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Schaufelrad für Francis-Turbinen oder-Pumpen
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Schaufelrad für Francis-Turbinen oder-Pumpen.
In der Entwicklung der Turbinen- und Pumpentechnik ist man während der letzten Zeit mehr und mehr dazu übergegangen, immer grössere Einheiten herzustellen. Dabei sind den Stahlgiessereien Schwierigkeiten erwachsen, diese grossen Schaufelräder mit zufriedenstellender Präzision aus einem Stück herzustellen, besonders wenn das Material aus rostfreiem Stahl bestand. Um diese Schwierigkeiten zu umgehen, wurden die Schaufelrader aus getrennt gegossenen Schaufeln, Naben und Bändern in geschweisster Bauart hergestellt.
Infolge der mit Hilfe der Schweissung erzielten guten Ergebnisse, besonders hinsichtlich der gewünschten Präzision, ist man bei Herstellung von Schaufelrädern nicht nur der grössten Einhei- ten, sondern bis hinab zu kleinen Schaufelrädern auf dieses Verfahren übergegangen ; die einzige Einschränkung dabei ist, dass man in das Innere hineinkommen muss, um in den engen Schaufelkanälen zu schweissen.
Wie ersichtlich, hat die Herstellung von Schaufelrädern durch Schweissen einen wesentlichen Fortschritt bedeutet ; dennoch haften dieser Methode noch erhebliche Nachteile an. Einer dieser Nachteile besteht darin, dass bei den grössten Schaufelrädern das Band und die Nabe nach wie vor sehr schwer sind und dadurch schwierige und kostspielige Einheiten beim Giessen darstellen ; ein anderer Nachteil ist der, dass die Endkanten der Schaufeln bearbeitet werden müssen, damit sie sehr genau an Band und Nabe passen und so ein einwandfreies Zusammenschweissen ermöglichen. Dieses Einpassen geschieht meistenteils von Hand, oft nach Schablonen in Spannvorrichtungen, da die maschinelle Bearbeitung eine sehr komplizierte und teuere Ausrüstung erfordern würde.
Als ein dritter Nachteil kann das sehr grosse Schweissvolumen erwähnt werden, welches beim Festschweissen dicker Schaufeln mit Stumpfnaht erforderlich ist. Dieses Schweissvolumen hat grosse Unkosten zur Folge, da das Schweissen bei ungeeigneten Elektrodenlagen von Hand ausgeführt werden muss. Es ist von früher her bekannt, dass man, um teilweise die Nachteile des genauen Einpassens und grossen Schweissvolumens zu vermeiden, bei kleineren Schaufelrädern langsam laufenden Typs, d. h. mit kleinem Verhältnis zwischen Höhe und Durchmesser, Teile der Schaufeln durch die Nabe und das Band hat durchstechen lassen, welche Teile von aussen festgeschweisst wurden.
Infolge der geringen Dicke der Nabe und des Bandes und infolge des Umstandes, dass die Schaufelform bei diesem Schaufelradtyp in ihrer Höhenrichtung weniger gekrümmt ist, war dies möglich ; bei grösseren Schaufelrädern und bei andern Typen als den ausserordentlich langsam laufenden Schaufelrädern kann dieses Verfahren jedoch nicht angewendet werden.
Die vorliegende Erfindung vermeidet die geschilderten Schwierigkeiten und löst die bestehenden Probleme in einer allgemeinen Form sowohl bei grossen als auch bei leichteren Einheiten. Die Erfindung besteht darin, dass Nabe und Band als im Schweissverfahren hergestellte Kasten- oder Schalenkonstruktionen ausgeführt sind.
Die Erfindung wird an einem Ausführungsbeispiel in der Zeichnung näher erläutert. Fig. l zeigt ein Schaufelrad in vertikalem Schnitt, Fig. 2 einen Schnitt längs der Linie II - II der Fig. 1 und Fig. 3 gibt einen gleichen Schnitt für eine geänderte Ausführungsform wieder.
In der Zeichnung sind die Schaufeln des Schaufelrades mit l, das Band mit 2 und die Nabe mit 3 bezeichnet. Das bei den bekannten Ausführungsformen massive Band ist durch eine Schalenkonstruktion er-
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setzt, die aus folgenden Teilen besteht : dem gewölbten rotationssymmetrisdien Innenring 4, dem Boden 5 und dem Aussenring 6. Um das Band beulensteif zu bekommen, kann der innenring mit rundgehenden Versteifungsflanschen 7 versehen sein, die an dem Aussenring angeschweisst sind. In analoger Weise besteht die Nabe aus einem Unter- und einem Oberteil 8 bzw. 9, einem Aussenring 10, Versteifungsflanschen 11 und einer zentralen Einheit 12, an die die Welle mit Hilfe von Bolzen angeschlossen wird.
Auf Grund des Umstandes, dass die Teile 4 und 8 dünn sind, kann man unabhängig von der Form der Schaufel mit genauer Passung an die Schaufelform Löcher bohren und trotzdem die Schaufeln hineinstecken, wie dies aus Fig. 2 hervorgeht. Die geringe Dicke der Teile 4 und 8 hat auch eine beträchtliche Verminderung des Schweissvolumens zur Folge. Ferner kann man die Endkanten der Schaufel unbearbeitet lassen, wenn man die Schaufel hindurchsteckt, und dann alle Schaufeln gleichzeitig durch Drehen bearbeiten.
Als eine alternative Ausführung kann man die rundgehenden Versteifungsflansche 7 und 11 weglassen und die Schaufel auch durch dell Ring 6 und den Oberteil 9 durchstechen lassen und andiesenfestschwei- ssen ; diese Teile müssen an das Schaufelrad gefügt werden, nachdem die Schaufel an die Teile 4 und 8 angeschweisst ist. Diese Ausführungsform ist in Fig. 3 dargestellt.
Ein weiterer sehr grosser Vorteil der Erfindung besteht darin, dass man geteilte Schaufelräder in rationeller Weise herstellen kann. Unter geteilten Schaufelrädern versteht man, dass das Schaufelrad aus Gründen des Platzbedarfes in zwei oder mehreren Teilen transportiert werden muss ; die Teile werden dann auf dem Montageplatz zu einer Einheit zusammengefügt. Die Verbindung zwischen den verschiedenen Teilen muss eine grosse Festigkeit haben, da das Schaufelrad während des Betriebes schweren Beanspruchungen ausgesetzt ist. Bei bisher bekannten Konstruktionen hat man Keile verwendet, welche die ineinander einhakenden Teile oder Schrumpfringe, die die verschiedenen Teile an der Verbindungsstelle selbst zusammengehalten haben, auseinandergespannt haben.
Da aber Nabe und Band massive Teile waren, hat diese Verbindung Einschnitte in das Material selbst und damit Schwächungen bedeutet. Weiters hat man diese dickwandigen Teile nicht zusammenschweissen können, da die Deformationen und die auftretenden Schweissspannungen unzulässige Werte erreichten.
Die Erfindung bietet die Möglichkeit, im Schwerpunkt des Laufradschnittes einen Schraubenflansch-
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der Flachen der Schnitte zusammenhält.
Ausserdem kann man, wenn es Festigkeitsgründe erfordern, ohne Gefahr von Deformationen die in der Stahlkonstruktion enthaltenen dünnwandigen Teile zusammenschweissen, so dass das Schaufelrad wirklich eine Einheit wird. Dies ist sehr wertvoll. da man damit keiner Gefahr läuft, dass der lösbare Schrauboder Schrumpfringverband infolge vorkommender Vibrationen Ermüdungserscheinungen zeigt und mit der Zeit seine zusammenhaltende Kraft verliert.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Schaufelrad für Francis-Turbinen oder-Pumpen, dadurch gekennzeichnet, dass eine Nabe (3) und/oder ein Band (2) als im Schweissverfahren hergestellte Schalenkonstruktionen (4-7 bzw. 8-11) ausgeführt sind.