 1 to 17, characterized in that the entire upper side of the hub consists of a turned, rotationally symmetrical surface.

A method of manufacturing a running wheel for a Francis turbine consisting of hubs, vanes and belts, characterized in that a number of elements (1, 1 ') corresponding to the number of vanes in the impeller are cast, each such cast element consisting of a hub segment ( 2, 2 '), a belt segment (3, 3 ") and a single vane (4, 4 °) between the hub segment and the belt segment, that the element is axed in an automatically operating, computer-controlled processing machine and oriented in a three-dimensional coordinate system, and that at least the vanes and the waterway sides of the hub and belt segments are then machined to the desired shape and surface according to a predetermined, and programmed theoretical model in the machine.

20. A method according to claim 19, characterized in that also the edge surfaces on the hub segments (34-39, 34'-39 °) and on the strip segments (44-49, 44 "-49 °) which are to face the edge surfaces on adjacent elements is machined to the desired final shape in said computer-controlled machining machine.

21. A method according to any one of claims 19 and 20, characterized in that boreholes and threads for connecting adjacent elements to each other are also produced in the hub and / or belt segments in said computer-controlled processing machine.

22. A method according to any one of claims 19-21, characterized in that adjacent elements are positioned in their final positions by at least one guide pin, guide pin or guide sleeve.