一种机械组合方式的佩尔顿涡轮制造技术

本发明专利技术公开一种机械组合方式的佩尔顿涡轮，由轮盘、第一瓣水斗、第二瓣水斗、第三瓣水斗、第四瓣水斗、第一加强键、第二加强键、第三加强键、第四加强键、第五加强键、第六加强键、第七加强键、第八加强键、盖板、第一螺栓、第一垫片、第二螺栓、第二垫片、第三螺栓、第三垫片组成，本发明专利技术可有效解决传统大尺寸轮毂锻件国内无法制备的问题，可有效解决涡轮大件无法公路运输的问题，本发明专利技术可显著地节约采购成本、缩短制造周期，可显著地节省设备投入成本，缩短工地安装周期，可有效地避免涡轮在高速旋转时单纯螺栓受力的情况，避免水斗根部的应力集中，可有效地提高涡轮使用的安全性。可有效地提高涡轮使用的安全性。可有效地提高涡轮使用的安全性。

【技术实现步骤摘要】
一种机械组合方式的佩尔顿涡轮


[0001]本专利技术属于水轮机转轮制造领域，具体涉及一种机械组合方式的佩尔顿涡轮。

技术介绍

[0002]佩尔顿涡轮是水轮机的核心部件，是将水的势能转换为机械能的工具。其制造质量和寿命直接决定了电站的运行效率、安全性和稳定性。根据以往此种机组的设计及运行经验，随着机组容量越大，运行水头越高，涡轮外径尺寸越大，涡轮水斗根部的应力集中越明显，容易发生疲劳破坏而出现断斗的事故。因此，为避免此种情况的发生，目前佩尔顿涡轮的制造方式主要分为如下四种。
[0003](1)整体铸造+铲磨方式，世界上单机容量最大、水头最高的瑞士毕奥德隆机组的佩尔顿涡轮采用的就是整体铸造+铲磨方式，涡轮外径为4.63米，采用整体铸造对钢水的纯净度、铸造及热处理工艺要求都极为苛刻，且价格昂贵，同时，铸件不可避免的会出现宏观和微观的缩孔及粗晶偏析，特别是水斗根部空间狭小，打磨和探伤可达性差，造成内部缺陷不能被及时发现，从而为以后的运行埋下隐患，抗疲劳破坏能力较差，世界上部分铸造转轮出现断口事故屡见不鲜，另外，由于使用样板铲磨工艺，手工铲磨劳动强度大，型线无法保证，生产效率低，加工周期长，水斗型线无法保证，因此，目前很少采用整体铸造+铲磨方式。
[0004](2)整体锻造+数控加工，受锻压设备能力和钢锭尺寸的限制，整体锻造+数控加工方式适合于中小尺寸佩尔顿涡轮的制造，整体锻件内部质量优异，材料一致性好，整个水斗从轮毂外圆加工而成，水斗型线和准确性、光顺性及其水力性能均有所提高，可显著延长转轮的使用寿命。但整体锻造+数控方式也存在缺点，一是大尺寸的轮毂制造技术均掌握在国外少数厂家，处于垄断地位，供货周期无法保证，且价格极为昂贵，据悉，整体锻造涡轮市场价高达60万/吨，国内承制的米纳斯项目的整体锻造+数控加工涡轮外径为2.46m，涡轮原材料也是由国外公司负责供应，二是对于数控加工技术要求严格，加工工序复杂，同时需要五轴数控铣床，对于大尺寸涡轮，需要运到工地现场加工，设备投入大，加工制造周期长，无法保证正常交货周期，三是材料利用率极低，仅为30～40％。
[0005](3)水斗微铺焊技术，由于水斗根部存在高应力区，因此，涡轮轮毂部分采用锻件，在轮毂根部加工出包括根部高应力区的斗根，再采用电弧焊+钨极保护焊+计算机辅助成型的方式在斗根上长出水斗的上部，属于一种净成形的制造方案，然后采用数控加工方式加工出整个水斗，此种制造方式探伤和加工可达性好，焊接质量可媲美整体锻造转轮，且相对于整体锻造而言，可采用较小的锻造轮盘，降低原材料采购成本，然而，对于更大尺寸的涡轮，比如轮毂尺寸超过5m，原材料采购成本仍然较为昂贵，同时由于轮毂尺寸巨大，无法解决公路运输的问题。
[0006](4)水斗高焊接技术，此种制造技术与微铺焊技术较为相似，水斗采用锻件或铸件方式经精加工后成型，涡轮轮毂部分采用锻件，在轮毂根部加工出包括根部高应力区的斗根，在斗根和水斗部分分别加工出坡口后采用气保焊方式焊接成型，然后通过铲磨方式达到水斗型线要求，此种制造方式探伤和加工可达性较好，目前国内承制的厄瓜多尔电站的
涡轮外径达到3.349m(轮毂和水斗同样为国外厂家供货)，但水斗高焊接技术对于焊接质量要求极高，否则斗叶与斗根焊接后易出现焊接变形和焊接缺陷，影响机组的使用寿命。同样，对于更大尺寸的涡轮，比如轮毂尺寸超过5m，厚度达到600mm以上，目前国内外均无此方面的轮毂制造经验，即使能够生产轮毂，一方面原材料采购成本极为昂贵，同时由于轮毂尺寸巨大，无法解决公路运输的问题。
[0007]综上所述，无论是采用整体锻造+数控加工技术，还是采用水斗微铺焊技术或者高焊接技术制造佩尔顿涡轮，均涉及到大尺寸锻件的制备技术，这也是制约我国水电机组发展的“瓶颈”所在，通过国外采购的大尺寸锻件，供货周期无法保证，价格昂贵，超过5m以上的巨型佩尔顿涡轮，无法解决公路运输的问题。为解决上述问题，本专利技术提供了一种机械组合方式的佩尔顿涡轮。

技术实现思路

[0008]本专利技术目的是公开一种机械组合方式的佩尔顿涡轮，具有制造成本低，供货周期可控，可拆分运到工地现场，满足公路运输条件，工地现场组装方便，缩短制造周期等特点。本专利技术是通过如下技术方案实现的：
[0009]机械组合方式的佩尔顿涡轮，由轮盘、第一瓣水斗、第二瓣水斗、第三瓣水斗、第四瓣水斗、第一加强键、第二加强键、第三加强键、第四加强键、第五加强键、第六加强键、第七加强键、第八加强键、盖板、第一螺栓、第一垫片、第二螺栓、第二垫片、第三螺栓、第三垫片组成，轮盘外圆周沿轴向方向开有T尾槽，轮盘上下平面C沿圆周方向加工出第一螺栓孔，第一瓣水斗、第二瓣水斗、第三瓣水斗、第四瓣水斗在分瓣面D上沿轴向方向开有凹槽，在分瓣面E上沿轴向方向加工出凸键，在上下平面F沿圆周方向加工出第二螺栓孔，在内圆表面沿轴向方向加工出T尾，在T尾上下表面G加工出第三螺栓孔，第一瓣水斗、第二瓣水斗、第三瓣水斗、第四瓣水斗的T尾穿过轮盘的T尾槽，第一加强键和第二加强键穿过T尾左侧的T尾槽内，第三加强键和第四加强键穿过T尾右侧的T尾槽内，第一瓣水斗的凸键穿过第二瓣水斗的凹槽，第二瓣水斗的凸键穿过第三瓣水斗的凹槽，第三瓣水斗的凸键穿过第四瓣水斗的凹槽，第四瓣水斗的凸键穿过第一瓣水斗的凹槽，第五加强键和第六加强键穿过凸键左侧的凹槽内，第七加强键和第八加强键穿过凸键右侧的凹槽内，第一螺栓依次穿过第一垫片、盖板把合在轮盘的第一螺栓孔上，第二螺栓依次穿过第二垫片、盖板把合在第一瓣水斗、第二瓣水斗、第三瓣水斗、第四瓣水斗的第二螺栓孔上，第三螺栓依次穿过第三垫片、盖板把合在第一瓣水斗、第二瓣水斗、第三瓣水斗、第四瓣水斗的T尾的第三螺栓孔上。
[0010]在上述机械组合方式的佩尔顿涡轮中，轮盘、第一瓣水斗、第二瓣水斗、第三瓣水斗、第四瓣水斗由马氏体不锈钢制作而成。
[0011]在上述机械组合方式的佩尔顿涡轮中，第一加强键和第二加强键，第三加强键和第四加强键，第五加强键和第六加强键，第七加强键和第八加强键成对匹配。
[0012]本专利技术与现有技术相比具有以下有益效果：
[0013]1.本专利技术中的佩尔顿涡轮采用机械组合结构代替整体锻造结构和锻造轮毂+水斗铺焊/高焊结构，有效的解决了传统大尺寸轮毂锻件国内无法制备的问题，避免了国外订货昂贵，供货周期无法保证的问题，可显著地节约采购成本和缩短制造周期，供货周期可控。
[0014]2.本专利技术中的佩尔顿涡轮可在制造厂内直接分部套生产，然后分瓣运往工地，解
决了大件无法公路运输的问题。
[0015]3.本专利技术中的佩尔顿涡轮发往工地后，可直接在工地进行组装，不需要焊接，减少了工地大型焊接设备和加工设备的投入，可显著地节省设备投入成本，可显著地缩短工地安装周期。
[0016]4.本专利技术中的佩尔顿涡轮采用圆周方向和径向方向的键槽设计、加强键设计及螺栓把合设计，有效地避免了涡轮在高速旋转时单纯螺栓受力的情况，提高分瓣涡轮径向和切向方向的承载能力，保证涡轮使用的安全性。
[00本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种机械组合方式的佩尔顿涡轮，其特征在于，由轮盘(1)、第一瓣水斗(2)、第二瓣水斗(3)、第三瓣水斗(4)、第四瓣水斗(5)、第一加强键(6)、第二加强键(7)、第三加强键(8)、第四加强键(9)、第五加强键(10)、第六加强键(11)、第七加强键(12)、第八加强键(13)、盖板(14)、第一螺栓(15)、第一垫片(16)、第二螺栓(17)、第二垫片(18)、第三螺栓(19)、第三垫片(20)组成，所述轮盘(1)外圆周沿轴向方向开有T尾槽(21)，所述轮盘(1)上下平面C沿圆周方向加工出第一螺栓孔(22)，所述第一瓣水斗(2)、第二瓣水斗(3)、第三瓣水斗(4)、第四瓣水斗(5)在分瓣面D上沿轴向方向开有凹槽(23)，在分瓣面E上沿轴向方向加工出凸键(24)，在上下平面F沿圆周方向加工出第二螺栓孔(25)，在内圆表面沿轴向方向加工出T尾(26)，在T尾(26)上下表面G加工出第三螺栓孔(27)，所述第一瓣水斗(2)、第二瓣水斗(3)、第三瓣水斗(4)、第四瓣水斗(5)的T尾(26)穿过轮盘(1)的T尾槽(21)，所述第一加强键(6)和第二加强键(7)穿过T尾(26)左侧的T尾槽(21)内，所述第三加强键(8)和第四加强键(9)穿过T尾(26)右侧的T尾槽(21)内，所述第一瓣水斗(2)的凸键(24)穿过第二瓣水斗(3)的凹槽(23)，所述第二瓣水斗(3)的凸键(24)穿过第...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴双辉，陶星明，李景，霍岩，王焕茂，王威，兰波，李伟刚，张海义，许义群，张春，柏勇，
申请(专利权)人：哈尔滨电机厂有限责任公司，
类型：发明
国别省市：