WO2024120742A1 - Method for producing a rotor blade - Google Patents

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WO2024120742A1
WO2024120742A1 PCT/EP2023/081404 EP2023081404W WO2024120742A1 WO 2024120742 A1 WO2024120742 A1 WO 2024120742A1 EP 2023081404 W EP2023081404 W EP 2023081404W WO 2024120742 A1 WO2024120742 A1 WO 2024120742A1
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rotor blade
bronze
producing
hydraulic machine
outer edge
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Martin Schabasser
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Voith Patent Gmbh
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Definitions

  • the invention relates to a method for producing a rotor blade for a hydraulic machine with an axially flowing impeller.
  • this also includes so-called semi-axial machines, i.e. machines with impellers that are flowed diagonally, so that the flow direction has an axial and a radial component.
  • Hydraulic machines with axially flowing impellers are used in hydroelectric power plants. These can be turbines or pump turbines. Impellers with pivoting impeller blades are usually called Kaplan impellers. Impellers with fixed impeller blades are usually called propeller impellers.
  • Axial flow impellers rotate in a pipe section with a cylindrical (propeller) or spherical (Kaplan) inner contour.
  • the inner contour of this pipe section has the shape of a cone with a concave surface line (propeller) or the shape of a hemisphere (Kaplan).
  • This pipe section is referred to below as the discharge ring.
  • a hydraulic machine with an axial flow impeller is disclosed, for example, in patent specification CH 310 028 B.
  • the object of the invention is to provide a method for producing a rotor blade for a hydraulic machine with an axially flowing impeller, whereby the Wear is reduced when the outer edges of the blades come into contact with the impeller ring.
  • the bronze is preferably aluminum bronze.
  • Fig.3 Axial flow impeller in a view along the axis of rotation
  • FIG.4 Detail of a rotor blade produced with a first variant of the method according to the invention
  • FIG.5 Detail of a rotor blade produced with a second variant of the method according to the invention;
  • FIG 1 shows a hydraulic machine with an axial flow impeller of the Kaplan type in a schematic representation.
  • the impeller comprises a plurality of blades, of which only one is shown and designated 1.
  • the blades 1 are connected to a hub designated 6.
  • the mechanism for pivoting the blades 1 is arranged in the hub, which is only indicated in Figure 1.
  • the impeller rotates in an impeller ring designated 2. Between the impeller ring 2 and the outer edges of the blades 1 there is a gap, which is highlighted with a dashed circle designated A. So that the blades 1 can be pivoted, the inner contour of the impeller ring 2 has the shape of part of a sphere.
  • FIG. 2 shows a hydraulic machine with an axial flow impeller of the propeller type in a schematic representation.
  • the differences to a hydraulic machine with a Kaplan impeller are that the impeller blades 1 are fixed, i.e. not pivotably attached to the hub 6, and that the inner contour of the impeller ring 2 is cylindrical.
  • FIG. 3 shows an axial flow impeller in a view along the axis of rotation in a highly schematic representation.
  • This can be a Kaplan or a propeller impeller. Only one of the impeller blades is shown.
  • the direction of rotation of the impeller is indicated by the arrow.
  • the leading edge of the impeller blade is arranged and marked 4.
  • the trailing edge of the impeller blade is arranged and marked 5.
  • the impeller blade is thicker in the area of the leading edge 4 than in the area of the trailing edge 5.
  • the impeller blade tapers off thinly. This also applies for many hydraulic machines with reversible direction of rotation, and in this case serves to define the leading and trailing edges.
  • Hydraulic machines with reversible direction of rotation which have symmetrical rotor blades are also known.
  • the outer edge of the rotor blade is designated 3 in Figure 3 and is located on the outside of the rotor blade in the radial direction.
  • the dashed circle indicates the inner contour of the impeller ring.
  • the extent of the outer edge 3 is defined by the gap between the rotor blade and the impeller ring.
  • the outer edge 3 extends over the area in which the gap has its minimum width.
  • the extent of the outer edge 3 is indicated by the two dashed lines.
  • the lateral edges, i.e. the leading and trailing edges, begin at these lines.
  • the homogeneity of the gap width in the area of the outer edge 3 is ensured (within the scope of the manufacturing tolerances) by the fact that the final machining of the outer edges is carried out by turning.
  • Figure 4 shows a section through a rotor blade produced using the method according to the invention in the region of the outer edge 3.
  • the rotor blade comprises a base body, which is designated with 11.
  • the material of the base body 11 is steel.
  • a layer of bronze, which is designated with 9, is sprayed onto the base body 11.
  • the outer edge 3 is formed by the bronze layer 9.
  • the entire outer edge 3 is formed by the sprayed-on bronze layer 9. This means that the bronze layer 9 extends along the entire outer edge 3 of the rotor blade.
  • the bronze layer 9 extends only along part of the outer edge 3 of the rotor blade.
  • the part of the outer edge 3 that is formed by bronze extends to the trailing edge 5 of the rotor blade.
  • the inventor has recognized that during a load shedding, the rotor blade 1 deforms more in the area of the thin trailing edge 5 than in the area of the thicker leading edge 4, so that the undesirable contact only occurs in the area of the trailing edge 5. It is therefore sufficient if this area is made of bronze. This area can be determined by deformation calculations.
  • Figures 5a and 5b show rotor blades in the area of the outer edge, which were produced using further variants of the method according to the invention.
  • the pressure side of the rotor blade is designated with 7 and the suction side of the rotor blade with 8.
  • the base body has a web, which is designated with 10 and runs along the pressure side 7.
  • One side of the web 10 forms part of the pressure side 7.
  • an additional web 10 is arranged along the suction side 8.
  • the bronze layer is arranged to the side of the web 10 or between the webs 10. In each case, the bronze layer runs along the webs and protrudes in the radial direction beyond the end of the web(s), so that the outer edge is formed by bronze.
  • the function of the webs 10 is that the interface between the base body and the bronze layer is protected from stress by the webs. This stress acts primarily on the pressure side of the rotor blade, so that in many cases protection of this side is sufficient.
  • the base body with the webs 10 is provided.
  • Figure 6 shows the states of a rotor blade after the individual steps of the manufacturing process according to the invention in a further variant.
  • the upper part of Figure 6 shows the base body 11 before the bronze is sprayed on.
  • the base body has a groove in the area of the later outer edge, which is designated 12.
  • the groove 12 runs along the center line of the rotor blade.
  • the lower part of Figure 6 shows the rotor blade with sprayed-on bronze.
  • the bronze is only applied to the raised surfaces of the base body 11, i.e. not in the area of the groove 12. In this case, the outer surface formed by bronze is divided into two separate areas by the groove 12.
  • the function of the groove 12 is that the outer edge divided by the groove 12 together with the inner contour of the impeller ring forms a type of labyrinth seal.
  • Figure 7 shows the states of a rotor blade after the individual steps of the manufacturing process according to the invention in a further variant.
  • the end result is very similar to the end result of the process according to Figure 6.
  • the upper part shows the base body provided, which has no groove.
  • the middle part shows the state with the bronze layer applied, which also has no groove.
  • the groove is then milled, which penetrates the bronze layer and extends into the base body.
  • Figure 8 shows the states of a rotor blade after the individual steps of the manufacturing process according to the invention in a further variant.
  • the sequence of steps is identical to the sequence of steps according to the variant according to Figure 7 with the only difference that the milled groove does not penetrate the bronze layer. This means that the groove runs completely in the bronze layer.
  • the bronze layer can only be applied to a part of the outer edge adjacent to the rear edge.
  • the groove can also continue into the part of the outer edge without a bronze layer.
  • one or two webs can be provided in all variants to protect the boundary layer between steel and bronze.
  • Impeller ring 3 Outer edge of the impeller blade

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  • General Engineering & Computer Science (AREA)
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Abstract

The invention relates to a method for producing a rotor blade (1) for a hydraulic machine having an axial-flow impeller wheel, the rotor blade (1) having an outer edge (3), characterised in that the method comprises the following steps in the sequence indicated: - S1: providing a main body (11) made of steel; - S2: applying bronze (9) to the main body (11) by means of thermal spraying; at least part of the outer edge (3) of the produced rotor blade (1) consisting of bronze (9).

Description

Verfahren zur Herstellung einer Laufschaufel Method for producing a rotor blade
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Laufschaufel für eine hydraulische Maschine mit einem axial angeströmten Laufrad. Darunter fallen im Rahmen dieses Dokumentes auch sogenannte halbaxiale Maschinen, d.h. Maschinen mit Laufrädern, die diagonal angeströmt werden, so dass die Anströmrichtung eine axiale und eine radiale Komponente aufweist. Hydraulische Maschinen mit axial angeströmten Laufrädern kommen in Wasserkraftanlagen zum Einsatz. Dabei kann es sich um Turbinen oder Pumpturbinen handeln. Laufräder mit schwenkbaren Laufschaufeln werden gewöhnlich Kaplan-Laufräder genannt. Laufräder mit feststehenden Laufschaufeln werden gewöhnlich Propeller-Laufräder genannt. The invention relates to a method for producing a rotor blade for a hydraulic machine with an axially flowing impeller. In the context of this document, this also includes so-called semi-axial machines, i.e. machines with impellers that are flowed diagonally, so that the flow direction has an axial and a radial component. Hydraulic machines with axially flowing impellers are used in hydroelectric power plants. These can be turbines or pump turbines. Impellers with pivoting impeller blades are usually called Kaplan impellers. Impellers with fixed impeller blades are usually called propeller impellers.
Axial angeströmte Laufräder rotieren in einem Rohrabschnitt mit zylindrischer (Propeller) oder kugelförmiger (Kaplan) Innenkontur. Bei halbaxialen Maschinen hat die Innenkontur dieses Rohrabschnitts die Form eines Kegels mit konkaver Mantellinie (Propeller) oder die Form einer Halbkugel (Kaplan). Dieser Rohrabschnitt wird im Folgenden als Laufradring bezeichnet (engl. „discharge ring“). Zwischen den Außenkanten der Laufschaufeln und den Laufradring befindet sich ein Spalt. Um zu vermeiden, dass Wasser ungenutzt am Laufrad vorbeiströmen kann, wird dieser Spalt so eng wie möglich ausgeführt. Eine hydraulische Maschine mit einem axial angeströmten Laufrad wird beispielsweise von der Patentschrift CH 310 028 B offenbart. Axial flow impellers rotate in a pipe section with a cylindrical (propeller) or spherical (Kaplan) inner contour. In semi-axial machines, the inner contour of this pipe section has the shape of a cone with a concave surface line (propeller) or the shape of a hemisphere (Kaplan). This pipe section is referred to below as the discharge ring. There is a gap between the outer edges of the impeller blades and the impeller ring. To prevent water from flowing past the impeller unused, this gap is made as narrow as possible. A hydraulic machine with an axial flow impeller is disclosed, for example, in patent specification CH 310 028 B.
Bei bestimmten Betriebsbedingen (z.B. bei einem Lastabwurf) kann es vorkommen, dass die Außenkanten der Laufschaufeln mit dem Laufradring in Kontakt kommen. Dies ist im Prinzip ein unerwünschter Effekt, da es dabei zu einem hohen Verschleiß durch Fressen kommen kann. Natürlich könnte der Kontakt durch eine entsprechend große Auslegung der Spaltweite vermieden werden. Dies würde jedoch zu nicht tolerierbaren Effizienzverlusten führen. Under certain operating conditions (e.g. during load shedding), the outer edges of the blades may come into contact with the impeller ring. In principle, this is an undesirable effect, as it can lead to high levels of wear due to scuffing. Of course, contact could be avoided by designing the gap width sufficiently large. However, this would lead to intolerable losses in efficiency.
Die Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zur Herstellung einer Laufschaufel für eine hydraulische Maschine mit axial angeströmtem Laufrad anzugeben, wodurch der Verschleiß bei einem Kontakt zwischen den Außenkanten der Laufschaufeln mit dem Laufradring verringert wird. The object of the invention is to provide a method for producing a rotor blade for a hydraulic machine with an axially flowing impeller, whereby the Wear is reduced when the outer edges of the blades come into contact with the impeller ring.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Ausführung entsprechend dem unabhängigen Anspruch gelöst. Weitere vorteilhafte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung finden sich in den Unteransprüchen. The object is achieved according to the invention by an embodiment according to the independent claim. Further advantageous embodiments of the present invention can be found in the subclaims.
Diese Aufgabe wird durch ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Herstellung einer Laufschaufel gelöst, welches die folgenden Schritte umfasst: This object is achieved by a method according to the invention for producing a rotor blade, which comprises the following steps:
- S1 : Bereitstellen eines Grundkörpers aus Stahl; - S1 : Providing a base body made of steel;
- S2: Aufträgen von Bronze auf den Grundköper mittels thermischen Spritzens; wobei wenigstens ein Teil der Außenkante der hergestellten Laufschaufel aus Bronze besteht. - S2: Applying bronze to the base body by means of thermal spraying; wherein at least part of the outer edge of the manufactured blade consists of bronze.
Bei der Bronze handelt es sich vorzugsweise um Aluminiumbronze. The bronze is preferably aluminum bronze.
Bei einem Kontakt zwischen der Bronze der Laufschaufel und dem Stahl des Laufradringes kommt es zwar zu einem gewissen Materialabtrag, aber nicht zur vollständigen Zerstörung der Reibflächen, wie beim Kontakt zwischen Stahl und Stahl. When there is contact between the bronze of the impeller blade and the steel of the impeller ring, a certain amount of material is removed, but not the complete destruction of the friction surfaces, as is the case with contact between steel and steel.
Im Folgenden werden Varianten des erfindungsgemäßen Verfahrens anhand von Figuren erläutert. Die Figuren zeigen im Einzelnen: In the following, variants of the method according to the invention are explained using figures. The figures show in detail:
Fig.1 Hydraulische Maschine mit einem Laufrad vom Typ Kaplan; Fig.1 Hydraulic machine with a Kaplan type impeller;
Fig.2 Hydraulische Maschine mit einem Laufrad vom Typ Propeller;Fig.2 Hydraulic machine with a propeller type impeller;
Fig.3 Axial angeströmtes Laufrad in einer Ansicht entlang der Drehachse; Fig.3 Axial flow impeller in a view along the axis of rotation;
Fig.4 Detail Laufschaufel hergestellt mit einer ersten Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens; Fig.4 Detail of a rotor blade produced with a first variant of the method according to the invention;
Fig.5 Detail Laufschaufel hergestellt mit einer zweiten Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens; Fig.6 Zustände nach den Verfahrensschritten gemäß einer weiteren Variante; Fig.5 Detail of a rotor blade produced with a second variant of the method according to the invention; Fig.6 States after the process steps according to a further variant;
Fig.7 Zustände nach den Verfahrensschritten gemäß einer weiteren Variante; Fig.7 States after the process steps according to a further variant;
Fig.8 Zustände nach den Verfahrensschritten gemäß einer weiteren Variante; Fig.8 States after the process steps according to a further variant;
Figur 1 zeigt eine hydraulische Maschine mit einem axial angeströmten Laufrad vom Typ Kaplan in schematischer Darstellung. Das Laufrad umfasst eine Vielzahl von Laufschaufeln, von denen nur eine dargestellt und mit 1 bezeichnet ist. Die Laufschaufeln 1 sind mit einer Nabe verbunden, die mit 6 bezeichnet ist. In der Nabe ist der Mechanismus zum Schwenken der Laufschaufeln 1 angeordnet, welcher in Figur 1 nur angedeutet ist. Das Laufrad rotiert in einem Laufradring, welcher mit 2 bezeichnet ist. Zwischen dem Laufradring 2 und den Außenkanten der Laufschaufeln 1 ist ein Spalt angeordnet, welcher mit einem gestrichelten Kreis hervorgehoben wird, welcher mit A bezeichnet ist. Damit die Laufschaufeln 1 geschwenkt werden können, hat die Innenkontur des Laufradringes 2 die Form eines Teiles einer Kugel. Figure 1 shows a hydraulic machine with an axial flow impeller of the Kaplan type in a schematic representation. The impeller comprises a plurality of blades, of which only one is shown and designated 1. The blades 1 are connected to a hub designated 6. The mechanism for pivoting the blades 1 is arranged in the hub, which is only indicated in Figure 1. The impeller rotates in an impeller ring designated 2. Between the impeller ring 2 and the outer edges of the blades 1 there is a gap, which is highlighted with a dashed circle designated A. So that the blades 1 can be pivoted, the inner contour of the impeller ring 2 has the shape of part of a sphere.
Figur 2 zeigt eine hydraulische Maschine mit einem axial angeströmten Laufrad vom Typ Propeller in schematischer Darstellung. Die Unterschiede zu einer hydraulischen Maschine mit einem Kaplan-Laufrad bestehen darin, dass die Laufschaufeln 1 fest, d.h. nicht schwenkbar an der Nabe 6 angebracht sind, und dass die Innenkontur des Laufradringes 2 zylindrisch geformt ist. Figure 2 shows a hydraulic machine with an axial flow impeller of the propeller type in a schematic representation. The differences to a hydraulic machine with a Kaplan impeller are that the impeller blades 1 are fixed, i.e. not pivotably attached to the hub 6, and that the inner contour of the impeller ring 2 is cylindrical.
Figur 3 zeigt ein axial angeströmtes Laufrad in einer Ansicht entlang der Drehachse in stark schematisierte Darstellung. Dabei kann es sich um ein Kaplan- oder um ein Propeller-Laufrad handeln. Es ist nur eine der Laufschaufeln dargestellt. Die Drehrichtung des Laufrades ist durch den Pfeil angedeutet. In Drehrichtung vom ist die Vorderkante der Laufschaufel angeordnet und mit 4 bezeichnet. In Drehrichtung hinten ist die Hinterkante der Laufschaufel angeordnet und mit 5 bezeichnet. Die Laufschaufel ist im Bereich der Vorderkante 4 aus hydraulischen Erfordernissen stärker ausgebildet als im Bereich der Hinterkante 5. Dort läuft die Laufschaufel dünn aus. Dies gilt auch für viele hydraulische Maschinen mit reversibler Drehrichtung, und dient in diesem Fall zur Definition der Vorder- und Hinterkante. Es sind auch hydraulische Maschinen mit reversibler Drehrichtung bekannt geworden, die symmetrische Laufschaufeln aufweisen. In diesem Fall macht die Unterscheidung von Vorder- und Hinterkante keinen Sinn. Man kann dann eine willkürlich gewählte seitliche Kante als Vorderkante bezeichnen und die andere seitliche Kante als Hinterkante. Die Außenkante der Laufschaufel ist in Figur 3 mit 3 bezeichnet und befindet sich in radialer Richtung außen an der Laufschaufel. Durch den gestrichelten Kreis wird dabei die Innenkontur des Laufradringes angedeutet. Die Erstreckung der Außenkante 3 wird durch den Spalt zwischen Laufschaufel und Laufradring definiert. Die Außenkante 3 erstreckt sich über den Bereich, in dem der Spalt seine minimale Weite aufweist. In Figur 3 ist die Erstreckung der Außenkante 3 durch die beiden gestrichelten Linien angedeutet. An diesen Linien beginnen die seitlichen Kanten, d.h. die Vorder- und die Hinterkante. Die Homogenität der Spaltweite im Bereich der Außenkante 3 wird (im Rahmen der Fertigungstoleranzen) dadurch gewährleistet, dass die Endbearbeitung der Außenkanten durch eine Drehbearbeitung erfolgt. Figure 3 shows an axial flow impeller in a view along the axis of rotation in a highly schematic representation. This can be a Kaplan or a propeller impeller. Only one of the impeller blades is shown. The direction of rotation of the impeller is indicated by the arrow. In the direction of rotation from the front, the leading edge of the impeller blade is arranged and marked 4. In the direction of rotation from the rear, the trailing edge of the impeller blade is arranged and marked 5. For hydraulic reasons, the impeller blade is thicker in the area of the leading edge 4 than in the area of the trailing edge 5. There, the impeller blade tapers off thinly. This also applies for many hydraulic machines with reversible direction of rotation, and in this case serves to define the leading and trailing edges. Hydraulic machines with reversible direction of rotation which have symmetrical rotor blades are also known. In this case, the distinction between leading and trailing edges makes no sense. One arbitrarily selected side edge can then be called the leading edge and the other side edge the trailing edge. The outer edge of the rotor blade is designated 3 in Figure 3 and is located on the outside of the rotor blade in the radial direction. The dashed circle indicates the inner contour of the impeller ring. The extent of the outer edge 3 is defined by the gap between the rotor blade and the impeller ring. The outer edge 3 extends over the area in which the gap has its minimum width. In Figure 3, the extent of the outer edge 3 is indicated by the two dashed lines. The lateral edges, i.e. the leading and trailing edges, begin at these lines. The homogeneity of the gap width in the area of the outer edge 3 is ensured (within the scope of the manufacturing tolerances) by the fact that the final machining of the outer edges is carried out by turning.
Figur 4 zeigt einen Schnitt durch eine mit dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Laufschaufel im Bereich der Außenkante 3. Die Laufschaufel umfasst einen Grundkörper, welcher mit 11 bezeichnet ist. Das Material des Grundkörpers 11 ist Stahl. Auf dem Grundkörper 11 ist eine Schicht Bronze aufgespritzt, welche mit 9 bezeichnet ist. Die Außenkante 3 wird dabei von der Bronzeschicht 9 gebildet. In einer ersten Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens wird dabei die gesamte Außenkante 3 von der aufgespritzten Bronzeschicht 9 gebildet. D.h. die Bronzeschicht 9 erstreckt sich entlang der gesamten Außenkante 3 der Laufschaufel. In einer zweiten Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens erstreckt sich die Bronzeschicht 9 nur entlang eines Teiles der Außenkante 3 der Laufschaufel. Dabei erstreckt sich der Teil der Außenkante 3, welche von Bronze gebildet wird, bis zur Hinterkante 5 der Laufschaufel. Der Erfinder hat erkannt, dass sich bei einem Lastabwurf die Laufschaufel 1 im Bereich der dünnen Hinterkante 5 stärker verformt als im Bereich der dickeren Vorderkante 4, so dass der unerwünschte Kontakt nur im Bereich zur Hinterkante 5 hin erfolgt. Es genügt also, wenn dieser Bereich von Bronze gebildet wird. Dieser Bereich kann durch Deformationsberechnungen bestimmt werden. Figure 4 shows a section through a rotor blade produced using the method according to the invention in the region of the outer edge 3. The rotor blade comprises a base body, which is designated with 11. The material of the base body 11 is steel. A layer of bronze, which is designated with 9, is sprayed onto the base body 11. The outer edge 3 is formed by the bronze layer 9. In a first variant of the method according to the invention, the entire outer edge 3 is formed by the sprayed-on bronze layer 9. This means that the bronze layer 9 extends along the entire outer edge 3 of the rotor blade. In a second variant of the method according to the invention, the bronze layer 9 extends only along part of the outer edge 3 of the rotor blade. The part of the outer edge 3 that is formed by bronze extends to the trailing edge 5 of the rotor blade. The inventor has recognized that during a load shedding, the rotor blade 1 deforms more in the area of the thin trailing edge 5 than in the area of the thicker leading edge 4, so that the undesirable contact only occurs in the area of the trailing edge 5. It is therefore sufficient if this area is made of bronze. This area can be determined by deformation calculations.
Die Figuren 5a und 5b zeigen Laufschaufeln im Bereich der Außenkante, welche mit weiteren Varianten des erfindungsgemäßen Verfahrens hergestellt wurden. Dabei ist jeweils die Druckseite der Laufschaufel mit 7 und die Saugseite der Laufschaufel mit 8 bezeichnet. In Figur 5a weist der Grundkörper einen Steg auf, welcher mit 10 bezeichnet ist und entlang der Druckseite 7 verläuft. Dabei bildet die eine Seite des Steges 10 einen Teil der Druckseite 7. In Figur 5b ist ein zusätzlicher Steg 10 entlang der Saugseite 8 angeordnet. Die Bronzeschicht ist dabei seitlich vom Steg 10 bzw. zwischen den Stegen 10 angeordnet. In jedem Fall verläuft die Bronzeschicht entlang der Stege und ragt in radialer Richtung über das Ende des bzw. der Stege hinaus, so dass die Außenkante von Bronze gebildet wird. Die Funktion der Stege 10 besteht darin, dass die Grenzfläche zwischen Grundkörper und Bronzeschicht durch die Stege vor Belastung geschützt wird. Diese Belastung wirkt vor allem auf der Druckseite der Laufschaufel, so dass in vielen Fällen ein Schutz dieser Seite ausreicht. Im erfindungsgemäßen Verfahren, wird dabei der Grundkörper mit den Stegen 10 bereitgestellt. Figures 5a and 5b show rotor blades in the area of the outer edge, which were produced using further variants of the method according to the invention. In each case, the pressure side of the rotor blade is designated with 7 and the suction side of the rotor blade with 8. In Figure 5a, the base body has a web, which is designated with 10 and runs along the pressure side 7. One side of the web 10 forms part of the pressure side 7. In Figure 5b, an additional web 10 is arranged along the suction side 8. The bronze layer is arranged to the side of the web 10 or between the webs 10. In each case, the bronze layer runs along the webs and protrudes in the radial direction beyond the end of the web(s), so that the outer edge is formed by bronze. The function of the webs 10 is that the interface between the base body and the bronze layer is protected from stress by the webs. This stress acts primarily on the pressure side of the rotor blade, so that in many cases protection of this side is sufficient. In the method according to the invention, the base body with the webs 10 is provided.
Figur 6 zeigt die Zustände einer Laufschaufel nach den einzelnen Schritten des erfindungsgemäßen Herstellungsverfahrens in einer weiteren Variante. Der obere Teil von Figur 6 zeigt den Grundkörper 11 vor dem Aufspritzen von Bronze. Der Grundkörper weist im Bereich der späteren Außenkante eine Nut auf, welche mit 12 bezeichnet ist. Die Nut 12 verläuft entlang der Mittellinie der Laufschaufel. Der untere Teil von Figur 6 zeigt die Laufschaufel mit aufgespritzter Bronze. Die Bronze wird nur auf den erhabenen Flächen des Grundkörpers 11 aufgetragen, d.h. nicht im Bereich der Nut 12. In diesem Fall wird die durch Bronze gebildete Außenfläche durch die Nut 12 in zwei getrennte Bereiche geteilt. Die Funktion der Nut 12 besteht darin, dass die durch die Nut 12 geteilte Außenkante zusammen mit der Innenkontur des Laufradringes eine Art Labyrinth-Dichtung bildet. Dadurch wird die Dichtfunktion der Außenkante verbessert. Figur 7 zeigt die Zustände einer Laufschaufel nach den einzelnen Schritten des erfindungsgemäßen Herstellungsverfahrens in einer weiteren Variante. Dabei gleicht das Endresultat sehr stark dem Endresultat des Verfahrens gemäß Figur 6. Im oberen Teil ist der bereitgestellte Grundkörper dargestellt, welcher keine Nut aufweist. Der mittlere Teil zeigt den Zustand mit aufgebrachter Bronzeschicht, welche ebenfalls keine Nut aufweist. In einem zusätzlichen Schritt wird danach die Nut eingefräst, welche die Bronzeschicht durchdringt und bis in den Grundkörper hineinragt. Figure 6 shows the states of a rotor blade after the individual steps of the manufacturing process according to the invention in a further variant. The upper part of Figure 6 shows the base body 11 before the bronze is sprayed on. The base body has a groove in the area of the later outer edge, which is designated 12. The groove 12 runs along the center line of the rotor blade. The lower part of Figure 6 shows the rotor blade with sprayed-on bronze. The bronze is only applied to the raised surfaces of the base body 11, i.e. not in the area of the groove 12. In this case, the outer surface formed by bronze is divided into two separate areas by the groove 12. The function of the groove 12 is that the outer edge divided by the groove 12 together with the inner contour of the impeller ring forms a type of labyrinth seal. This improves the sealing function of the outer edge. Figure 7 shows the states of a rotor blade after the individual steps of the manufacturing process according to the invention in a further variant. The end result is very similar to the end result of the process according to Figure 6. The upper part shows the base body provided, which has no groove. The middle part shows the state with the bronze layer applied, which also has no groove. In an additional step, the groove is then milled, which penetrates the bronze layer and extends into the base body.
Figur 8 zeigt die Zustände einer Laufschaufel nach den einzelnen Schritten des erfindungsgemäßen Herstellungsverfahrens in einer weiteren Variante. Dabei ist die Schrittfolge identisch mit der Schrittfolge gemäß der Variante nach Figur 7 mit dem einzigen Unterschied, dass die eingefräste Nut die Bronzeschicht nicht durchdringt. D.h. die Nut verläuft vollständig in der Bronzeschicht. Figure 8 shows the states of a rotor blade after the individual steps of the manufacturing process according to the invention in a further variant. The sequence of steps is identical to the sequence of steps according to the variant according to Figure 7 with the only difference that the milled groove does not penetrate the bronze layer. This means that the groove runs completely in the bronze layer.
Abschließend ist zu erwähnen, dass viele der beschriebenen Varianten kombiniert werden können, wodurch sich weitere Varianten ergeben. So kann in allen Varianten die Bronzeschicht nur in einem der Hinterkante benachbarten Teil der Außenkante aufgebracht sein. Dabei kann in den Varianten mit Nut die Nut auch in dem Teil der Außenkante ohne Bronzeschicht weiter verlaufen. Außerdem können in allen Varianten ein oder zwei Stege zum Schutz der Grenzschicht zwischen Stahl und Bronze vorgesehen sein. Finally, it should be mentioned that many of the variants described can be combined, resulting in further variants. In all variants, the bronze layer can only be applied to a part of the outer edge adjacent to the rear edge. In the variants with a groove, the groove can also continue into the part of the outer edge without a bronze layer. In addition, one or two webs can be provided in all variants to protect the boundary layer between steel and bronze.
Bezugszeichenliste List of reference symbols
1 Laufschaufel 1 blade
2 Laufradring 3 Außenkante der Laufschaufel2 Impeller ring 3 Outer edge of the impeller blade
4 Vorderkante der Laufschaufel4 Leading edge of the blade
5 Hinterkante der Laufschaufel5 Trailing edge of the blade
6 Nabe 6 Hub
7 Druckseite der Laufschaufel 8 Saugseite der Laufschaufel7 Pressure side of the blade 8 Suction side of the blade
9 Bronze 9 Bronze
10 Steg 10 Bridge
11 Grundkörper 11 Basic body
12 Nut 12 grooves

Claims

Patentansprüche Patent claims
1 . Verfahren zur Herstellung einer Laufschaufel (1 ) für eine hydraulische Maschine mit einem axial angeströmten Laufrad, wobei die Laufschaufel (1 ) eine Außenkante (3) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren die folgenden Schritte in der angegebenen Reihenfolge umfasst: 1. Method for producing a rotor blade (1) for a hydraulic machine with an axially flowing impeller, the rotor blade (1) having an outer edge (3), characterized in that the method comprises the following steps in the order given:
- S1 : Bereitstellen eines Grundkörpers (11 ) aus Stahl; - S1 : Providing a base body (11) made of steel;
- S2: Aufträgen von Bronze (9) auf den Grundkörper (11 ) mittels thermischen Spritzens; wobei wenigstens ein Teil der Außenkante (3) der hergestellten Laufschaufel (1 ) aus Bronze (9) besteht. - S2: applying bronze (9) to the base body (11) by means of thermal spraying; wherein at least a part of the outer edge (3) of the manufactured rotor blade (1) consists of bronze (9).
2. Verfahren zur Herstellung einer Laufschaufel (1 ) für eine hydraulische Maschine mit einem axial angeströmten Laufrad nach Anspruch 1 , wobei die gesamte Außenkante (3) der hergestellten Laufschaufel (1 ) aus Bronze (9) besteht. 2. Method for producing a rotor blade (1) for a hydraulic machine with an axially flowing impeller according to claim 1, wherein the entire outer edge (3) of the rotor blade (1) produced consists of bronze (9).
3. Verfahren zur Herstellung einer Laufschaufel (1 ) für eine hydraulische Maschine mit einem axial angeströmten Laufrad nach Anspruch 1 , wobei die Laufschaufel (1 ) eine Hinterkante (5) umfasst, und wobei nur ein Teil der Außenkante (3) der hergestellten Laufschaufel (1 ) aus Bronze (9) besteht, und wobei sich dieser Teil bis zur Hinterkante (5) erstreckt. 3. Method for producing a rotor blade (1) for a hydraulic machine with an axially flowing impeller according to claim 1, wherein the rotor blade (1) comprises a trailing edge (5), and wherein only a part of the outer edge (3) of the rotor blade (1) produced consists of bronze (9), and wherein this part extends to the trailing edge (5).
4. Verfahren zur Herstellung einer Laufschaufel (1 ) für eine hydraulische Maschine mit einem axial angeströmten Laufrad nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Laufschaufel (1 ) eine Druckseite (7) umfasst, und wobei der bereitgestellte Grundkörper (11 ) einen Steg (10) umfasst, welcher entlang der Druckseite (7) verläuft, und wobei die aufgetragene Bronze (9) entlang des Stegs (10) verläuft, und wobei die Bronze (9) in radialer Richtung über den Steg (10) hinausragt. 4. Method for producing a rotor blade (1) for a hydraulic machine with an axially flowing impeller according to one of the preceding claims, wherein the rotor blade (1) comprises a pressure side (7), and wherein the provided base body (11) comprises a web (10) which runs along the pressure side (7), and wherein the applied bronze (9) runs along the web (10), and wherein the bronze (9) projects beyond the web (10) in the radial direction.
5. Verfahren zur Herstellung einer Laufschaufel (1 ) für eine hydraulische Maschine mit einem axial angeströmten Laufrad nach Anspruch 4, wobei die Laufschaufel (1 ) eine Saugseite (8) umfasst, und wobei der bereitgestellte Grundkörper (11 ) einen weiteren Steg (10) umfasst, welcher entlang der Saugseite (8) verläuft, und wobei die aufgetragene Bronze (9) zwischen den Stegen (10) verläuft, und wobei die Bronze (9) in radialer Richtung über die Stege (10) hinausragt. Verfahren zur Herstellung einer Laufschaufel (1 ) für eine hydraulische Maschine mit einem axial angeströmten Laufrad nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei Laufschaufel (1 ) an der Außenkante (3) eine Nut (12) aufweist, welche entlang einer Mittellinie der Laufschaufel (1 ) verläuft. Verfahren zur Herstellung einer Laufschaufel (1 ) für eine hydraulische Maschine mit einem axial angeströmten Laufrad nach Anspruch 6, wobei der bereitgestellte Grundkörper (11 ) die Nut (12) aufweist, und die Bronze (9) nur auf erhabene Flächen des Grundkörpers (11 ) aufgetragen wird. Verfahren zur Herstellung einer Laufschaufel (1 ) für eine hydraulische Maschine mit einem axial angeströmten Laufrad nach Anspruch 6, wobei das Verfahren den folgenden zusätzlichen Schritt umfasst, welcher nach Schritt S2 ausgeführt wird: 5. A method for producing a rotor blade (1) for a hydraulic machine with an axially flowing impeller according to claim 4, wherein the rotor blade (1) comprises a suction side (8), and wherein the base body (11) provided comprises a further web (10) which runs along the suction side (8), and wherein the applied bronze (9) runs between the webs (10), and wherein the bronze (9) projects beyond the webs (10) in the radial direction. Method for producing a rotor blade (1) for a hydraulic machine with an axially flowing impeller according to one of the preceding claims, wherein the rotor blade (1) has a groove (12) on the outer edge (3) which runs along a center line of the rotor blade (1). Method for producing a rotor blade (1) for a hydraulic machine with an axially flowing impeller according to claim 6, wherein the base body (11) provided has the groove (12), and the bronze (9) is only applied to raised surfaces of the base body (11). Method for producing a rotor blade (1) for a hydraulic machine with an axially flowing impeller according to claim 6, wherein the method comprises the following additional step, which is carried out after step S2:
- S3: Einfräsen der Nut (12). Verfahren zur Herstellung einer Laufschaufel (1 ) für eine hydraulische Maschine mit einem axial angeströmten Laufrad nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Verfahren den folgenden Schritt umfasst, welcher nach den übrigen Schritten durchgeführt wird: - S3: milling the groove (12). Method for producing a rotor blade (1) for a hydraulic machine with an axially flowing impeller according to one of the preceding claims, wherein the method comprises the following step, which is carried out after the remaining steps:
- S4: Nacharbeitung der Außenkante (3). Verfahren zur Herstellung einer Laufschaufel (1 ) für eine hydraulische Maschine mit einem axial angeströmten Laufrad nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Bronze (9) Aluminiumbronze ist. - S4: reworking the outer edge (3). Method for producing a rotor blade (1) for a hydraulic machine with an axially flowing impeller according to one of the preceding claims, wherein the bronze (9) is aluminum bronze.
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