佩尔顿式水轮机的叶轮及其制造方法技术

本发明专利技术涉及一种佩尔顿式水轮机的叶轮的制造方法，该方法包括：提供内轮盘；提供环形轮盘；将所述内轮盘与所述环形轮盘内外嵌套连接成一体；将所述环形轮盘靠近内周面的区域加工为所述水斗的根部，将所述环形轮盘的其余区域加工为所述水斗的中央部分；提供所述水斗的侧边部分，使所述水斗的中央部分和侧边部分共同形成所述叶轮的水斗。本发明专利技术还涉及一种佩尔顿式水轮机的叶轮，所述叶轮的盘毂主体由锻造的内轮盘形成，水斗由锻造的环形轮盘形成的中央部分和分别布置在所述中央部分的轴向两侧的侧边部分共同形成，所述内轮盘与所述环形轮盘内外嵌套连接成一体。内外嵌套连接成一体。内外嵌套连接成一体。

Impeller of Pelton turbine and its manufacturing method

【技术实现步骤摘要】
佩尔顿式水轮机的叶轮及其制造方法


[0001]本专利技术涉及一种佩尔顿式水轮机的叶轮的制造方法。本专利技术还涉及一种佩尔顿式水轮机的叶轮。

技术介绍

[0002]佩尔顿式水轮机的叶轮包括盘毂和若干布置于盘毂外周的水斗。
[0003]欧洲专利技术专利EP 0 882 888 B1披露了一种佩尔顿式水轮机的叶轮结构，其包括布置在盘毂上的多个水斗。水斗的根部与盘毂(Nabe)为一体结构。水斗的两侧部分以及中间部分都例如通过焊接连接在水斗的根部上。根据该专利说明书第[0017]‑
[0018]段的记载，水斗的两侧部分与中间部分彼此沿在径向上笔直的连接线相连接。
[0004]欧洲专利技术专利EP 0 496 181 B1披露了一种佩尔顿式水轮机的叶轮的制造方法，其中，通过在作为基体的盘毂上的堆焊来制造佩尔顿式水轮机的水斗。
[0005]因此，需要一种快速简便、成本低廉的佩尔顿式水轮机的叶轮的制造方法。

技术实现思路

[0006]为解决上述技术问题，本专利技术提供了一种佩尔顿式水轮机的叶轮的制造方法，所述叶轮包括盘毂和若干布置于盘毂外周的水斗，该方法包括如下步骤：提供内轮盘，所述内轮盘具有与所述叶轮的盘毂主体相当的尺寸；提供环形轮盘，该环形轮盘的内周面具有适于与所述内轮盘相连接的尺寸和形状，该环形轮盘的外周面的径向尺寸被设计为适于在机加工后达到水斗外径的最终尺寸而该环形轮盘的内周面则至少延伸到所述水斗的径向内侧；将所述内轮盘与所述环形轮盘内外嵌套连接成一体；将所述环形轮盘靠近内周面的区域加工为所述水斗的根部，将所述环形轮盘的其余区域加工为所述水斗的中央部分；提供所述水斗的侧边部分，使所述水斗的中央部分和侧边部分共同形成所述叶轮的水斗。
[0007]由于将盘毂主体和水斗分开制造，因此可以采用较宽尺寸的环形轮盘适应水斗的宽度，而采用较窄尺寸的内轮盘适应盘毂的宽度。由于每个水斗被分成了中央部分和侧边部分，因此水斗的中央部分能够在侧边部分尚未安装时进行机加工而不受侧边部分的遮挡。在这种分体式的结构中，水斗的高应力区域，即中央部分，与环形轮盘是一体形成的，因此具有较高的结构强度。基于相同的专利技术构思，显然也可以考虑将内轮盘设计为与上述环形轮盘通过另外的环形的中间轮盘相连接，也就是将内轮盘设计成两件式或多件式结构。
[0008]由于各个水斗都由同一环形轮盘形成，水斗的根部彼此一体成型，因此，相比于单个制造再连接或焊接到盘毂上的现有技术，水斗在转动方向上更加稳固。在本专利技术的上述实施形式中，环形轮盘的内周面则至少延伸到水斗的径向内侧，以便能够成型为水斗，包括水斗的根部。但环形轮盘的内周面继续向内延伸、甚至成型为一部分盘毂也是可行的。在这种情况下，盘毂主体仍然由内轮盘形成，但环形轮盘向内延伸的部分形成了盘毂主体的一部分，这虽然由于环形轮盘的厚度大于内轮盘而牺牲了一定的机加工效率，但显然能够得到根部更加稳固的水斗，因为水斗根部附近有更多的区域是一体形成的。
[0009]内轮盘和环形轮盘优选通过锻造方式制造。锻造方式有利于提高由环形轮盘形成的水斗的中央部分的强度。
[0010]内轮盘与环形轮盘的内外嵌套连接成一体可以通过形面接合(例如螺纹连接、张力元件连接)或冷缩装配(例如油压连接或热配合)进行，也可以通过焊接进行。在焊接之后，优选对所述内轮盘和所述环形轮盘进行退火处理，以便使内轮盘和环形轮盘获得更好的材料特性。
[0011]在将环形轮盘加工成水斗时，对水斗的根部进行机加工之前，各个水斗之间的楔形区域内的材料应当被切除，这可以通过锯切或切削的方式进行，从而大大降低水斗之间区域的机加工时间。
[0012]优选的是，在提供所述水斗的侧边部分的步骤之前，对水斗的中央部分进行预研磨，从而使水斗的承受高应力的中央部分具有更光洁的表面。
[0013]水斗的侧边部分与水斗的中央部分共同形成叶轮的水斗，但它们被分开地制造。这不但提高了生产效率，而且有多种现有加工方法可供选择。例如，水斗的侧边部分可以通过模具锻造成型、铸造成型或者从实心材料中铣削成型，然后再焊接到水斗的中央部分上；水斗的侧边部分也可以直接通过增材制造方式提供在所述水斗的中央部分上。
[0014]有利的是，水斗的中央部分与所述水斗的侧边部分的分界线完全在垂直于所述叶轮轴向的平面上延伸。在这种布置结构中，水斗的中央部分与所述水斗的侧边部分的分界线简单、清晰，容易实施焊接或者在水斗的中央部分上进一步通过增材制造方式提供水斗的侧边部分。不过，显然也可以考虑的是，在由环形轮盘成型水斗的中央部分和单独成型水斗的侧边部分的过程中，使水斗的中央部分和水斗的侧边部分的分界线保持互补的形式但不在或不完全在垂直于所述叶轮轴向的平面上延伸。这为加工提供了更多的灵活性。
[0015]类似地，尽管内轮盘和环形轮盘的分界面，也就是内轮盘的外周面与环形轮盘的内周面，可以都为圆柱形表面以实现简单的接合，但是亦可以考虑使它们的分界面保持互补的形式却不是圆柱形表面。
[0016]在内轮盘与环形轮盘通过焊接方式连接的情况下，所述内轮盘和所述环形轮盘的焊缝从内轮盘的轴向上的一个端面贯穿到另一个端面。替代的是，也可以根据动态和静态强度的需求仅从内轮盘的两个端面向内焊接一个的预定深度，使内轮盘和环形轮盘在中间留出没有焊缝的区域。进一步优选的是，在焊接前和焊接过程中在所述内轮盘和所述环形轮盘之间留出的没有焊缝的中央区域提供保护性气氛。例如，在内轮盘内部提供例如在靠近焊缝内侧的位置通往所述内轮盘和所述环形轮盘之间留出的没有焊缝的中央区域的流道，使得保护性气体能够在焊接过程中被通过流道提供到没有焊缝的中央区域并随后再被通过流道回收，从而减少焊缝中产生裂缝的可能。类似地，也可以在环形轮盘内部提供流道，向内轮盘和环形轮盘之间留出的没有焊缝的中央区域靠近焊缝内侧地提供保护性气氛。当流道远离焊缝的一端被提供在内轮盘的内周侧时，流道远离焊缝的一端自然会在后续安装过程中被水轮机主轴封闭。但当流道远离焊缝的一端被提供在内轮盘的端面上或环形轮盘的端面或外周侧时，流道远离焊缝的一端也可以稍后在制造过程中封闭。
[0017]根据本专利技术的另一方面，还提供了一种佩尔顿式水轮机的叶轮，所述叶轮包括盘毂和若干布置于盘毂外周的水斗，所述盘毂的主体由锻造的内轮盘形成，所述水斗由锻造的环形轮盘形成的中央部分和分别布置在所述中央部分的轴向两侧的侧边部分共同形成，
所述内轮盘与所述环形轮盘内外嵌套连接成一体。
[0018]优选的是，所述内轮盘与所述环形轮盘通过焊接、形面接合(例如螺纹连接、张力元件连接)或冷缩装配(例如油压连接或热配合)方式连接。
[0019]优选的是，水斗的侧边部分可以通过焊接方式与所述水斗的中央部分相连接或者直接通过增材制造方式提供在所述水斗的中央部分上。
[0020]优选的是，水斗的中央部分与水斗的侧边部分的分界面在垂直于所述叶轮轴向的方向上延伸。
[0021]内轮盘和环形轮盘的分界面，也就是内轮盘的外周面与环形轮盘的内周面，均为圆柱形表面。...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种佩尔顿式水轮机的叶轮(1)的制造方法，所述叶轮包括盘毂(10)和若干布置于盘毂(10)外周的水斗(20)，其特征在于，该方法包括如下步骤：提供内轮盘(100)，所述内轮盘具有与所述叶轮(1)的盘毂(10)主体相当的尺寸；提供环形轮盘(200)，该环形轮盘的内周面具有适于与所述内轮盘(100)相连接的尺寸和形状，该环形轮盘(200)的外周面的径向尺寸被设计为适于在机加工后达到水斗外径的最终尺寸而内周面则至少延伸到所述水斗(20)的径向内侧；将所述内轮盘(100)与所述环形轮盘(200)内外嵌套连接成一体；将所述环形轮盘(200)靠近内周面的区域加工为所述水斗的根部(210)，将所述环形轮盘(200)的其余区域加工为所述水斗的中央部分(220)；提供所述水斗的侧边部分(230)，使所述水斗的中央部分(220)和侧边部分(230)共同形成所述叶轮(1)的水斗(20)。2.根据权利要求1所述的佩尔顿式水轮机的叶轮(1)的制造方法，其特征在于，所述内轮盘(100)和所述环形轮盘(200)通过锻造方式制造。3.根据权利要求2所述的佩尔顿式水轮机的叶轮(1)的制造方法，其特征在于，在将所述内轮盘(100)与所述环形轮盘(200)内外嵌套连接成一体的步骤中，将所述内轮盘(100)与所述环形轮盘(200)通过焊接方式连接。4.根据权利要求3所述的佩尔顿式水轮机的叶轮(1)的制造方法，其特征在于，在焊接之后对所述内轮盘(100)和所述环形轮盘(200)进行退火处理。5.根据权利要求3或4所述的佩尔顿式水轮机的叶轮(1)的制造方法，其特征在于，所述内轮盘(100)和所述环形轮盘(200)的焊缝(300)从所述内轮盘(100)的轴向上的一个端面贯穿到另一个端面。6.根据权利要求3或4所述的佩尔顿式水轮机的叶轮(1)的制造方法，其特征在于，根据动态和静态强度的需求，从所述内轮盘(100)的两个端面(110)向内焊接一个的预定深度，使所述内轮盘(100)和所述环形轮盘(200)之间留出没有焊缝的中央区域(310)。7.据权利要求6所述的佩尔顿式水轮机的叶轮(1)的制造方法，其特征在于，在焊接前和焊接过程中在所述内轮盘(100)和所述环形轮盘(200)之间留出的没有焊缝的中央区域(310)提供保护性气氛。8.根据权利要求2所述的佩尔顿式水轮机的叶轮(1)的制造方法，其特征在于，所述内轮盘(100)与所述环形轮盘(200)通过形面接合或冷缩装配连接在一起。9.根据权利要求8所述的佩尔顿式水轮机的叶轮(1)的制造方法，其特征在于，所述内轮盘(100)与所述环形轮盘(200)通过螺纹连接、张紧元件连接、油压连接或热配合连接在一起。10.根据权利要求2所述的佩尔顿式水轮机的叶轮(1)的制造方法，其特征在于，在将所述环形轮盘(200)靠近内周面的区域加工为所述水斗的根部(210)的步骤中，在对所述水斗的根部(210)进行机加工之前，先将所述水斗(20)之间的楔形区域(400)内的材料通过锯切或切削的方式切除。11.根据权利要求2所述的佩尔顿式水轮机的叶轮(1)的制造方法，其特征在于，在提供所述水斗的侧边部分(230)的步骤之前，对所述水斗的中央部分(220)进行预研磨。12.根...

【专利技术属性】
技术研发人员：克劳斯，
申请(专利权)人：安德里茨水电有限公司，
类型：发明
国别省市：