CH310902A - Verfahren zum Herstellen von Schaufeln für Turbomaschinen. - Google Patents

Description

  Verfahren zum Herstellen von Schaufeln für Turbomaschinen.    Die vorliegende Erfindung betrifft ein  Verfahren zum Herstellen von .Schaufeln für  Turbomaschinen, insbesondere von Laufschau  feln für solche.  



  Die Laufschaufeln von Turbomaschinen  müssen im drehenden Turbinenteil so befestigt  werden, dass diese den Zentrifugal- und an  dern Kräften, welchen die Schaufeln ausge  setzt sind, Widerstand leisten können. Dies  ist besonders wichtig für Schaufeln von Gas  turbinen, da die auftretenden hohen Tem  peraturen das Material zu schwächen pflegen,  und es ist daher schon viel Mühe darauf ver  wendet worden, passende Befestigungsmittel  zu schaffen. Ferner müssen die Schaufeln für       Gasturbinen    selbst aus Legierungen herge  stellt werden, die auch unter hohen Tem  peraturen ihre Festigkeit weitmöglichst beibe  halten.

   Diese     Materialeigenschaft    erschwert  anderseits die Warmverformung bei der Her  stellung der Schaufeln, welche Bearbeitungs  art insbesondere bei solchen mit grosser ra  dialer Abmessung im Vergleich zum Durch  messer des Rotors, an dem sie befestigt sind,  angewendet wird, um     denselben    eine geeignete  Verwindung zu erteilen, damit ein bestimm  ter Schaufelwinkel relativ zu den     einströmen-          clen    Gasen an allen Punkten der Schaufel  länge eingehalten wird.  



  Gemäss vorliegender Erfindung wird zur       Herstellung    von Turbinenschaufeln ein Ma  torialstück     verwendet,    dessen Breite etwas  kleiner und dessen Dicke etwas grösser ist als    diejenige der fertigen Schaufel, dass nach  elektrischer     Widerstandserhitzung    des Mate  rialstückes au diesem ein Kopf so ange  staucht wird, dass dieser genügend Metall be  sitzt, um in die beabsichtigte Form des Schau  felfusses gepresst zu werden, worauf der Roh  ling nach vorheriger Erwärmung durch Ge  senkschmieden auf die richtige Form des  Fusses und des     Schaufelblattes    gebracht wird.  



  Zweckmässigerweise besitzt die Schaufel  nach dem Gesenkschmieden noch etwas grö  ssere     Dimensionen    als die fertige Schaufel, und  das Schmiedestück wird dann noch einem       elektrolytischen    Polierverfahren unterworfen,  wodurch es auf sein genaues Mass gebracht  wird und wobei gleichzeitig alle Spuren von       verzunderten    Stellen entfernt werden.  



  Das ursprüngliche Profil des Material  stückes, aus dem die Schaufel angefertigt  wird, kann entweder rechteckig sein oder ein  dem herzustellenden angenähertes Flügelpro  fil besitzen.  



  Das erfindungsgemässe Verfahren wird  an Hand der beiliegenden Zeichnung beispiels  weise erläutert, in welcher die verschiedenen  Fabrikationsstufen bei der Herstellung einer  Schaufel gezeigt sind.  



       Fig.1    ist eine Vorderansicht eines Mate  rialstückes, aus dem eine Turbinenschaufel  hergestellt werden soll.  



       Fig.2.    ist eine Endansicht desselben Ma  terialstückes.      Fig.3 ist eine der Fig. 1 entsprechende  Ansicht, nach dem Stauchen des Material  stückes an dessen einem Ende.  



  Fig.4 ist eine Endansicht zu Fig.3.  Fig. 5 zeigt die Schaufel nach dem Gesenk  schmieden.  



  Fig. 6 ist eine Endansicht derselben  Schaufel.  



  Fig.7 ist eine der Fig.3 ähnliche An  sieht eines     andern.    gestauchten Materialstückes.  Fig.8 ist eine Endansicht derselben.  Fig.9 zeigt die Schaufel nach dem Ge  senkschmieden.  



  Fig.10 ist eine Endansicht desselben.  Fig.11 ist ein Längsschnitt durch den  Endteil einer Schaufel, längs der Linie 11-l1  der Fig.10 in Pfeilrichtung gesehen, wobei  der Verlauf der Fliesslinien im fertigen Schau  felfuss gezeigt ist, und  Fig.l2 einen Querschnitt durch eine Va  riante des Materialstückes.  



  Bezugnehmend auf die Fig. 1 bis 6 ist das  Materialstück 20 der Fig.1, aus dem die in  den Fig.5 und 6 gezeigte fertige Turbinen  schaufel hergestellt werden soll, hinsichtlich  seiner Breite etwas kleiner als die fertige  Schaufel und auch etwas dicker, besitzt aber  sonst ein derselben ähnliches Profil. Das Ma  terialstück 2.0 ist genügend lang genommen,  um das für die fertige Schaufel     benötigte     Rohmaterial zu liefern. Es wird in eine das  selbe elektrisch erhitzende Stauchpresse ein  geführt und das eine Ende des Material  stückes 20 wird darin angestaucht, um einen  Kopf zu bilden, wie in den Fig. 3 und 4 bei  21 dargestellt.

   Die für diesen Zweck verwen  dete Stauchpresse weist die gebräuchliche  Bauart auf, und ihre als Elektroden ausge  bildeten Haltebacken sind dem Profil des ver  wendeten Materials angepasst, um den Schaft  des Arbeitsstückes 20 festzuhalten, wobei letz  teres mit einem Ende gegen eine als Amboss  ausgebildete Elektrode anstösst, so dass ein  elektrischer Strom von der Haltebackenelek  trode durch das Materialstück 20 zur Amboss  elektrode fliesst und den Endteil des Material  stückes auf Verformungstemperatur erhitzt.  In dem durch die Fig.1 bis 6 illustrierten    Verfahren ist angenommen, dass das Mate  rial aus einer Stahllegierung mit einem Ge  halt von 18 bis 210/o Chrom,     4,0,0/a    Nickel,  15 a/o Kobalt und ?4 bis 27% Eisen besteht.

    Der in den Fig. 3, und 4 gezeigte Anstau  chungsgrad kann mit diesem Material in einer  mit Widerstandserhitzung arbeitenden Stauch  presse ohne weiteres erreicht werden, trotz  seines, im Vergleich mit Eisen oder normalem  Stahl, niedrigeren elektrischen Widerstandes.  



  Nach dem Anstauchen wird der ganze Roh  ling nochmals auf Verformungstemperatur  erhitzt und in einem Gesenk auf die in den  Fig. 5 und 6 dargestellte Form geschmiedet,  wodurch der Teil 20 breiter gemacht wird, um.  ein fertiges Schaufelblatt zu bilden, und der  angestauchte Kopf 21 in den Fussteil 23 der  fertigen Schaufel umgebildet wird. Ein klei  ner Anteil des für den Stauchkopf 21 die  nenden Metalles wird in einen Ansatz 24 um  geformt, der sich unterhalb des Fusses der  Schaufel befindet, während ein weiterer klei  ner Anteil an der Schaufelspitze zu einem An  satz 1'25 geformt wird.

   Diese Ansätze dienen  dem Befestigen und dem     Ausrichten    in     Auf-          spannvorriehtungen        für    spätere maschinelle  Bearbeitung der Schaufel, und sie werden       eventuell    entfernt, bevor die Schaufel in die  Turbomaschine eingebracht wird.

   Wie     ans          Fig.    6 ersichtlich, \ist das Schaufelblatt 22  nicht nur hinsichtlich seines     Querschnittes     verringert., im Vergleich zum ursprünglichen  Querschnitt des Materialstückes 20, sondern  es ist ihm     auch    eine Verwindung relativ zum  Grundteil     2'5    des Schaufelblattes in der Nähe  des Fusses 23, beim     Gesenkschmieden    erteilt  worden. Eine solche Verwindung ist bei Tur  binen- und     Kompressorsehaufeln    gewöhnlich  erforderlich, wenn die Länge der Schaufel  im Vergleich zum Durchmesser des Rotors,  an dem letztere befestigt wird, verhältnis  mässig gross ist.  



  Als Variante kann auch an Stelle des in       Fig.1    und 2 gezeigten profilierten Material  stückes     2;0    ein flaches Materialstück 26 mit  einem in     Fig.12    gezeigten, rechteckigen Quer  schnitt verwendet werden, wobei der Flächen  inhalt des Querschnittes ungefähr der gleiche      ist wie derjenige des profilierten Material  stückes 20.  



  In den Fig. 7 bis 10 ist die Schaufel aus  einem Stahlstück angefertigt, das     annähernd     auf das gewünschte Profil vorgeformt ist.  Wie bei der in den Fig. 3 und 4 dargestellten  Ausführung wird nach elektrischer Wider  standserhitzung an einem Ende des Material  stückes ein Kopf 2!8 angestaucht. Darnach  wird die Schaufel im Gesenk geschmiedet, um  den in den Fig. 9 und 10, gezeigten fertigen  Schaufelfuss 29 zu bilden. In diesem Falle ist  das Materialstück für eine Turbinenschaufel  bestimmt, zum Beispiel als Schaufel einer  Dampfturbine, und erhält daher keine Ver  windung. Das Schaufelblatt 27 erfordert nur  eine sehr geringe Formänderung beim Ge  senkschmieden.  



  In jedem der beiden in den Fig.1 bis 6  oder 7 bis 10 gezeigten Fälle folgt auf das  Anstauchen eine Gesenkschmiedung, wodurch  ein sehr günstiger Verlauf der Fliesslinien  im Schaufelfuss erzielt wird. Ein Beispiel  davon ist in der Fig.11 dargestellt, wo ein  Schnitt durch das Schaufelblatt 27 und den  Fuss 29 gezeigt ist, und die Fliesslinien sind  durch die punktierten Linien 30 angedeutet.  



  Nachdem die Schaufel auf die in der  Zeichnung dargestellte Form verformt worden  ist, wird sie dem schon erwähnten elektro  lytischen Polierverfahren     unterworfen.    Da  durch wird der Schaufelquerschnitt ein klein  wenig verringert, und diese Tatsache muss  bei der Wahl des ursprünglichen Querschnit  tes für das Materialstück 20 bzw. 27 berück  sichtigt werden.  



  Bei dem vorbeschriebenen Verfahren wird  der Querschnitt des verarbeiteten Material  stückes durch die Gesenkschmiedung nur sehr  wenig verändert, während der grösste Teil  der Formänderung durch den Stauchprozess  bewerkstelligt wird, wobei die einzuhaltenden  Betriebstemperaturen sehr genau geregelt wer  den können. Das erfindungsgemässe Verfah  ren eignet sich daher besonders gut für Le  gierungen, wie sie für die Herstellung von  Gasturbinenschaufeln verwendet werden, da  diese warmfesten Legierungen einen engbe-    grenzten Temperaturbereich für die Verfor  mung besitzen.  



  Soll als 'Schaufelmaterial anstatt einer       Stahllegierung    eine Aluminiumbronze verwen  det werden, so kann diese beispielsweise fol  gende Zusammensetzung haben: 8 bis 12 0/o  Aluminium, 4 bis 6 0/o Nickel, 4 bis 6 04 Eisen  und den Rest Kupfer, wobei die Unreinheiten  nicht mehr als     0,03,        o/a    ausmachen dürfen.

Claims (1)

1. PATENTANSPRUCH Verfahren zum Herstellen von Schaufeln für Turbomaschinen, dadurch gekennzeichnet, dass als Ausgangsmaterial ein Materialstück verwendet wird, dessen Breite etwas kleiner und dessen Dicke etwas grösser ist als die jenige der fertigen Schaufel, dass nach elek trischer Widerstandserhitzung des Material stückes an diesem ein Kopf so angestaucht wird, dass dieser genügend Metall besitzt, um in die beabsichtigte Form des Schaufelfusses gepr esst zu werden, worauf der Rohling nach vorheriger Erwärmung durch Gesenkschmie- den auf die richtige Form des Fusses und des Schaufelblattes gebracht wird. UNTERANSPRÜCHE: 1.

   Verfahren na@eh Patentanspruch, da durch gekennzeichnet, dass als Schaufelmate rial Aluminiumbronze verwendet wird. 2. Verfahren nach Patentanspruch, da durch gekennzeichnet, dass als Schaufelmate rial eine Stahllegierung verwendet wird. 3. Verfahren nach Patentanspruch, da- ; durch gekennzeichnet, dass der Turbinen schaufel nach dem Anstauchen des Kopfes eine Verwindung verliehen wird. 4. Verfahren nach Unteranspruch 3, da durch gekennzeichnet, dass als Schaufelmate rial eine Aluminiumbronze verwendet wird. 5. Verfahren nach Unteranspruch 3, da durch gekennzeichnet, dass als Schaufelmate rial eine Stahllegierung verwendet wird.