Робоче колесо радіально-осьової гідромашини

Предлагаемое изобретение относится к гидромашинострооению и может быть использовано при изготовлении радиально-осевых рабочих колес. Рабочее колесо радиально-осевой гидромашины, вращаясь в потоке воды, находится под воздействием различных сил, в т.ч. центробежных. Последние существенно возрастают при разгонных частота х вра щения рабочего колеса. Действующие центробежные усилия для крупных гидромашин достигают больших величин и вызывают значительные напряжения в элементах рабочего колеса. При этом меры по обеспечению прочности рабочего колеса приводят к увеличению массы и к ухудшению транспортабельности последнего. Для повышения жесткости, снижения массы и обеспечения транспортабельности рабочего колеса разрабатываются различные конструкции последнего. Цель предлагаемого изобретения - повышения надежности и улучшение транспортабельности радиально-осевого рабочего колеса. Известно рабочее колесо радиально-осевой гидромашины [1], содержащее верхний и нижний ободья, выполненные из частей, и расположенные между ними лопасти, при этом элементы рабочего колеса соединены сваркой. Недостатки известного рабочего колеса состоят в следующем: - значительная масса рабочего колеса, в связи с обеспечением прочности последнего; - возможная нетранспортабельность рабочего колеса, в связи со значительной массой последнего; - отсутствие средства воздействия на снижение уровня напряжений в элементах рабочего колеса. Известно также рабочее колесо радиально-осевой гидромашины [2], содержащее верхний и нижний ободья, расположенные между ними лопасти и установленные на ободьях бандажи. При этом рабочее колесо выполнено разъемным с последующей сваркой или болтовым соединением частей на монтаже. Соединение частей рабочего колеса в единую конструкцию достигается с помощью бандажей, надеваемых на ободья в горячем состоянии на монтаже. Недостатки известного рабочего колеса состоят в следующем: - сложность конструкции рабочего колеса; - тр удоемкость сборки рабочего колеса на монтаже; - недостаточная жесткость рабочего колеса; - значительная общая масса рабочего колеса; - установка бандажей обеспечивает только отсутствие зазора в стыках между частями рабочего колеса; - отсутствие средств воздействия на снижение уровня напряжений в элементах рабочего колеса; - затруднительность транспортировки бандажей большого диаметра; - затруднительность нагрева на монтаже бандажей большого диаметра. Известно также рабочее колесо радиально-осевой гидротурбины [3], содержащее лопасти и состоящие из нескольких частей верхний и нижний ободья. При этом части верхнего обода соединены болтами по фланцам, а части нижнего обода соединены болтами без фланцев, причем внутренний контур вер хнего обода снабжен буртом с насаженным на него малогабаритным бандажом, Недостатки известного рабочего колеса состоят в следующем: - сложность конструкции рабочего колеса; -трудоемкость изготовления рабочего колеса; - тр удоемкость сборки рабочего колеса на монтаже; - недостаточная жесткость рабочего колеса; - значительная общая масса рабочего колеса; - установка бандажа обеспечивает только фиксацию частей рабочего колеса между собой; - отсутствие средств воздействия на снижение уровня напряжений в элементах рабочего колеса. Известно также рабочее колесо радиально-осевого типа [4], содержащее ступицу (верхний обод), обод (нижний обод), лопасти между ними и бандажи, при этом в центральной части ступицы выполнены выточки. Цельное рабочее колесо разрезают, например, на две части. На монтаже обе части рабочего колеса выставляют между собой, и затем бандажи нагорячо насаживают на выточки. После чего производят сварку рабочего колеса. Недостатки известного рабочего колеса состоят в следующем: - значительная общая масса рабочего колеса; - установка бандажей обеспечивает только фиксацию частей рабочего колеса между собой; - отсутствие средств воздействия на снижение уровня напряжений в элементах рабочего колеса; - большой объем сварочных работ на монтаже на большом массиве металла. Известно также рабочее колесо радиально-осевой гидромашины [5], содержащее верхний и нижний ободья и лопасти между ними, у которого нижний обод напрессовывают в нагретом состоянии на предварительно проточенные лопасти с последующим стопорением. Недостатки известного рабочего колеса состоят в следующем: - напрессовка нижнего обода на лопасти исключает только остаточные напряжения на выходных кромках лопастей; - затруднительность транспортировки рабочего колеса с большой массой. Известно также рабочее колесо радиально-осевого типа [6], которое выполняют из двух рядов ободьев и лопастей, причем каждый обод с соответствующими лопастями отливают в отдельности по секторам. Между собой ободья соединены при помощи крепежа и центрирующи х втулок. Недостатки известного рабочего колеса состоят в следующем: - сложность конструкции рабочего колеса; - тр удоемкость изготовления рабочего колеса; - тр удоемкость обеспечения стыковки лопастей; - значительная общая масса рабочего колеса; - вероятность выполнения верхнего обода из частей, из условий транспортировки; - отсутствие средств воздействия на снижение уровня напряжений в элементах рабочего колеса. Известно также рабочее колесо радиально-осевой гидротурбины [7], содержащее лопасти между ступицей и ободом, причем ступица изготовлена из отдельных, элементов: центральной части и, по крайней мере, двух кольцевых секторов. Ступица полностью собирается на монтаже и сваривается по разъемам. Недостатки известного рабочего колеса состоят в следующем: - значительная общая масса рабочего колеса; - недостаточная жесткость рабочего колеса; - большой объем сварочных работ на монтаже; - отсутствие средств воздействия на снижение уровня напряжений в элементах рабочего колеса. Известно также рабочее колесо ради-ально-осевой гидромашины [8], содержащее верхний и нижний ободья, расположенные между ними лопасти и установленное на верхнем ободе профильное кольцо, приваренное к входным кромкам лопастей. Недостатки известного рабочего колеса состоят в следующем: - уменьшение только деформаций и перемещений элементов рабочего колеса; - отсутствие средств воздействия на снижение уровня напряжений в элементах рабочего колеса. В качестве прототипа к предлагаемому изобретению принимаем известное рабочее колесо радиальноосевой гидротурбины [1]. В основу изобретения поставлена задача создать такое рабочее колесо, новое исполнение которого позволило бы снизить уровень напряжений от центробежных сил и уровень напряжений в целом по рабочему колесу, что способствует повышению надежности последнего, что также способствует уменьшению общей и транспортируемой масс рабочего колеса и, следовательно, снижение металлоемкости и улучшению транспортабельности последнего. Заявляемое рабочее колесо характеризуется тем, что содержит верхний и нижний ободья, выполненные из частей, и расположенные между ними лопасти. При этом отличительными признаками предлагаемого изобретения по сравнению с прототипом являются: - выполнение верхнего и нижнего ободьев из 3-х концентричных колец; - выполнение средних колец отдельными от рабочего колеса: - установка средних колец нагорячо, с натягом, величина которого равна величине или превышает величину центробежной силы в зоне установки колец; - установка каждого среднего кольца внутренним контуром на внутреннее кольцо и посредством кольцевого выступа по наружному контуру на внешнее кольцо, а затем приварка к лопастям. Выполнение рабочего колеса по ограничительным признакам позволяет повысить технологичность и сократить цикл изготовления рабочего колеса. Выполнение верхнего и нижнего ободьев их трех концентричных колец позволяет обеспечить оптимальную те хнологичность изготовления заявляемого рабочего колеса. Выполнение средних колец отдельными от рабочего колеса позволяет обеспечить качество обработки колец, также дает возможность транспортировать к месту назначения отдельно рабочее колесо и средние кольца, т,е. улучшает транспортабельность рабочего колеса в целом. Установка средних колец нагорячо, с натягом, величина которого равна величине или превышает величину центробежной силы в зоне установки колец, позволяет нейтрализовать воздействие центробежных сил на рабочее колесо и тем самым уменьшить уровень напряжений в элементах рабочего колеса, также снизить металлоемкость и улучшить транспортабельность последнего. Установка каждого среднего кольца внутренним контуром на внутреннее кольцо и посредством кольцевого выступа по наружному контуру на внешнее кольцо, а затем приварка к лопастям, как конкретное выполнение рабочего колеса, позволяют в конечном счете достигнуть цельность и надежность рабочего колеса. В целом, совокупность существенных признаков заявляемого изобретения позволяет достигнуть технический результат -получить рабочее колесо, характеризующееся снижением уровня напряжений от центробежной силы, что способствует повышению надежности, снижению металлоемкости и улучшению транспортабельности. Предлагаемое изобретение иллюстрируется чертежом, на котором показано рабочее колесо радиальноосевой гидромашины, разрез. Рабочее колесо содержит верхний 1 и нижний 2 ободья, выполненные из частей, и расположенные между ними лопасти 3. Каждый обод 1 и 2 выполнены из трех концентричных колец: верхний 1 - из колец 4, 5 и 6, нижний 2 - из колец 7, 8 и 9. Средние кольца 5 и 8 выполнены отдельными и установлены нагорячо, с натягом, величина которого равна величине или превышает величину центробежных сил в зоне их установки. Среднее кольцо 5 верхнего обода 1 установлено с натягом внутренним контуром 10 на внутреннее кольцо б и посредством кольцевого выступа 11 по наружному контур у - на внешнее кольцо 4. Среднее кольцо 8 нижнего обода 2 установлено с натягом внутренним контуром 12 на внутреннее кольцо 9 и посредством кольцевого выступа 13 по наружному контуру - на внешнее кольцо 7. Затем средние кольца 5 и 8 приваривают к лопастям 3 в зоне их контакта путем наложения сварных швов 14 и 15. Установка колец 5 и 8 с натягом позволяет значительно снизить уровень напряжений от центробежных сил в ободьях 1 и 2 и в лопастях 3, что позволяет уменьшить сечение и, соответственно, массу элементов рабочего колеса и, следовательно, массу рабочего колеса в целом. При этом кольца 4, б, 7 и 9 приварены к лопастям 3 и соответствующим образом обработаны под установку колец 5 и 8. Рабочее колесо в таком виде термообработано и обработано механически окончательно. Средние кольца 5 и 8 выполнены отдельными и также окончательно обработаны соответствующим образом. Такое исполнение значительно уменьшает транспортируемую массу рабочего колеса и позволяет транспортировать отдельно средние кольца 5 и 8 и рабочее колесо без последних. Незначительные габариты колец 5 и 8 также способствуют и х транспортабельности и возможности их нагрева в условия х монтажа. Такое исполнение позволяет установить кольца 5 и 8 на монтаже без значительных затруднений.