CH301882A - Method of manufacturing a rotor blade for axial flow machines. - Google Patents

Method of manufacturing a rotor blade for axial flow machines.

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CH301882A
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CH
Switzerland
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blade
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profile
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twist
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Application number
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German (de)
Inventor
Limited The British Th Company
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British Thomson Houston Co Ltd
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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23CMILLING
    • B23C3/00Milling particular work; Special milling operations; Machines therefor
    • B23C3/16Working surfaces curved in two directions
    • B23C3/18Working surfaces curved in two directions for shaping screw-propellers, turbine blades, or impellers

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Structures Of Non-Positive Displacement Pumps (AREA)

Description

       

  Verfahren zur Herstellung einer Laufschaufel für Axialströmungsmaschinen.    Die Erfindung bezieht sich auf ein Ver  fahren zur Herstellung einer verwundenen  Laufschaufel für Axialströmungsmaschinen,  wie Kompressoren und Turbinen.  



  Damit das Profil über die ganze Schaufel  länge von der Wurzel bis zur Spitze dem  Strömungsverlauf angepasst ist, wird das  Schaufelprofil bekanntlich unter Berücksichti  gung folgender Gesichtspunkte entworfen:  Der Umlenkwinkel, der durch die Krüm  mung des ganzen Schaufelprofils bedingt ist,  soll sich mit dem Abstand von der Laufachse  ändern.  



  Der Anstellwinkel des Schaufelprofils,  welcher dem Winkel zwischen der Sehne des  Profils und einer Ebene durch die Laufachse  entspricht, soll sich gleichfalls mit dem Ra  dius, das heisst dem Abstand von der     Lauf-          aehse,    ändern.  



  Weiterhin soll die Schaufelbreite mit zu  nehmendem Radius, das heisst Achsabstand,  allmählich verkleinert werden. Ferner soll  die Dicke der Schaufel von der Wurzel der  Schaufel nach ihrer Spitze zu abnehmen.  



  Diesen Erfordernissen kann durch die  Wahl verschiedener Profile zwischen der Wur  zel und der Spitze der Schaufel genügt wer  den, und solche Schaufeln mit sich änderndem  Profil wurden bisher durch Giessen oder auch  durch komplizierte Fräsverfahren hergestellt.  Diese Herstellung ist jedoch nicht immer wirt  schaftlich und erfordert Gussmodelle oder Spe  zialfräsmaschinen.    Die Erfindung gewährleistet eine ausser  ordentliche Vereinfachung, Beschleunigung  und Verbilligung der Herstellung verwun  dener Schaufeln. und ist immer anwendbar,  wenn die Verwindung nicht allzu gross ist.

   Die  Erfindung besteht in einem Verfahren zur  Herstellung einer verwundenen Laufschaufel  für Axialströmungsmaschinen, deren Schaufel  dicke, das heisst     Entfernung    zwischen der  Vorder- oder Konkavseite und Rück- oder  Konvexseite, Schaufelbreite, das heisst Ent  fernung von der Eintrittskante zu der Aus  trittskante, und Umlenkwinkel, das heisst der  spitze Winkel zwischen den Tangenten zur  Mittellinie des Profils am Eintritts- und Aus  trittsende der Schaufel, von der Schaufel  wurzel gegen die Schaufelspitze hin fort  schreitend abnehmen,     und    ist dadurch gekenn  zeichnet, dass zunächst durch spanabhebende  Bearbeitung eine unverwundene Schaufelroh  form hergestellt wird, die darauffolgend unter  Drehbeanspruchung zur Fertigform der  Schaufel verwunden wird.  



  Dabei wird die     Schaufelrohform    vorzugs  weise so gestaltet, dass die Schwerpunkte aller  Profile     ungefähr    auf einer geraden radialen  Linie liegen (wie an sieh bekannt ist),     und    die  Verwindung der Schaufel wird so gewählt,  dass die Schwerpunkte der Profile nach der  Verwindung wieder ungefähr auf einer ge  raden radialen Linie liegen. Die     Verwindung     der Schaufel wird zweckmässig durch     Gesenk-          pressen,    vorzugsweise im kalten Zustand, aus-      geführt. Eine darauffolgende Wärmebehand  lung ist erwünscht, um innere Spannungen zu  beseitigen, die eine Zurückbildung der Ver  windung zur Folge haben könnten.  



  Die konvexe oder rückwärtige Seite der  Schaufelrohform kann vorteilhaft aus zwei  oder mehreren zylindrischen Flächen be  stehen, das heisst die Profilbegrenzung an der  Konvexseite kann aus zwei oder mehreren  Kreisbögen zusammengesetzt sein.  



  Die Vorderseite der Rohschaufel kann kon  kav oder auch eben sein, das heisst die ent  sprechende Profilbegrenzung mag ein Kreis  bogen oder eine gerade Linie sein. Im erst  genannten Fall wird die Vorderseite der  Schaufel erst eben ausgebildet, und die kon  kave Hohlform     wird    nachher durch span  abhebende Bearbeitung erzielt. Schmale ebene  Endstücke nahe jeder Profilkante bei der  Einlass- und der Auslassseite sind auch bei aus  gehöhlten Schaufeln vorteilhaft, weil dann die       Stellung    der Sehne relativ zu dem Schaufel  profil, das heisst der Anstellwinkel, sich auch  bei der Glättung scharfer Kanten durch ent  sprechende Bearbeitung nicht ändert.

   Eine  Nachprüfung zur Feststellung, ob die Schau  fel die erwünschten Anstellwinkel durch die  Verwindung erhalten hat, kann dann leicht  vorgenommen werden, indem man ein gerades  Lineal an die Abflachungen anlegt und  deren Winkel mit einer gegebenen Ebene, z. B.  einer Vergleichsfläche am Wurzelfuss der  Schaufel, misst. Die Winkelstellung einer am  Läuferkörper befestigten Schaufel kann in  ähnlicher Weise ohne Schwierigkeit nachge  prüft werden.  



  Die Rohform der Schaufel kann durch ein  fache spanabhebende Bearbeitungsgänge her  gestellt werden, insbesondere durch Fräsen der  konvexen Schaufelfläche und Hobeln oder  Planfräsen, erforderlichenfalls mit nachfol  gendem Hohlfräsen, der vorderseitigen Schau  felfläche. Auf diese Weise kann mit nach  folgender einfacher Verwindung ein korrektes  Schaufelprofil auf schnelle und wirtschaft  liche Art erzielt werden. Da leicht nachzuprü  fen ist, ob die Schaufeln richtig     verwunden     sind, gewährleistet diese Herstellungsart, dass    alle Schaufeln einander gleich sind, die rich  tige Form haben und mit dem erforderlichen  Anstellwinkel angebracht werden können. Da  bei ist zu beachten, dass die Verwindung ver  hältnismässig klein ist.  



  An Hand der Zeichnung wird das Ver  fahren nach der Erfindung beispielsweise er  läutert. Es zeigen:  Fig. 1 eine schiefe Ansicht einer durch  spanabhebende     Bearbeitung-    hergestellten Roh  form der Schaufel,  Fig. 2 ein Wurzelprofil und  Fig. 3 ein Profil an der Spitze der Schaufel,  Fig. 4 einen Aufriss und  Fig. 5 eine Ansieht einer Schaufelrohform.  Fig. 6 und 7 eine Ansicht wie Fig. 4 und 5,  jedoch nach der Verwindung der Schaufel.  



  In Fig. 1 stellt die Linie  < 1-0-D die kon  vexe Begrenzung des Profils der Schaufel  form an der Wurzel und die Linie B-O-C  die konvexe Begrenzung des Profils an der  Spitze der Schaufel dar. Da die Schaufel auf  eine Fläche im rechten Winkel zu der kon  vexen Oberfläche projiziert ist, fällt der  Kreisbogen der Profillinie des konvexen Pro  fils an der Spitze vollkommen innerhalb der  Linie des konvexen Profils an der Wurzel,  welche Linie länger ist. Die Vorderseite der  Schaufel wird erst eben hergestellt, derart,  dass die so erzeugte Ebene leicht gegen die  konvexe Rückseite geneigt ist, um eine Dicken  abnahme gegen die Schaufelspitze zu bewirken.  Die die Vorderseite bildende Ebene ist mit  E-F-H-G bezeichnet.

   Die Neigung dieser  Ebene wurde ferner vorteilhaft so gewählt,  dass die Schaufeldicke an der Austrittskante,  die D-F an der Schaufelwurzel ist, nach der  Spitze zu, wo sie<B><I>C -H</I></B> ist, etwas abnimmt.  Die Dicke der Einlasskante ist, ähnlich aus  gebildet, so dass sie vorteilhaft von A -E an  der Wurzel auf B-G an der Spitze abnimmt.  Die Schaufel kann dann auf der Vorderseite  bis zur Linie     I-ZT-    K an der Wurzel und       L-V-:17    an der Spitze ausgehöhlt werden,  wobei schmale ebene Teile     E-I-L-G    an  der     Einlasskante    und     K-h'-H        i1I    an der       Auslasskante    vorteilhaft unverändert bleiben.

        Nach dieser spanabhebenden Bearbeitung  zur Herstellung der Rohschaufel nach Fig. 1  werden die Kanten abgerundet, so dass das  Wurzelprofil gemäss Fig. 2 und das Spitzen  profil gemäss Fig. 3 entsteht. Der Umlenk  winkel 00, das heisst der von Tangenten zur  Mittellinie des Profils an der Eintrittskante  und an der Austrittskante eingeschlossene  spitze Winkel     0o    an der Wurzel, ist grösser als  der Umlenkwinkel 01 an der Spitze, wie die  Zeichnung zeigt.  



  Der Schaufelfuss zum Anbringen der  Schaufel am Läufer mag, wie in Fig. 4  gezeigt, einen Hammerkopf bilden. Dieser  Fuss ist relativ zu der Schaufel derart an  geordnet, dass der gewünschte Schaufelanstell  winkel an der Wurzel entsteht. Die Schaufel  wird hierauf derart     verwunden,    dass der er  forderliche richtige Anstellwinkel sich für  jede Entfernung von der Laufachse ergibt  (Fig. 6 und 7). Die Verwindung wird so aus  geführt, dass die Schwerpunkte der verschie  denen Schaufelquerschnitte wenigstens unge  fähr auf derselben radialen Linie liegen.



  Method of manufacturing a rotor blade for axial flow machines. The invention relates to a method for producing a twisted rotor blade for axial flow machines, such as compressors and turbines.



  So that the profile is adapted to the flow course over the entire blade length from the root to the tip, the blade profile is known to be designed taking into account the following aspects: The deflection angle, which is caused by the curvature of the entire blade profile, should be equal to the distance of change the running axis.



  The angle of attack of the blade profile, which corresponds to the angle between the chord of the profile and a plane through the running axis, should also change with the radius, that is to say the distance from the running axis.



  Furthermore, the blade width should be gradually reduced as the radius increases, that is, the center distance. Furthermore, the thickness of the blade should decrease from the root of the blade towards its tip.



  These requirements can be satisfied by choosing different profiles between the root and the tip of the shovel who, and such blades with changing profile have been made by casting or by complicated milling processes. However, this production is not always economical and requires casting models or special milling machines. The invention ensures an extraordinary simplification, acceleration and cheaper production of bewun dener blades. and is always applicable if the twist is not too great.

   The invention consists in a method for producing a twisted rotor blade for axial flow machines, the blade thickness, that is to say the distance between the front or concave side and the rear or convex side, blade width, that is, the distance from the leading edge to the step edge, and deflection angle, That is, the acute angle between the tangents to the center line of the profile at the entry and exit end of the blade, gradually decreasing from the blade root towards the blade tip, and is characterized by the fact that an untwisted blade raw shape is first produced by machining , which is then twisted under torsional stress to the finished shape of the blade.



  The raw shape of the blade is preferably designed so that the centers of gravity of all profiles lie approximately on a straight radial line (as is known to see), and the twist of the blade is selected so that the centers of gravity of the profiles after twisting again approximately on one straight radial line. The twisting of the blade is expediently carried out by die pressing, preferably in the cold state. A subsequent heat treatment is desirable in order to eliminate internal stresses that could lead to regression of the twist.



  The convex or rear side of the raw blade shape can advantageously be made up of two or more cylindrical surfaces, that is to say the profile delimitation on the convex side can be composed of two or more arcs.



  The front of the raw blade can be concave or flat, that is, the corresponding profile boundary may be an arc of a circle or a straight line. In the first-mentioned case, the front of the blade is only formed flat, and the concave hollow shape is then achieved by machining. Narrow, flat end pieces near each profile edge on the inlet and outlet side are also advantageous with hollow blades, because then the position of the chord relative to the blade profile, i.e. the angle of attack, does not change even when smoothing sharp edges by appropriate machining changes.

   A check to determine whether the blade has obtained the desired angle of attack through the twist can then easily be made by applying a straight ruler to the flats and their angle with a given plane, e.g. B. a comparison area at the root of the blade, measures. The angular position of a blade attached to the rotor body can be checked in a similar manner without difficulty.



  The raw shape of the blade can be made by a simple machining operations ago, in particular by milling the convex blade surface and planing or face milling, if necessary with subsequent hollow milling, the front blade surface. In this way, a correct blade profile can be achieved quickly and economically with the following simple twist. Since it is easy to check whether the blades are correctly twisted, this method of manufacture ensures that all blades are identical to one another, have the correct shape and can be attached at the required angle. It should be noted that the torsion is relatively small.



  With reference to the drawing, the Ver will drive according to the invention, for example, he explains. 1 shows an oblique view of a raw shape of the blade produced by machining, FIG. 2 shows a root profile and FIG. 3 shows a profile at the tip of the blade, FIG. 4 shows an elevation and FIG. 5 shows a view of a raw blade shape . 6 and 7 a view like FIGS. 4 and 5, but after the blade has been twisted.



  In Fig. 1, the line <1-0-D represents the convex boundary of the profile of the blade shape at the root and the line BOC the convex boundary of the profile at the tip of the blade. As the blade on a surface at right angles is projected to the convex surface, the circular arc of the profile line of the convex profile at the top falls completely within the line of the convex profile at the root, which line is longer. The front side of the blade is only just being produced in such a way that the plane thus created is inclined slightly towards the convex rear side in order to bring about a decrease in thickness towards the blade tip. The plane forming the front is labeled E-F-H-G.

   The inclination of this plane was also advantageously chosen so that the blade thickness at the trailing edge, which is DF at the blade root, towards the tip, where it is <B> <I> C -H </I> </B>, something decreases. The thickness of the inlet edge is formed similarly so that it advantageously decreases from A -E at the root to B-G at the tip. The blade can then be hollowed out on the front up to the line I-ZT-K at the root and LV-: 17 at the tip, with narrow flat parts EILG at the inlet edge and K-h'-H i1I at the outlet edge advantageously unchanged stay.

        After this machining for the production of the raw blade according to FIG. 1, the edges are rounded so that the root profile according to FIG. 2 and the tip profile according to FIG. 3 are produced. The deflection angle 00, that is to say the acute angle 0o at the root enclosed by tangents to the center line of the profile at the leading edge and at the trailing edge, is greater than the deflection angle 01 at the tip, as the drawing shows.



  The blade root for attaching the blade to the rotor may, as shown in FIG. 4, form a hammer head. This foot is arranged relative to the blade in such a way that the desired blade pitch angle is created at the root. The shovel is then twisted in such a way that the required correct angle of attack is obtained for every distance from the barrel axis (FIGS. 6 and 7). The twist is carried out in such a way that the focal points of the various blade cross-sections are at least approximately on the same radial line.


    

Claims (1)

PATENTANSPRUCH: Verfahren zur Herstellung einer verwun denen Laufschaufel für Axialströmungsma schinen, deren Schaufeldicke, Schaufelbreite und Umlenkwinkel von der Schaufelwurzel gegen die Schaufelspitze hin fortschreitend abnehmen, dadurch gekennzeichnet, dass zu nächst durch spanabhebende Bearbeitung eine unverwundene Schaufelrohform hergestellt wird, die darauffolgend unter Drehbeanspru chung zur Fertigform der Schaufel verwun den wird. UNTERANSPRÜCHE: 1. Verfahren nach Patentanspruch, da durch gekennzeichnet, dass die Profilbegren zung an der Rückseite der Rohform gekrümmt ist und die Krümmung von der Wurzel zur Spitze der Schaufel gleich bleibt. 2. PATENT CLAIM: A method for producing a wondrous rotor blade for Axialströmungsma machines whose blade thickness, blade width and deflection angle decrease progressively from the blade root towards the blade tip, characterized in that initially an untwisted blade shape is produced by machining, which is then subjected to torsional stress The finished form of the shovel. SUBClaims: 1. Method according to claim, characterized in that the profile limit is curved on the back of the raw form and the curvature remains the same from the root to the tip of the blade. 2. Verfahren nach Patentanspruch, da durch gekennzeichnet, dass kurze Endstücke der Profilbegrenzung an der Vorderseite der Rohform geradlinig sind, während das Stück zwischen ihnen kreisförmig ist. 3. Verfahren nach Patentanspruch, da durch gekennzeichnet, dass die Verwindung so gewählt ist, dass alle Schwerpunkte der Schaufelquerschnitte von der Wurzel zur Spitze der Schaufel annähernd auf einer zur Laufachse radialen Linie liegen. 4. Verfahren nach Patentanspruch, da durch gekennzeichnet, dass die Verwindung im kalten Zustand erfolgt und Materialspan nungen durch nachfolgendes Erhitzen besei tigt werden. Method according to claim, characterized in that short end pieces of the profile delimitation at the front of the blank are straight, while the piece between them is circular. 3. The method according to claim, characterized in that the twist is chosen so that all centers of gravity of the blade cross-sections from the root to the tip of the blade are approximately on a radial line to the axis of the barrel. 4. The method according to claim, characterized in that the twist takes place in the cold state and material stresses are taken by subsequent heating eliminates.
CH301882D 1950-11-14 1951-09-06 Method of manufacturing a rotor blade for axial flow machines. CH301882A (en)

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