Способ изготовления сварного рабочего колеса радиально- осевой гидротурбины

 

Использование: для изготовления рабочих колес радиально-осевых гидротурбин. Лопасти рабочего колеса обрабатывают окончательно по поверхности и с припуском по выходной кромке, а ступицу и обод - окончательно со стороны, обращенной к лопастям , собирают колесо, проверяют взаимное расположение лопастей по расстоянию между ними в свету и шагу, сваривают и термообрабатывают колесо, протачивают наружные поверхности ступицы и обода, измеряют межлопастные расстояния и фиксируют их значения путем записи в паспорт, приближают гармоники высших порядков углов установки лопастей аналитически к последовательности замеренных расстояний между лопастями, выделяют гармонику, от которой наименее в среднеквадратичном отклоняется последовательность этих расстояний , и выполняют подрезку выходных кромок на величины, равные разностям между значениями выделенной гармоники и замеренными расстояниями в соответствующих точках. 5 ил. (Л С

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Ж

C (21) 4778761/27 (22) 13.11.89 (46) 07.05,92. Бюл. KL 17 (71) Производственное объединение атомного турбостроения "Харьковский турбинный завод им; С.M.ÊèðîBà" (72) А,А.Болотников (53) 621.224.24.62.755(088.8) (56) Броновский Г.А. и др. Технология гидротурбостроения. Л.: Машиностроение, 1978, с, 103-109. (54) СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ СВАРНОГО

РАБОЧЕГО КОЛЕСА РАДИАЛЬНО-ОСЕВОЙ ГИДРОТУРБИНЫ (57) Использование: для изготовления рабочих колес радиально-осевых гидротурбин.

Лопасти рабочего колеса обрабатывают окончательно по поверхности и с припуском по выходной кромке, а ступицу и обод — оконИзобретение относится к гидромашиностроению и может быть использовано при изготовлении рабочих колес радиально-осевых гидротурбин.

Известен способ изготовления сварного радиально-осевого рабочего колеса, содержащего лопасти, ступицу и обод, заключающийся в том, что окончательно обрабатывают лопасти полностью, а ступицу и обод только со стороны, обращенной к лопастям, собирают колесо, проверяют взаимное расположение лопастей по расстоянию в свету а и шагу, сваривают лопасти со ступицей и ободом и протачивают наружные поверхности ступицы и обода.

Однако после сварки и термообработки геометрия рабочего колеса искажается вследствие термической поводки, от кото„„ Ц„„1731975 А1 (51)5 F 03 В 11/00, В 23 Р 15/02 чательно со стороны, обращенной к лопастям, собирают колесо, проверяют взаимное расположение лопастей по расстоянию между ними в свету и шагу, сваривают и термообрабатывают колесо, протачивают наружные поверхности ступицы и обода, измеряют межлопастные расстояния и фиксируют их значения путем записи в паспорт, приближают гармоники высших порядков углов установки лопастей аналитически к последовательности замеренных расстояний между лопастями, выделяют гармонику, от которой наименее в среднеквадратичном отклоняется последовательность этих расстояний, и выполняют подрезку выходных кромок на величины, равные разностям между значениями выделенной гармоники и замеренными расстояниями в соответствующих точках, 5 ил. рой расстояния в свету а между отдельными лопастями могут превысить допустимые отклонения. На работающем агрегате это приводит к появлению радиального гидродинамического усилия, вектор которого имеет оборотную частоту вращения и является одной из причин вибрации ротора агрегата с оборотной частотой.

Для снижения уровня вибрации лопасти выполняют с припуском по выходной кромке, а при окончательной обработке выполняют подрезку выходных кромок(до 20 мм) для получения заданных расстояний в свету а.

Недостаток этого способа заключается в значительной трудоемкости операции подрезки, так как замеренные величины расстояния в свету увеличивают до расчетного или наибольшего из замеренных значений, т.е.

1731975 подрезают все лопасти (или все, кроме одной), Известно, что если лопасти перед сваркой разместить в таком порядке,.при котором статические моменты их масс образуют последовательность, близкую к одной из гармоник высшего порядка углов установки лопастей, то массы лопастной системы наилучшим образом самоуравновешены. Главный вектор центробежных сил лопастей и главный вектор системы гидродинамических усилий, определяемых расстояниями а между лопастями в свету, описываются тождественными соотношениями.

Можно сделать вывод о том, что если ширины межлопастных каналов изменяются, то гидравлические усилия, действующие на лопасти, самоуравновешены для колеса в целом, т.е. колесо гидравлически уравновешено. Выполнение же межлопастных каналов неодинаковой ширины упрощает окончательную подрезку выходных кромок, позволяет подрезать не все лопасти и уменьшить объем срезаемого металла, а следовательно, трудоемкость изготовления.

Цель изобретения — экономия материалов и снижение трудоемкости.

Для достижения поставленной цели гармоники высших порядков углов установки лопастей приближают к последовательности замеренных расстояний в свету между лопастями, выделяют гармонику, от которой наименее в среднеквадратичном отклоняется последовательность этих расстояний, и выполняют подрезку выходных кромок на величины, равные разностям между значениями выделенной гармоники и замеренными расстояниями в соответствующих точках.

Для расширения возможностей способа в качестве приближений принимают последовательно частные суммы высших гармоник.

Способ изготовления сварного рабочего колеса радиально-осевой гидротурбины осуществляют следующим образом.

Выполняют аналитическое приближение гармониками высших порядков углов установки лопастей (или частными суммами этих гармоник) к последовательности расстояний в свету между лопастями.

Выделяют гармонику (или частной суммы гармоник), наименее в среднеквадратичном уклоняющуюся от последовательности. замеренных расстояний в свету между лопастями.

Подрезают припуск на лопастях на величины, равные разностям между значениями выделенной гармоники (или частных

55 сумм гармоник) и замеренными расстояниями в соответствующих точках.

На фиг. 1 изображено рабочее колесо, меридиональное сечение; на фиг. 2 — сечение А-А на фиг. 1; на фиг. 3 — сечение Б-Б на фиг. 1; на фиг. 4 — сечение В-В на фиг. 1; на фиг. 5 — узел I на фиг. 4.

Заготовки ступицы 1 и обода 2 обрабатывают окончательно со стороны, обращенной к лопастям, а лопасти 3 — по всей поверхности и с припуском 4 по выходной кромке. Рабочее колесо собирают под сварку, проверяют взаимное расположение лопастей по шагу ц и i2 и расстоянию в свету а, сваривают колесо (швы 5 лопасть-обод и швы 6 лопасть-ступица).

Расстояния лопастей по шагу и, следовательно, расстояния в свету между лопастями в зонах,их примыкания к ступице и ободу после термообработки остаются теми же, что были после сварки, Сварка не может быть идентичной для всех лопастей, так как выполняется несинхронно — со сдвигом во времени — для отдельных лопастей. Поэтому остаточные напряжения в сварных соединениях отдельных лопастей различны. Это приводит к тому, что при термообработке лопасти деформируются по-разному и расстояния в свету между разными лопастями в среднем сечении по их высоте на выходе после термообработки становятся одинаковыми. Значения этих расстояний после окончательной проточки наружных поверхностей ступицы и обода фиксируют — вносят в паспорт замеров.

К значениям полученных расстояний а приближаются гармониками высших порядков углов установки лопастей а =Ь+сsinkià, 1

2 (а а +аа а х, ап — соответственно наибольшее и наименьшее из значений а, ! — номер канала; для min a> — 1/2(amax

+ amin) I принимают 1о=г1; i =1,2,..., z1e

z — число лопастей: (межлопастных каналов); а — шаг лопастей,а = 2 п /z<;

k — номер гармоники; 2 «

1/2(amax — amln) с 1/2(amax — amain) +4 °

Л вЂ” симметризованный допуск для а.

Из рассмотренных гармоник выделяют наиболее близкую (в среднеквадратичном смысле) к значению измеренных расстояний

ai и корректировку выполняют путем подрезки выходных кромок на величины, равные разностям между значениями этой гармоники и замеренными межлопастными расстояниями в соответствующих точках.

1731975

Для расширения возможностей способа в качестве приближений принимают последовательно частные суммы высших гармоник

J а =б+ g cksink!а, k=2 где j = 3,4,..., 2 - 1; 2 — целая часть

Z> . Z<

Z< числа—

2 ск- коэ фициенты Фурье.

В отличие от подбора порядка расстановки лопастей, при котором лопасти переставляют так, чтобы последовательность значений их масс соответствовала какой-либо гармонике. (высшей) углов установки лопастей, заданные значения замеренных межлопастных расстояний представляют в виде гармоники высшего порядка или совокупности таких однотипных (синусоидальных) гармоник, находят приближение, от которого последовательность межлопастных расстояний наименее (в среднеквадратичном смысле) уклоняется, и подрезают выходные кромки в соответствии с найденной зависимостью.

Таким образом, вместо гидравлически самоуравновешенной системы лопастей с одинаковыми межлопастными каналами используется также гидравлически самоуравновешенная система с неодинаковыми межлопастными каналами, ширина которых изменяется по гармоническому закону. Это и позволяет снизить трудоемкость работ по подрезке лопастей.

Операция анализа последовательности замеренных межлопастных расстояний носит вспомогательный характер и служит для выделения из всех подвергаю5 щихся анализу гидравлически самоуравновешенных последовательностей одной последовательности — наиболее близкой к последовательности измеренных значений межлопастных расстояний.

10 Формула изобретения

Способ изготовления сварного рабочего колеса радиально-осевой гидротурбины со ступицей, ободом и лопастями, при котором осуществляют чистовчю обработку ло15 пастей, чистовую обработку ступицы и обода со стороны сборки с лопастями, сборку колеса под сварку, проверку взаимного расположения лопастей путем измерения расстояния между ними в свету и шага, 20 затем колесо сваривают, производят термообработку, протачивают наружные поверхности ступицы и обода и повторно измеряют последовательно одно за другим расстояния в свету и шаг между лопастями, 25 отличающийся тем, что, с целью снижения трудоемкости и экономии материалов, после повторного измерения расстояния между лопастями проводят сравнительный анализ отклонения заме30 ренных расстояний от среднеквадратичного отклонения гармоник высших порядков углов установки лопастей, выделяют гармонику с наименьшим отклонением и осуществляют подрезку выходных кромок

35 лопастей на величину, равную разности между величиной выделенной гармоники и замеренными расстояниями.

Р(4 сл nulяэ)

Составитель А.Болотников

Редактор С.Патрушева Техред М.Моргентал Корректор Н.Ревская

Заказ 1565 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101