СОСТАВНОЕ РАБОЧЕЕ КОЛЕСО ДЛЯ ТУРБИНЫ ФРЕНСИСА
COMPOSITE FRANCIS TURBINE WHEEL

Настоящее изобретение относится к рабочим колесам для турбины Френсиса и, в частности, к составному рабочему колесу для турбины Френсиса.
Рабочие колеса для турбины Френсиса содержат верхний обод, нижний обод и множество лопаток турбины, проходящих между верхним ободом и нижним ободом. Пример такого рабочего колеса раскрыт в публикации DE 648174. При изготовлении лопатки обычно закрепляются на верхнем ободе и нижнем ободе сваркой. Когда диаметр начинает превышать 5 метров, например, известно разделение рабочего колеса турбины на два сегмента, отделенных друг от друга плоскостью, проходящей вдоль оси рабочего колеса, так чтобы обеспечить транспортировку рабочего колеса от производственного участка к стройплощадке плотины. Эта радиальная плоскость прорезает насквозь верхний обод, нижний обод и участки некоторых лопаток.
На стройплощадке плотины разрезные сегменты рабочего колеса собираются путем выполнения сварных соединений в верхнем ободе, нижнем ободе и разрезанных лопатках. Сварка лопаток требует большой осторожности вследствие нагрузок, которые должны прикладываться к лопаткам в процессе функционирования турбины. Эти сварные соединения обычно выполняют присадочным металлом на основе материала CA-6NM, который является сплавом железа-хрома-никеля-молибдена, упрочняемым послесварочной термической обработкой. В процессе послесварочной термической обработки сварные соединения являются чувствительными к растрескиванию, которое требует повторной обработки сваренного соединения до тех пор, пока не будет никаких трещин в соединениях.
Соответственно были бы полезными любые усовершенствования в изготовлении составного рабочего колеса для турбины Френсиса, которые бы не приводили к сварным соединениям в лопатках рабочего колеса и потенциальному растрескиванию соединений лопаток в процессе послесварочной термической обработки.
Настоящее изобретение относится к составному рабочему колесу для турбины Френсиса, содержащему, по меньшей мере, два сегмента рабочего колеса, выполненных с возможностью соединения вместе по их противолежащим поверхностным участкам для образования составного рабочего колеса, имеющего верхний обод, нижний обод и множество лопаток, проходящих между верхним ободом и нижним ободом и прикрепленных к ним. Усовершенствование настоящего изобретения относится к противолежащим поверхностным участкам сегментов рабочего колеса, которые расположены только вдоль участков верхнего обода и участков нижнего обода, и к противолежащим поверхностным участкам сегментов рабочего колеса, которые расположены между соседними лопатками составного рабочего колеса и отстоят от них. Поскольку противолежащие поверхностные участки расположены только вдоль участков верхнего обода и участков нижнего обода, ни одна из лопаток не является разрезанной, посредством чего исключается сваривание лопаток в процессе образования составного рабочего колеса на стройплощадке плотины. Соответственно, составное рабочее колесо не имеет сварных соединений, образованных в лопатках, которые являются сильно нагруженными рабочими частями рабочего колеса.
В одном варианте осуществления изобретения сегменты рабочего колеса соединены вместе сварным соединением. Это сваривание может представлять собой частичное получение сварного шва проплавлением основного металла. В альтернативном варианте осуществления верхний обод может быть соединен механическими крепежными средствами, такими как болты и гайки. Дополнительно предусматривается, что свариваемый материал, который используется в сварных соединениях, является материалом, который не требует послесварочной термической обработки. Таким материалом является, например, свариваемый материал E309L.
Таким образом, согласно объекту настоящего изобретения создано составное рабочее колесо для турбины Френсиса, содержащее, по меньшей мере, два сегмента рабочего колеса, выполненных с возможностью соединения вместе по их противолежащим поверхностным участкам для образования составного рабочего колеса, имеющего верхний обод, нижний обод и множество лопаток, проходящих между верхним ободом и нижним ободом и прикрепленных к ним, при этом противолежащие поверхностные участки сегментов рабочего колеса расположены только вдоль участков верхнего обода и участков нижнего обода, а противолежащие поверхностные участки сегментов рабочего колеса расположены между соседними лопатками составного рабочего колеса и отстоят от них, причем составное рабочее колесо имеет центральную ось, а верхний обод имеет центральное отверстие круглой формы, при этом противолежащие поверхностные участки участков верхнего обода, если смотреть сверху, проходят от центрального отверстия с радиальным смещением от центральной оси.
Предпочтительно, сегменты рабочего колеса соединены вместе сварным соединением.
Предпочтительно, свариваемый материал, используемый в сварном соединении, не требует послесварочной термической обработки.
Предпочтительно, свариваемый материал содержит свариваемый материал E309L.
Предпочтительно, противолежащие поверхностные участки расположены на середине расстояния между соседними лопатками.
Предпочтительно, противолежащие поверхностные участки расположены на середине расстояния между соседними лопатками.
Предпочтительно, каждая из множества лопаток имеет противолежащие поверхности заданного контура, а противолежащие поверхностные участки, которые проходят вдоль участков верхнего обода и участков нижнего обода, продолжаются вдоль контуров, соответствующих контуру лопатки, соседнему верхнему ободу и соседнему нижнему ободу.
В результате, конструкция согласно настоящему изобретению обеспечивает получение рабочего колеса, обладающего повышенной надежностью и долговечностью.
Для лучшего понимания сущности и целей настоящего изобретения далее приведено более подробное описание настоящего изобретения со ссылками на приложенные схематические чертежи, на которых:
Фиг.1 - вид сверху составного рабочего колеса для использования в турбине Френсиса;
Фиг.2 - вид сбоку составного рабочего колеса с Фиг.1.
Настоящее изобретение относится к рабочим колесам турбины Френсиса для использования в гидротурбинах, и, в частности, оно относится к составному рабочему колесу 10 типа Френсис. Разрезное рабочее колесо 10, показанное на Фиг.1 и 2, содержит два сегмента 12 и 14 рабочего колеса. На чертежах оба сегмента 12 и 14 рабочего колеса показаны отстоящими друг от друга. При изготовлении на производственном участке сегменты обычно обрабатываются, соприкасаясь друг с другом. Также, на стройплощадке плотины сегменты 12 и 14 будут в контакте друг с другом, когда выполняются сварные соединения между сегментами для образования составного рабочего колеса.
В соответствии с настоящим изобретением эти сегменты 12 и 14 рабочего колеса подогнаны для соединения вместе вдоль противолежащих поверхностных участков 16 и 16а верхнего обода и противолежащих поверхностных участков 18 и 18а нижнего обода для образования составного рабочего колеса. Следует отметить, что на чертежах показано разрезное рабочее колесо 10 из двух сегментов, хотя рабочее колесо может быть разрезано на более чем два сегмента. Однако количество сегментов должно быть минимизировано, поскольку каждый дополнительный сегмент требует большей сборки на стройплощадке плотины. Очевидно, что количество выбранных сегментов определяется размером рабочего колеса и ограничениями, определяемыми при транспортировке сегментов рабочего колеса по пути их перевозки, доставляемых от производственного участка к стройплощадке плотины.
Составное рабочее колесо содержит верхний обод 28, нижний обод 30 и множество лопаток 32, проходящих между верхним ободом 28 и нижним ободом 30 и прикрепленных к ним.
Противолежащие поверхностные участки 16, 16а и 18, 18а сегментов 12, 14 рабочего колеса расположены только вдоль участков 34 верхнего обода 28 и участков 36 нижнего обода 30. Противолежащие поверхностные участки 16, 16а и 18, 18а сегментов 12 и 14 рабочего колеса расположены посередине между соседними лопатками 32а и 32b рабочего колеса 10 и отстоят от них. Каждая из лопаток 32 показана на чертежах выгнутой вдоль противолежащих поверхностей 50, 52 с заданным контуром. Противолежащие поверхностные участки 16, 16а (см. Фиг.2) и 18, 18а также продолжаются вдоль контуров, подобных контуру лопаток, соседнему верхнему ободу 28 и соседнему нижнему ободу 30. Предпочтительно, противолежащие поверхностные участки 16, 16а и 18, 18а расположены на середине расстояния между соседними лопатками 32а, 32b, то есть там, где лопатки 32а, 32b встречаются с верхним ободом 28 и нижним ободом 30. Это размещает сварные соединения на оптимальном расстоянии от наиболее сильно нагруженных лопаток.
Как лучше показано на Фиг.1, составное рабочее колесо 10 и результирующее составное рабочее колесо имеет центральную ось 60 и верхний обод 28, имеющий центральное профильное отверстие 62. Противолежащие поверхностные участки 16, 16а верхнего обода 28, как показано на виде сверху Фиг.1, продолжаются от центрального отверстия 62 с радиальным смещением от центральной оси 60.
Сегменты 12 и 14 рабочего колеса соединяются вместе посредством сварного соединения, которое расположено между противолежащими поверхностными участками 16, 16а и 18, 18а. Предпочтительно свариваемый материал, используемый в сварных соединениях, не требует послесварочной термической обработки и содержит свариваемый материал E309L. Данный сварочный процесс может содержать частичное получение сварного шва проплавлением основного металла.
Несмотря на то что изобретение было описано со ссылкой на конкретный вариант его осуществления, специалисту в данной области будет понятно, что изобретение может быть осуществлено на практике с изменениями, которые входят в объем прилагаемой формулы изобретения.