專利名稱：制造有磨損危險的流體機械構件的方法
技術領域：
本發明涉及一種制造流體機械構件的方法。它同樣還涉及一種修理這種構件的方法。作為流體機械首先指水輪機和泵，但也包括其他流體機械，例如船用螺旋槳。更一般地說在這里所涉及的是與液體接觸的流體機械。作為構件尤其指流體機械的葉片，例如渦輪葉片。
流體機械導引流體流動的表面對于機器的工作特性，尤其是效率有決定性的影響。這一點特別適用于水輪機和泵的葉片，但也適用于船用螺旋漿。在這里首先取決于葉片的總體形狀。它往往是空間彎曲的，例如在卡普蘭式或法蘭西斯式水輪機中便是這樣。但也與表面狀況有著極其重要的關系。在這方面人們力求達到盡可能低的粗糙度。因此渦輪葉片表面盡可能光滑。采用不同的光滑化工藝直至高度拋光。
尤其是水輪機受到嚴重程度不一的種種影響，這些影響導致流動導引面造型的改變。特別危險的是由于水中高的砂粒濃度造成的磨蝕。氣蝕也是危險的，在極端情況下它會導致渦輪葉片侵蝕。這些現象帶來的后果是使渦輪葉片的造型發生變化，由于上述原因這是非常有害的。
本發明的目的是提供一些措施，采取這些措施可將有磨損危險的構件設計成，使磨損以比迄今更低的程度出現。同樣地，本發明的目的是提供一些措施，采取這些措施可重新修復磨損的部分，而且使今后不再或以更低的程度出現磨損。
此目的通過獨立權利要求的特征達到。
因此，本發明人提供了令人驚訝的簡單方法，采用這些方法可以有效和持久地對付危及流體機械構件的磨損。
下面借助附圖進一步說明本發明。附圖中
圖1為具有卡普蘭式水輪機的液壓設備的示意圖；圖2為用分圖2a至2f表示按本發明的制造方法的工藝過程圖；圖3為用分圖3a至3f表示按本發明的修理方法的工藝過程圖；圖4示出表面造型的各種可能性；
圖5表示在葉片主體部件中嵌入條狀磨損部件。
圖1表示的液壓設備10包括一流動通道12，水在此通道內從上部水平面流向設備10上游端并到達下游的出口區16。設備10包括帶輪轂20的渦輪18，它有一條縱軸線22，此外有多個可調整地裝在輪轂20上的動葉片1。每個葉片1可繞旋轉軸線26轉動，軸線26基本上垂直于縱軸線22。在本實施例中渦輪18表示為直立式的。但本發明也可應用于其縱軸線相對于垂直線傾斜一個角度的渦輪，例如取決于流動通道12的設計有水平的縱軸線。此外，旋轉軸線26也可以相對于縱軸線22傾斜，因而并不是非要垂直于縱軸線。
圖示渦輪是一種卡普蘭式水輪機。當然本發明也可以應用于其他任何類型的渦輪中，例如法蘭西斯式水輪機。
圖2表示按本發明用于制造帶磨損危險區的渦輪葉片的制造方法具體步驟。
圖2a表示卡普蘭式水輪機葉片1俯視圖。圖2b在側視圖中再次表示葉片1。
按本發明，葉片1由兩部分構成。在此文件中它們稱為“磨損部分”1．1和“主體部分”1．2。圖2c表示主體部分1．2。圖2d表示磨損部分1．1和主體部分1．2；這兩個部分互相結合在一起。這兩個部分，即磨損部分1．1和主體部分1．2的制造過程如下首先葉片1按傳統的方法完整地制造。為此澆鑄葉片，所形成的毛坯用傳統的方法加工，例如通過數控銑削或磨削。
然后圍繞加工好的葉片有磨損危險的部分包上型砂，從而構成一底模2，見圖2b。
作為另一個步驟是從加工好的葉片上按規定的方法去除有磨損危險的部分。因此留下了葉片的主體部分1．2。接著，借助于底模2重新通過鑄造制成磨損部分1．1。在這里作為澆注料采用強耐磨蝕的材料，例如聚氨酯。
在磨損部分1．1與主體部分1．2之間的可靠連接可用不同的方法進行粘結、螺釘、焊接、榫接。如圖2c和2d所示，主體部分1．2有一榫頭1．2．1。因此磨損部分1．1有一槽。榫頭1．21和相應的槽同樣在澆鑄時制造。但也可以事后嵌入或銑出榫頭。
采用所表示的榫-槽連接已經形成了某種固定。這種連接的固定可采取恰當的措施加強，例如通過機械的螺釘連接或通過加膠粘劑粘接或通過焊接或借助榫頭1．2．1中的孔形封閉地澆注。
圖3表示葉片1修理方法的具體步驟。葉片在前緣區磨損，見圖3c。
此方法實施如下圖3a再次表示葉片1處于新的狀態，亦即在使用之前。步驟3b表示的是與制造工藝中步驟2b相同的同一個步驟。型砂圍繞著葉片1在其新的狀態時的前緣區，從而構成一個底模。保存此底模2。若葉片1由于磨損達到了圖3c所示的狀態，則保留圖示的主體部分1．2，并如圖3d所示將底模2與主體部分1．2組合。現在用一種澆注料充注形成的空腔，合乎目的的是用聚氨酯。
其結果可見與圖3b和3a類似的視圖3e和3f。葉片1現在重新完整。它由磨損部分1．1和主體部分1．2組成。
為了使磨損部分1．1和主體部分1．2之間的連接盡可能可靠，所涉及的表面可制有凹入和凸出。見圖4a至4d。特別有利的是按圖4b的凸起。如圖所示它們有T形截面。由此形成形封閉連接。也可以考慮用此凸起作為圖2c中榫頭1．2．1的替換形式。
若已錯過當葉片在新的狀態下時由其前緣區制成底模，則可按如下步驟進行按傳統的方法制造，亦即鑄造和切削加工，制成單個渦輪葉片或至少其前緣區。然后，由此時所制成的部分如上面所說明的那樣構成底模2。借助于此底模可按所述方法將磨損的葉片補充完全。
圖5表示了本發明可以采用的另一種可能性。在這里，圖5a和5b在俯視與側視圖中表示了一個渦輪葉片1。此葉片首先按傳統的方法完整地制造，亦即澆鑄、銑削和必要時磨削甚或拋光。
在此成品加工結束后，借助于數控銑削技術在彎曲表面上加工橫截面恒定的槽。見圖5c中的槽1．3。因此，此槽與葉片完全一樣是空間彎曲的。
現在在槽中嵌入磨損部分1．1。它起先有一直板條的形狀。此直板條1．1按傳統的方法加工而成。它首先作為連續型材存在，即所謂的“按米出售的貨物”，通過擠壓或銑削制成。此板條用特別耐磨的材料制造，仍例如用聚氨酯。它是柔韌的并因而可與葉片1主體部分1．2的空間彎曲形狀相匹配。固定仍如上面已提及的那樣通過螺釘、膠粘、焊接或其他方法實現，必要時也可組合采用這些固定方法。
權利要求
1．一種制造有磨損危險區的流體機械構件，尤其是水輪機或液體泵葉片的方法，包括下列工藝步驟1．1用傳統的方法制造此構件，例如通過鑄造和接著數控銑削和磨削；1．2至少制造構件的有磨損危險部分的鑄件，以便構成一個底模；1．3從制成的完整構件上以規定的方式除去磨損區；1．4然后借助底模通過澆鑄澆注料制造磨損部分，此澆注料在其材料性質方面滿足實際要求；1．5接著將磨損部分與主體部分互相可靠連接。
2．一種制造有磨損危險區的流體機械構件，尤其是水輪機或液體泵葉片的方法，包括下列工藝步驟2．1用兩個部分構成構件，其中之一(磨損部分)包括有磨損危險的區域，以及另一個(主體部分)包括危險性較小的區域；2．2主體部分用傳統的方法通過鑄造及通過銑削和／或磨削制造；2．3磨損部分用一種材料制造，這種材料滿足比主體部分的材料更高的要求；2．4組合這兩個部分。
3．一種修理流體機械的構件，尤其是水輪機或液體泵葉片的方法，其中，構件的一部分(磨損部分)由于工作中磨損而被去除，剩下另一部分(主體部分)，此方法有下列工藝步驟3．1制造磨損部分的底模；3．2將此底模與主體部分組合，使得底模的內輪廓與主體部分的外輪廓一起構成在未磨損狀態下整個構件的輪廓，從而形成一個形狀和結構與磨損部分一致的空腔；3．3向空腔內注入澆注材料，這種澆注材料在其材料性質方面符合對磨損部分提出的實際要求。
4．按照權利要求3所述的方法，其特征為在第一次使用此構件之前制成底模。
5．按照權利要求3所述的方法，其特征為底模通過使用構件的比例模型制成。
6．按照權利要求1和3至4之一所述的方法，其特征為在主體部分與空腔毗連的表面上設有錨固裝置。
7．按照權利要求1至6之一所述的方法，其特征為采用聚氨酯作為澆注料。
8．按照權利要求1及3至7之一所述的方法，其特征為將底模保存起來，用于以后制造磨損部分。
全文摘要
本發明涉及一種制造有磨損危險區的流體機械構件,尤其是水輪機或液體泵葉片的方法,該方法包括下列工藝步驟:用傳統的方法制造構件,例如通過鑄造和接著進行數控銑削和磨削;至少制造構件的有磨損危險部分的鑄件以便獲得一個底模;從制成的完整構件上以規定的方式去除磨損區;然后借助底模通過澆鑄澆注料制造磨損部分,此澆注料在其材料性質方面滿足實際要求;接著將磨損部分與主體部分互相可靠連接。
文檔編號F03B3/12GK1291260SQ99803113
公開日2001年4月11日 申請日期1999年1月21日 優先權日1998年1月30日
發明者克里斯托夫·施奈德 申請人:沃依特·海德羅公司