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FABRICATION D'AUBES DE TURBINE.
Cette invention est relative à la fabrication d'aubes de turbine et plus'' particulièrement d'aubes de rotor de turbine qui doivent être fixées par le pied dans le corps du rotor.
Il est très difficile de faire des aubes de rotor, particulièrement celles destinées aux turbines à gaz, faisant corps avec le rotor à cause de l'espace restreint disponible entre les aubes pour les opérations d'usinage et il est par conséquent courant de faire les aubes séparément, mais ce procédé est aussi difficile et coûteux à cause de la section compliquée de l'aube qui jusqu'à présent est obtenue ordinairement par uh profilage ou un usinage extrêmement précis d'une ébauche d'aube brute comportant un pied à une extrémité pour la fixation dans le corps du rotor.
Suivant la présente invention, on produit une aube..de rotor de turbine à partir d'une bande de métal ayant sur toute sa longueur une section transversale uniforme correspondant à celle de l'aube elle-même, en refoulant électriquement une extrémité de cette bande pour former la base de l'aube de section plus grande que l'aube proprement dite et en façonnant ensuite cette base d'aube pour en faire un pied d'aube de forme requise pour la fixation dans un rotor de turbine'.
On peut produire une aube en prenant une bande métallique de longueur appropriée et en soumettant cette bande au procédé de refoulement électrique d'une de ses extrémités ou, en variante, on peut former une aube à partir d'un morceau de bande métallique que l'on coupe à longueur après avoir refoulé électriquement une de ses extrémités.
La base d'aube formée à une extrémité de la bande par le procédé de refoulement électrique peut être forgée de manière à produire approximativement la forme du pied et ensuite usinée pour lui donner sa forme défi-
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nitive prête à être fixée dans un rotor de turbine.
On décrira ci-dessous l'invention plus complètement avec référence au dessin annexé dans lequel : la figure 1 est un schéma illustrant un procédé de fabrication d'une aube de turbine; la figure 2 est un schéma montrant la forme d'une aube à un stade de sa fabrication;
La figure 3 est un schéma montrant la forme de l'aube représentée sur la figure 2 à un stade ultérieur de sa fabrication; les figures 4 et 5 sont des vues de détail montrant une opération spéciale du procédé de fabrication et la figure 6 est un schéma analogue à celui de la figure 1, illustrant une variante du procédé.
On produit une aube de turbine à partir d'une bande métallique de longueur déterminée désignée par 10 sur la figure 1. Cette bande 10 est représentée vue sur la tranche'et il est entendu que sur toute sa longueur elle a une section transversale uniforme correspondant à celle du profil final de l'aube proprement dite, c'est-à-dire que la bande peut avoir une section uniforme aérodynamique ou équivalente et elle est de préférence coupée à la longueur voulue hors d'une bande laminée en matériau approprié.
Le refoulement électrique d'une extrémité de la bande de métal 10 consiste à.monter la bande 10 entre les éléments 11 d'une robuste électrode primaire en cuivre en deux parties; les deux parties 11 étant construites et chargées de manière à serrer la bande 10 avec une pression latérale suffisante pour assurer un bon contact électrique tout en permettant à la bande 10 de glisser longitidinalement entre elles sous la poussée d'une tige 12 destinée à exercer une pression à une extrémité de la bande 10, comme c'est représenté, pour forcer l'autre extrémité 10x de celle-ci par le bout contre une électrode secondaire 13.
La résistance électrique au point de contact entre la bande 10 et l'électrode secondaire provoque l'échauffement de l'extrémité 10x de la bande et cet échauffement conjugué avec la pression longitudinale force l'extrémité de la bande en contact avec l'électrode secondaire à prendre la forme d'un bulbe de métal. Une extrémité de la bande 10 est ainsi refoulée électriquement et le bulbe obtenu fournit une base d'aube 14 (figure 2) de plus forte section que le restant de la bande 10 qui constitue l'aube proprement dite.
Sur la figure 1, la face de contaqt de l'électrode secondaire 13 est évidée en 15 pour former une cavité qui facilite d'une manière évidente l'opération de refoulement électrique de l'extrémité de la bande 10 et la formation de la base 14.
Ultérieurement, la base 14 est forgée pour obtenir approximativelebt la forme du pied désirée et elle est ensuite usinée pour achever son façonnage et la préparer à être fixée dans un rotor de turbine. En rapport avec ceci, sur la figure 3,la base de l'aube 14 est représentée après avoir été forgée et usinée pour former des contreforts ou des tenons en forme de "sapin" 16 destinés à être engagés dans des rainures complémentaires dans une gorge périphérique d'un rotor de turbine (non représenté).
Si l'extrémité 10X de la bande 10 a un profil aérodynamique ou équivalent et est coupée d'équerre, c'est-à-dire perpendiculairement à la longueur de la bande et qu'on amène sa face d'about en plein contact avec la fatce de contact de l'électrode secondaire 13, un bulbe très irrégulier et de forme impropre aura tendance à se former à cause de l'échauffement relativement plus rapide et de -la déformation de la partie plus étroite de la section aérodynamique par rapport à la partie plus épaisse.
Un procédé permettant de surmonter cette difficulté est représenté sur les figures 4 et 5. La bande 10 est vue sur la tranche, 17 étant
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le bord plus épais de ;la sectionaérodynamique (non représenté) et 18 étant le bord plus mince. La face d'about 19 (figure 4) est coupée obliquement de manière que cette face d'about 19 fasse un angle avec la face de contact 20 de l'électrode secondaire 13.
Ainsi, lorsque la bande est forcée en contact contre cette électrode, la partie plus épaisse de la section au bord 17 entre en contact d'abord avec l'électrode 13 et le métal de cette partie plus épaisse est chauffé et déplacé vers le bord plus mince 18 jusqu'au moment où la bande ayant avancé et se trouvant en contact sur toute la face de l'élec- trode, le bmlbe de métal désiré commence à se former et a considérablement épaissi le bord mince 18 avant que ce dernier puisse entrer en contact avec l'électrode, comme le montre la figure 5. De cette façon, on peut former un bulbe uniforme satisfaisant pour servir de base à l'aube en refoulant électriquement l'extrémité d'une section de bande de profil aérodynamique, avec une réduction importante du forgeage ultérieurement requis.
Ce principe de faire entrer en contact en premier lieu la partie plus épaisse de la section de la bande avec la face de l'électrode afin d'é- viter de brûler la partie plus mince de la section peut être appliquée à d'au- tres sections que celle précitée. Par exemple, la section de la bande peut être plus épaisse au milieu et s'amincir aux deux bords et dans ce cas, on façonnerait de manière correspondante '1' extrémité de la bande pour faire en sorte que la partie médiane entre en premier lieu en contact avec la face de l'électrode, en donnant par exemple une forme arrondie à cette extrémité ou en la taillant en coin ?
La description ci-dessus couvre la fabrication des'aubes de tur- bines individuellement à partir d'une bande de métal 10 légèrement plus longue que la longueur totale finale de l'aube proprement dite et de la base 14,
les morceaux de bande étant coupés d'une bande ayant partout la section requise pour-l'aube.
Cependant, l'invention, s'applique aussi à la fabrication d'aubes de rotor de turbine, en succession, à partir d'une telle bande et un tel procédé de fabrication est illustré par la figure 6. Sur cette figure, 21 est une électrode primaire en deux parties et 22 est l'électrode secondaire, toutes deux étant disposées et constituées exactement de la même façon que celle représentée sur la figure 1, mais plus écartées l'une de l'autre. Toutefois le morceau de bande 23 est forcé dans l'électrode primaire au moyen d'une paire de galets d'avance 24 jusqu'à ce que le bout 25 du morceau de bande 23 entre en contact avec la face de l'électrode secondaire 22 dans le creux 26 qui y est pratiqué.
L'extrémité du morceau de bande 23 est ainsi soumise à l'opération de refoulement électrique pour former la*base plus épaisse de l'aube et après ce refoulement, l'extrémité électriquement refoulée conjointement avec une partie non déformée de la bande 23 est coupée de la bande en un point entre l'électrode primaire 21 et l'électrode secondaire 22.
Il reste un morceau de bande encore serré entre les deux parties de l'électrode primaire, prêt a-être avancé par les galets 24 pour commencer une nouvelle opération de refoulement électrique. On peut utiliser d'autres dispositifs d'avancement que les galets 24.
Il est clair que l'extrémité opposée à la base de chaque aube doit être profilée ou rectifiée pour bbtenir le jeu prévu entre un rotor pourvu d'aubes et son enveloppe de stator de turbine.
REVENDICATIONS.
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MANUFACTURING OF TURBINE BLADES.
This invention relates to the manufacture of turbine blades and more particularly of turbine rotor blades which are to be rooted in the rotor body.
It is very difficult to make rotor blades, especially those intended for gas turbines, integral with the rotor because of the limited space available between the blades for machining operations and it is therefore common to make them. blades separately, but this method is also difficult and expensive because of the complicated section of the blade which heretofore has been ordinarily obtained by extremely precise profiling or machining of a rough blade blank comprising a root at a end for fixing in the rotor body.
According to the present invention, a turbine rotor blade is produced from a strip of metal having a uniform cross section over its entire length corresponding to that of the blade itself, by electrically driving one end of this blade. band to form the base of the blade of section larger than the blade itself and then shaping this blade base to make a blade root of the shape required for attachment in a turbine rotor.
A vane can be produced by taking a metal strip of suitable length and subjecting this strip to the electrical upsetting process from one end thereof or, alternatively, a vane can be formed from a piece of metal strip which the blade is fed into. 'cut to length after having electrically driven back one of its ends.
The vane base formed at one end of the strip by the electrical upsetting process can be forged to approximately produce the shape of the root and then machined to give it its defined shape.
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nitive ready to be fixed in a turbine rotor.
The invention will be described more fully below with reference to the accompanying drawing in which: FIG. 1 is a diagram illustrating a method of manufacturing a turbine blade; FIG. 2 is a diagram showing the shape of a blade at a stage of its manufacture;
Figure 3 is a diagram showing the shape of the vane shown in Figure 2 at a later stage in its manufacture; Figures 4 and 5 are detail views showing a special operation of the manufacturing process and Figure 6 is a diagram similar to that of Figure 1, illustrating a variant of the process.
A turbine blade is produced from a metal strip of determined length denoted by 10 in FIG. 1. This strip 10 is shown seen on the wafer and it is understood that over its entire length it has a corresponding uniform cross section. to that of the final profile of the blade itself, that is to say that the strip may have a uniform aerodynamic or equivalent section and it is preferably cut to the desired length out of a strip laminated from suitable material.
The electrical discharge of one end of the metal strip 10 consists in mounting the strip 10 between the elements 11 of a robust two-part copper primary electrode; the two parts 11 being constructed and loaded so as to clamp the strip 10 with sufficient lateral pressure to ensure good electrical contact while allowing the strip 10 to slide lengthwise between them under the thrust of a rod 12 intended to exert a pressure at one end of strip 10, as shown, to force the other 10x end thereof by the tip against a secondary electrode 13.
The electrical resistance at the point of contact between the strip 10 and the secondary electrode causes the heating of the 10x end of the strip and this heating combined with the longitudinal pressure forces the end of the strip into contact with the secondary electrode to take the form of a metal bulb. One end of the strip 10 is thus electrically upset and the bulb obtained provides a blade base 14 (FIG. 2) of larger section than the remainder of the strip 10 which constitutes the blade proper.
In Figure 1, the contact face of the secondary electrode 13 is recessed at 15 to form a cavity which obviously facilitates the operation of electrically pushing the end of the strip 10 and forming the base. 14.
Subsequently, the base 14 is forged to approximate the desired foot shape and is then machined to complete its shaping and prepare it to be fixed in a turbine rotor. In connection with this, in Figure 3, the base of the vane 14 is shown after having been forged and machined to form buttresses or "fir" shaped tenons 16 intended to be engaged in complementary grooves in a groove. peripheral of a turbine rotor (not shown).
If the 10X end of the strip 10 has an aerodynamic profile or equivalent and is cut square, that is to say perpendicular to the length of the strip and its end face is brought into full contact with The contact fatce of the secondary electrode 13, a very irregular and improperly shaped bulb will tend to form due to the relatively faster heating and deformation of the narrower part of the aerodynamic section compared to the thicker part.
A method for overcoming this difficulty is shown in Figures 4 and 5. The strip 10 is seen on the wafer, 17 being
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the thicker edge of the aerodynamic section (not shown) and 18 being the thinner edge. The end face 19 (Figure 4) is cut obliquely so that this end face 19 forms an angle with the contact face 20 of the secondary electrode 13.
Thus, when the strip is forced into contact against this electrode, the thicker part of the section at the edge 17 first contacts the electrode 13 and the metal of this thicker part is heated and moved to the more edge. thin 18 until the strip having advanced and being in contact over the entire face of the electrode, the desired metal bmlbe begins to form and has considerably thickened the thin edge 18 before the latter can enter in contact with the electrode, as shown in Fig. 5. In this way, a satisfactory uniform bulb can be formed to serve as a base for the vane by electrically pushing the end of an airfoil section of strip, with a significant reduction in subsequent forging required.
This principle of first contacting the thicker part of the section of the strip with the face of the electrode in order to avoid burning the thinner part of the section can be applied to other very sections than that mentioned above. For example, the section of the strip could be thicker in the middle and thinner at both edges and in this case, the end of the strip would be correspondingly shaped to ensure that the middle part entered first. in contact with the face of the electrode, for example by giving this end a rounded shape or by cutting it into a corner?
The above description covers making the turbine blades individually from a strip of metal 10 slightly longer than the final total length of the blade itself and base 14,
the pieces of strip being cut from a strip having everywhere the section required for the vane.
However, the invention also applies to the manufacture of turbine rotor blades, in succession, from such a strip and such a manufacturing method is illustrated in FIG. 6. In this figure, 21 is a primary electrode in two parts and 22 is the secondary electrode, both of which are arranged and made in exactly the same way as that shown in FIG. 1, but further apart from each other. However, the piece of strip 23 is forced into the primary electrode by means of a pair of feed rollers 24 until the end 25 of the piece of strip 23 comes into contact with the face of the secondary electrode 22. in the hollow 26 which is made there.
The end of the strip piece 23 is thus subjected to the electric upsetting operation to form the thicker base of the vane and after this upsetting the electrically upset end together with an undeformed part of the strip 23 is cut from the strip at a point between the primary electrode 21 and the secondary electrode 22.
There remains a piece of tape still clamped between the two parts of the primary electrode, ready to be advanced by the rollers 24 to begin a new electrical delivery operation. It is possible to use advancement devices other than the rollers 24.
It is clear that the end opposite the base of each blade must be profiled or rectified in order to obtain the clearance provided between a rotor provided with blades and its turbine stator casing.
CLAIMS.
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