СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ КОЛЕСА ЛОПАСТНОЙ ГИДРОМАШИНЫ Российский патент 1998 года по МПК F04D29/22 F04D29/28 

Изобретение относится к области гидромашиностроения и может быть использовано в таких лопастных гидромашинах, как центробежные насосы и компрессоры, а также вентиляторы.

Известен способ изготовления рабочих и направляющих колес (направляющих аппаратов) лопастных гидромашин, включающий выполнение заготовок несущего и покрывного дисков с частями лопаток и последующее их соединение по торцам лопаток путем сварки (патент Японии N 1-56997, кл. F 04 D 29/02, 1989).

Недостатком известного способа является низкая технологичность и надежность, так как тщательно и надежно выполнить операции сварки в труднодоступных межлопаточных каналах, т.е. в сильно стесненных условиях, практически невозможно. Особенно это касается рабочих колес и направляющих аппаратов небольших размеров, работающих, например, в составе погружных центробежных насосов для добычи нефти или подачи воды из скважин, где при работе имеет место воздействие спектра виброперегрузок и агрессивных жидких и газообразных сред.

Известен также способ изготовления колеса лопастной гидромашины, заключающийся в соединении выполненных из однородного материала несущего диска, изготовленного заодно с лопатками, с покрывным диском путем запрессовки выступов, расположенных на торцах лопаток, в пазы покрывного диска, при этом размеры выступов и пазов и их взаимное расположение выполнены с высокой точностью (заявка ЕПВ N 0153221, кл. F 04 D 29/22, 1985).

Однако и указанному способу присущи отмеченные выше недостатки, т.е. недостаточные технологичность и надежность. Так как детали выполнены из однородного материала, имеющего одинаковые механические и теплофизические свойства, то соединение их между собой с помощью запрессовки выступов, т.е. посадки с натягом, возможно только в области упругих деформаций. Для этого размеры выступов и ответных пазов и их взаимное расположение необходимо выполнять с высокой точностью, иначе при соединении возможен срез краев выступов и пазов.

Наиболее близким техническим решением к описываемому является способ изготовления колеса лопастной гидромашины, заключающийся в соединении дисков и лопаток путем формоизменения выступов, расположенных по крайней мере на одном из торцев лопаток (заявка Российской Федерации N 94020619, кл. F 04 D 29/22, 20.01.96).

Недостатком известного способа также является недостаточная технологичность и надежность, связанные с выполнением соединяемых деталей из однородного материала.

Задачей изобретения является повышение технологичности и надежности способа изготовления колеса лопастной гидромашины.

Поставленная задача решается тем, что в способе изготовления колеса лопастной гидромашины, заключающемся в соединении дисков и лопаток путем формоизменения выступов, расположенных по крайней мере на одном из торцев лопаток, диски и лопатки выполняют из разнородных материалов, при этом предел текучести материала по крайней мере одного из дисков превышает предел текучести материала лопаток.

Формирование выступов можно осуществлять с предварительным их нагревом.

По крайней мере один из дисков можно выполнять из материала, имеющего температуру плавления выше температуры плавления материала лопаток.

Нагрев выступов лопаток можно осуществлять до температуры плавления материала лопаток.

Изложенная сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг. 1 изображена сборка рабочего колеса лопастной гидромашины, поперечный разрез; на фиг. 2 - сборка направляющего колеса (направляющего аппарата), поперечный разрез; на фиг. 3 - показано готовое рабочее колесо, поперечный разрез; на фиг. 4 - готовое направляющее колесо, поперечный разрез; на фиг. 5 - сечение А-А по торцам лопаток колеса на фиг. 3.

Колесо лопастной гидромашины содержит несущий диск 1, покрывной диск 2 и лопатки 3, имеющие по крайней мере на одном из торцев 4 выступы 5, входящие при сборке колеса с зазором в сквозные пазы 6 в диске I (см. фиг. 1 и 2). Для формоизменения выступов 5 служит инструмент 7, который может быть без нагревателя (см. фиг. 1) и с нагревателем 8 (см. фиг. 2).

На фиг. 3 - 5 изображен один из вариантов исполнения колеса, когда лопатки 3 выполнены заодно с покрывным диском 2. Соединение лопаток 3 с несущим диском 1 реализовано за счет выступов 5 заданных профиля и высоты, размещенных в сквозных пазах 6. При этом профиль выступов 5 и ответных пазов 6 диска 1 выполнены расширяющимися, образующими замковое неразъемное соединение, высота выступов выполнена равной толщине стенки диска, т.е. торцевые поверхности указанных выступов расположены заподлицо со стенкой диска. Возможны и другие варианты исполнения, например, когда соединение лопаток 3 как с несущим диском 1, так и покрывным диском 2 может быть выполнено за счет указанных расширяющихся выступов на обоих торцах лопаток 3, размещенных в расширяющихся пазах дисков (на чертеже не показано).

Способ осуществляется следующим образом.

Несущий диск 1 и лопатки 3 с покрывным диском 2 (см. фиг. 1 и 2) предварительно собирают и закрепляют в специальном приспособлении (на чертеже не показано). Так как выступы 5 входят в пазы 6 с зазором, то при сборке деталей колеса легко осуществляется необходимое центрирование входных кромок лопаток 3 относительно посадочной (базовой) поверхности колеса, что исключает необходимость выполнения размеров выступов 5 и пазов 6 и их взаимного расположения с повышенной точностью. После сборки колеса в приспособлении осуществляют соединение диска 1 с лопатками 3 путем формоизменения до заданных профиля и высоты выступов 5, предварительно выполненных на торцах 4 лопаток 3. Размеры предварительно выполняемых выступов выбирают исходя из того, чтобы после формоизменения они приобрели заданные профиль и высоту, образуя с ответными пазами 6 диска 1 замковое неразъемное соединение (см. фиг. 3 и 4).

Далее, несущий диск 1 и лопатки 3, выполненные в рассматриваемом случае совместно с покрывным диском 2, выполнены из разнородных материалов, при этом предел текучести материала несущего диска 1 выше предела текучести материала лопаток 3 с покрывным диском 2. Например, возможно такое сочетание материала несущего диска 1 с материалом лопаток 3 и покрывного диска 2, твердый серый чугун-пластичная сталь; сталь-алюминиевый сплав-полимер; алюминиевый сплав-полимер типа фторопласта и другие аналогичные сочетания.

Указанное сочетание материалов позволяет реализовать соединение диска 1 с лопатками 3 путем формоизменения до заданных профиля и высоты предварительно выполненных на торцах 4 лопаток 3 выступов 5 за счет их пластической деформации, реализуемой осадкой инструментом 7 вдоль оси колеса с приложением осевого усилия F. Для снижения осадки F выступы 5 предварительно могут быть нагреты, например, электронагревателем 8, размещенным в осадном инструменте 7 (см. фиг. 2). При этом, как можно видеть из схемы, нагреваются пазы 6 и прилегающие к инструменту поверхности несущего диска 1, но указанная выше разность пределов текучести материалов сохраняется и в нагретом состоянии, что обеспечивает формирование выступов 5 без пластической деформации пазов 6 и прилегающих поверхностей диска 1.

Далее, изготовление колеса можно реализовать так, что по крайней мере один из дисков, например, диск 1, выполняют из материала, имеющего температуру плавления выше температуры плавления материала лопаток 3. Например, материал несущего диска 1 - алюминиевый сплав, материал лопаток 3 с покрывным диском 2 - полиамид. Для данного сочетания материалов разница температур плавления существенна - более чем в 2 раза. Это позволяет осуществлять соединение дисков 1, 2 и лопаток 3 путем формоизменения выступов 5 до заданных профиля и высоты за счет оплавления (см. фиг. 2). Как и в предыдущем случае, несущий диск 1, лопатки 3 с покрывным диском 2 предварительно собирают и закрепляют в специальном приспособлении (на чертеже не показано). Затем с помощью инструмента 7 с электронагревателем 8, настроенным на температуру плавления материала лопаток 3, производят нагрев выступов 5, не имеющих расширения (см. фиг. 1 и 2), до оплавления материала с одновременным приложением осевого усилия F через инструмент 7. Это существенно облегчает процесс формоизменения выступов 5 и формирования в целом неразъемного соединения между лопатками 3 и диском 1. Так как температура плавления материала диска 1 выше температуры плавления материала выступов 5 с лопатками 3, то пластическая деформация диска 1 и пазов 6 исключена.

Использование предложенного технического решения обеспечивает повышение технологичности и надежности. Это достигается за счет того, что исключается необходимость точного выполнения расположения выступов на торцах лопаток и ответных пазов в дисках. Указанные элементы выполняются так, чтобы при сборке колеса в специальном приспособлении они сочленялись с зазором, в пределах которого обеспечивается необходимое центрирование входных кромок лопаток относительно посадочной (базовой) поверхности колеса, а зазоры в последующем заполняются материалом при формоизменении выступов за счет их осадки или оплавления.

Способ изготовления колеса лопастной гидромашины может быть использован при производстве центробежных насосов и компрессоров, а также вентиляторов. Соединение дисков (1, 2) и лопаток (3), которые выполняют из разнородных материалов, осуществляют путем формоизменения выступов (5) на торцах (4) лопаток (3). Предел текучести материала одного из дисков превышает предел текучести материала лопаток (3). Осадку осуществляют с предварительным нагревом до температуры плавления материала выступов (5). Использование изобретения позволит повысить технологичность способа изготовления. 3 з.п. ф-лы, 5 ил.

1. Способ изготовления колеса лопастной гидромашины, заключающийся в соединении дисков и лопаток путем формоизменения выступов, расположенных по крайней мере на одном из торцов лопаток, отличающийся тем, что диски и лопатки выполняют из разнородных материалов, при этом предел текучести материала по крайней мере одного из дисков превышает предел текучести материала лопаток. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что формоизменение выступов осуществляют с предварительным их нагревом. 3. Способ по п.2, отличающийся тем, что по крайней мере один из дисков выполняют из материала, имеющего температуру плавления выше температуры плавления материала лопаток. 4. Способ по пп. 2 и 3, отличающийся тем, что нагрев выступов лопаток осуществляют до температуры плавления материала лопаток.