CH386815A - Verfahren zur Herstellung von Laufradschaufeln für Wasserkraftmaschinen, insbesondere Kaplanturbinen - Google Patents

Description

  Verfahren zur Herstellung von Laufradschaufeln für Wasserkraftmaschinen,  insbesondere Kaplanturbinen    Die Laufradschaufeln von Wasserkraftmaschinen,  insbesondere von Kaplanturbinen, werden üblicher  weise aus Stahlformguss und in einem Stück herge  stellt. Als Werkstoff wird vorzugsweise 13 % iger  Chromstahl verwendet. Es hat sich nämlich gezeigt,  dass dieser Stahl gegenüber der Kavitation und gegen  über der Erosion, bedingt infolge der Abnützung  durch sandhaltiges Wasser, am widerstandsfähigsten  ist. Die Laufradschaufeln von Kaplanturbinen be  sitzen ein tragflügelförmig gestaltetes Blatt mit einem  jeweils genau festgelegten Profil und sind durch einen  entsprechend ausgebildeten Zapfen im Zentralgehäuse  des Laufrades verstellbar befestigt.  



  Es liegt auf der Hand, dass vor allem bei grösser  dimensionierten Kaplanturbinen die Stückgewichte  und die Ausmasse der einzelnen Laufradschaufeln  zunehmen und damit form- und giesstechnisch nicht  immer restlos beherrschbare Bedingungen auftreten.  So ist insbesondere die Homogenität des Stahlgusses  schwerer zu gewährleisten, weil infolge der relativ  hohen Gussgewichte die metallurgisch bedingten  Volumänderungen innerhalb des Formstückes zu  Mängeln, wie Massungenauigkeiten, Innenrissen und  dergleichen führen können. Darüber hinaus ergeben  sich grosse Schwierigkeiten durch die extremen Stärke  unterschiede zwischen Schaufelblatt und Teller sowie  Zapfen.

   Ferner bedingt die Herstellung derartiger  Laufradschaufeln durch den doch in relativ beträcht  licher Länge herausragenden Zapfen die Sonder  anfertigung von Formkästen mit einem entsprechend  grossen Leeranteil der Form. Ausserdem ist es ohne  Anwendung eines Verbundgusses, der aber im vor  liegenden Fall kaum den mechanischen Gütewerten  entsprechen wird, nicht möglich, Laufradschaufelblatt  und Laufradschaufelzapfen aus verschiedenen Werk-    Stoffen, beispielsweise nichtrostendem Chromstahl  und Vergütungsstahl, herzustellen.  



  Die Erfindung betrifft nun ein Verfahren zur  Herstellung von aus vollem Material bestehenden  Laufradschaufeln für Wasserkraftmaschinen, insbe  sondere Kaplanturbinen, bei dem das Schaufelblatt  und der Schaufelzapfen durch Formguss getrennt  hergestellt werden, worauf die beiden Teile nach  jeweils erforderlicher Bearbeitung und Wärmebe  handlung durch Schweissen verbunden werden. Die  Verbindung von Laufradschaufelblatt und Laufrad  schaufelzapfen erfolgt vorteilhaft durch das Licht  bogenschweissverfahren mittels einer durchgeschweiss  ten Stumpfnaht, und zwar     in    Form einer doppel  seitigen Tulpennaht.  



  Es hat sich dabei als besonders günstig erwiesen,  die Lage der Schweissnaht so zu wählen, dass sie  einerseits ein Minimum an Nahtlänge aufweist und  anderseits ausserhalb der     maximal    beanspruchten  Zone des Laufradschaufelblattes liegt. Entsprechend  der Werkstoffzusammensetzung von Schaufelblatt und  Schaufelzapfen wird die Schweissung in bekannter  Weise mit artgleichen oder unlegierten Elektroden  durchgeführt. Das zu verbindende Blatt und der  Zapfen werden vor Ausführung der Schweissung       zweckmässig    angewärmt, und zwar vorteilhaft zwi  schen Temperaturen von 300 bis 350 C.

   Im An  schluss an die Schweissung wird nun die fertiggestellte  Laufradschaufel zweckmässig bei einer Temperatur  entspannt, die der Vergütungstemperatur des jeweili  gen höher legierten     Schaufelblattwerkstoffes    ent  spricht.  



  An sich ist es     zwar    schon seit langem bekannt,  Teile von Werkstücken durch Schweissen zu ver  binden, um damit komplizierte     Werkstückformen    auf      einfachere Weise herzustellen oder Werkstoffe ver  schiedener Zusammensetzung ohne Inanspruchnahme  des Verbundgiessens zu verbinden. So ging man auch  im Wasserkraftmaschinenbau allmählich dazu über,  geeignete     Konstruktionsteile    aus     gewalztem    Werk  stoff zu schweissen, so beispielsweise Turbinendeckel  und Laufradringe von Kaplanturbinen, Traversen  ringe und Spiralgehäuse von Francisturbinen, ferner  Drosselklappen und Ringschieber usw. Ausserdem  werden fallweise auch die Leitschaufeln von Kaplan  turbinen in Schweisskonstruktion ausgeführt.  



  Obwohl also eine verhältnismässig grosse Zahl  von Vorschlägen bekannt ist, im Wasserkraftmaschi  nenbau derartige Schweisskonstruktionen in Anwen  dung zu bringen, wurde diese Herstellungsart für die  aus vollem Material bestehenden Laufradschaufeln  von Kaplanturbinen und dergleichen bisher nicht in  Betracht gezogen. Dies ist auch verständlich, weil  man nämlich der Ansicht war, dass die bei den Lauf  radschaufeln auftretenden Beanspruchungen dafür  unbedingt ein einheitliches Gussstück verlangen.

   Dass  man aber Laufradsehaufeln, insbesondere solche von  Kaplanturbinen, doch mittels getrennt hergestellter  Gussteile, die sodann durch Verschweissen zu einem  Gesamtkörper verbunden werden, wobei mit Hilfe  geeigneter Massnahmen die Güte dieser Werkstücke  den gewünschten Anforderungen in jeder Hinsicht  entsprechen, herstellen kann, war keineswegs zu er  warten und muss daher als überraschend angesehen  werden.  



  An Hand eines Ausführungsbeispieles wird der  Gegenstand der Erfindung noch näher erläutert.  In der Zeichnung ist die Laufradschaufel einer  Kaplanturbine in Ansicht dargestellt. Mit 1 ist dabei  das Schaufelblatt, mit 2 der     Schaufelzapfen    und mit 3  die vorzugsweise als doppelte Tulpennaht ausgebil  dete Schweissstelle zur Verbindung der getrennt her  gestellten Teile bezeichnet. Zum Laufradschaufel  zapfen 2 gehört auch noch der Teil 4, der nach  Zusammenfügen der beiden zunächst getrennt her  gestellten Teile in das Laufradschaufelblatt übergeht.    Je nach den Erfordernissen ist es dabei möglich,  das Schaufelblatt aus nichtrostendem Stahlguss oder  niedrig legiertem Vergütungsstahlguss und den Lauf  radschaufelzapfen aus nichtrostendem Stahlguss, nied  rigem Vergütungsstahlguss oder auch aus unlegiertem  Stahlguss herzustellen.

Claims (1)

1. PATENTANSPRUCH Verfahren zur Herstellung von aus vollem Mate rial bestehenden Laufradschaufeln für Wasserkraft maschinen, insbesondere Kaplanturbinen, dadurch gekennzeichnet, dass das Schaufelblatt und der Schau felzapfen durch Formguss getrennt hergestellt werden, worauf die beiden Teile nach jeweils erforderlicher Bearbeitung und Wärmebehandlung durch Schweissen verbunden werden. UNTERANSPRÜCHE 1. Verfahren nach Patentanspruch, dadurch ge kennzeichnet, dass die Länge der Schweissnaht so gewählt wird, dass sie einerseits ein Minimum an Nahtlänge aufweist und anderseits ausserhalb der maximal beanspruchten Zone des Laufradschaufel blattes liegt. 2.

   Verfahren nach Patentanspruch und Unter anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Ver bindung von Schaufelblatt und Schaufelzapfen mittels einer durchgeschweissten Stumpfnaht, und zwar in Form einer doppelseitigen Tulpennaht, erfolgt. 3. Verfahren nach Patentanspruch und Unter ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass vor Ausführung der Schweissung die zu verbindenden Teile erwärmt werden, und zwar vorteilhaft zwischen 300 bis 350 C, und im Anschluss an die Schweissung die fertiggestellte Laufradschaufel bei einer Tempera tur entspannt wird, die der Vergütungstemperatur des jeweils höher legierten Schaufelblattwerkstoffes ent spricht.