Рабочее колесо (ротор) турбины Пелтона — ключевой элемент, на который подаётся струя воды под высоким давлением из сопел. Оно состоит из центрального диска (ступицы) с прикреплёнными ковшами (обычно 16–24 шт.), выполненными в форме двойных полусфер с центральным ребром-гребнем для разделения и отражения струи. Производство требует высокой точности, чтобы обеспечить КПД до 90–95% и долговечность при скоростях струи до 200 м/с.
+7 (495) 223-64-73
+7 (495) 726-11-08
Порядок оформления заказов — способы оформления заказа на токарные работы и металлообработку.
Телефон для связи : WhatsApp.
1. Материалы.
- Основные: Нержавеющая сталь (например, 13Cr-4Ni, X5CrNi13-4 или AISI 630), хромоникелевая сталь для коррозионной стойкости и кавитационной эрозии.
- Альтернативы: Бронза или титановые сплавы для агрессивных сред (с высоким содержанием песка).
- Требования: Твёрдость 250–350 HB, предел текучести > 600 МПа, полируемая поверхность (Ra ≤ 0,4 мкм) для минимизации гидравлических потерь.
2. Этапы производства.
| Этап | Описание | Оборудование/Технологии |
|---|---|---|
| Проектирование | 3D-моделирование (CAD: SolidWorks, ANSYS). Расчёт формы ковшей по уравнениям Бернулли и импульса: оптимальный угол входа струи ~165–170°, угол отражения ~15–20°. Диаметр колеса D = (0,45–0,55) × диаметр струи × √(2gh), где h — напор. | CFD-симуляция (ANSYS CFX) для оптимизации. |
| Литьё заготовок | — Ковши: точное литьё по выплавляемым моделям (investment casting) из воска или полимера. — Диск: центробежное литьё или ковка. | Печи индукционные, формы из керамики. Допуск ±0,5 мм. |
| Мехобработка | — Фрезерование ковшей на 5-осевых ЧПУ (DMG Mori, Haas). — Токарная обработка диска. — Шлифовка и полировка поверхностей ковшей. | Станки с ЧПУ, алмазные инструменты. Точность ±0,02 мм. |
| Сборка | — Ковши крепятся к диску болтами (из той же стали) или электронно-лучевой сваркой. — Балансировка: динамическая (ISO 1940 G1.0 или лучше). | Сварочные роботы (EBW), балансировочные стенды Schenck. |
| Покрытия и обработка | — Нанесение защитных покрытий: HVOF (карбид вольфрама) или PVD (нитрид хрома) толщиной 50–200 мкм. — Термообработка: закалка + отпуск (550–600°C). | Установки HVOF (Sulzer Metco), вакуумные камеры. |
| Контроль качества | — Неразрушающий контроль: ультразвук, магнитопорошковый, рентген. — Гидроиспытания на стенде (имитация напора до 2000 м). — Измерение геометрии: 3D-сканеры (Faro, Zeiss). | Сертификация ISO 9001, API 646 для гидротурбин. |
- Форма ковша: Глубина ~0,3D, ширина ~3,2d (d — диаметр струи). Реборда предотвращает перелив.
- Масштабирование: Для мощностей 1–500 МВт диаметр колеса от 0,5 до 5 м.
- Автоматизация: Роботизированные линии (KUKA) для серийного производства (например, на заводах Voith Hydro, Andritz).
- Экологические аспекты: Минимизация отходов литья, переработка стружки.
4. Пример расчёта (для понимания).
Допустим напор H = 500 м, расход Q = 2 м³/с, число сопел z = 4. Скорость струи v=2gH≈99v = \sqrt{2gH} \approx 99 м/с. Оптимальная окружная скорость колеса u=0,46v≈45,5u = 0,46v \approx 45,5 м/с. Диаметр колеса D=u⋅60πnD = \frac{u \cdot 60}{\pi n}, где n — обороты (обычно 500–1500 об/мин). КПД гидравлический ηh=1−0,5(1−cosβ)2\eta_h = 1 — 0,5(1 — \cos\beta)^2, где β — угол отражения (~160°).