DE1751814A1

DE1751814A1 - Schaufelbaugruppe,z.B.fuer Dampfturbinen

Info

Publication number: DE1751814A1
Application number: DE19681751814
Authority: DE
Inventors: Telfer Robert Hunter; Fletcher Michael John; Wall George Wilson
Original assignee: English Electric Co Ltd
Current assignee: English Electric Co Ltd
Priority date: 1967-08-02
Filing date: 1968-08-02
Publication date: 1971-08-19
Also published as: ES356770A1; US3609841A; GB1234940A; FR1571993A; CH482099A; AT292030B

Description

PATENTANWÄLTE '"■""

DIPL.-ING. GÜNTHER KOCH DR. TINO HAIBACH

I 2, Aug. 1968

8 MÜNCHEN 2, ' ^fcl

UNSER ZEICHEN: j "] -j "] |

THi .-ViJLIiJ ./LiO'JitIJ. Ju;,.?a5TY LBIIi^D, London ,J. ü. 2, .,n^

3chau.fel'bau,;ru;.._j:>e, z_oB. für Dampf turbinen-

Die Erfindung bezieht sich auf Schaufelbaugruppen und Verfahren au deren Herstellung.

Eine Anwendbarkeit der Erfindung ist insbesondere, jedoch nicht ausschließlich bei Läuferbaugruppen für Dampfturbinen für iiidustrielle Zwecke gegeben. Bei solchen Dampfturbinen werden die Laufschaufelkränze an dem Läufer gewöhnlich mit Hilfe von Schaufelfüßen befestigt, die T- oder tannenbaumförmig sind; diese Schaufelfüße sind in dazu passend geformten Hüten angeordnet, die auf dem Läufer vorgesehen sind. Diese Schaufelfüße und die zugehörigen Aufnahmenuten müssen mit sehr hoher Genauigkeit maschinell bearbeitet werden, diese Bearbeitung ist schwierig und daher ergeoeh sich hohe Herstellungskosten. Außerdem ergibt sich bei der Verwendung solcher Schaufelfüße und Nuten eine gewisse Beschränkung bezüglich der·Läuferdrehzahl, denn· wenn die konstruktiv vorgesehene Drehzahl bzw. Umfangsgeschwindigkeit des Läufers erhöht wird, kann man den Schaufelfüßen die erforderliche zusätzliche Festigkeit nur verleihen, wenn man eine Erhöhung des Gewichts der Schaufelfuß in Kauf nimmt;

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jenseits einer bestimmten Umfangsgeschwindigkeit wird jedoch hierdurch die zusätzliche Festigkeit teilweise oder vollständig wieder ausgeglichen,,

Eine Aufgabe der Erfindung besteht nunmehr darin, eine Läuferschaufelbaugruppe zu schaffen, bsi uer die verstehend erwähnten Nachteile oekannter Konstruktionen mindestens teilweise vermieden sind.

Das erfindungsgemäße Verfahren zum Herstellen einer L^ufschaufelbaugruppe ist dadurch gekennzeichnet, daß eine Scheibe oder ein Läufer oder dergleichen für die Scnaufeln mit einer in der Umfangsrichtung v&rlaufenden Nut mit ebenen Wandflächen versehen wird, daß zwei einander gegenüber liegende ebene Flächen an jedem Schaufelfuß unter einem Winkel gegenüber der Schaufel ausgebildet werden, der dem erforderlichen Anstellwinkel der Schaufel gleichwertig ist, daß die Abmessung zwischen den beiden ebenen Flächen so gewählt wird, daß der Schaufelfuß mit diesen ebenen Flächen mit enger Passung zwischen die Nutenwände des Läufers paßt, daß der Schaufelkranz in die Wut so eingebaut wird, daß sich die erforderlichen Umfangsabstände zwischen benachbarten Schaufeln ergeben, daß ein in hohem Maße energiehaltiger Strahl radial auf jede Verbindungsstelle zwischen der Nut und den Schaufolfüßen gerichtet wird, um die Teile an der Verbindungsstelle miteinander zu verschmelzen, daß der Energieinhalt des Strahle so gewählt wird, daß der Strahl im wesentlichen über die ganze Tiefe der Verbindungsstelle in ' das Material eindringt, und daß eine relative Drehung zwischen dem Strahl und dem Läufer oder der Scheibe oder dergleichen

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bewirkt wird, so dais, eine Verschmelzung der erwähnten Art über den ganzer. Umfang des Läufers erzielt wirdo

Vorzugsweise werden die Schaufelfüße so aus^ebilde-c, daß sie zwei weitere voneinander abgewandte Flächen aufweisen, wobei die Abmessung zwischen diesen Flächen so gewählt wird, daß sich die gewünschte Teilung bzw« die gewünschten Umfangsaüatände zwischen den Schaufeln eines Scnaufelkranzes ergeben, wenn die Schaufeln in die zugenörige Nut eingebaut werden» Zu diesem Zweck kann man die zuletzt erwähnten, einander zugewandten Flächen benachbarter Schaufeln innerhalb des Kranzes zur Anlage aneinander bringen, oder es ist alternativ möglich, die erwähnte Abmessung so zu wählen, daß ein Spalt von vorbestimmter Breite zwischen . .benachbarten Schaufeln verbleibt»

Das Verschmelzen aer Verbindungsstellen kann in einer Vi-icuuinkammer aurch_öeführt werden, in der der Läufer bzw. die SciiKibe öler dergleichen drehbar gelagert ist»

Es wird zweckmäßig ein einziger in hohem Maße energiehal-. tiger Scralil benutzt, und dieser Strahl wird nacheinander auf diese Verbindungsstelle gerichtet; in diesem Fall ist jeder Arbeitsschrixt zum Ausrichten des Strahls von der erwähnten relativen Drehbewegung begleitet, so daß die Teile miteinander verschmolzen werden.

Die.-Wände der Hut üönnen rechtwinklig zur Achse der Scheibe bzw. des Läufers oder dergleichen verlaufen; in diesem Fall sind die voneinander abgewandten Flächen jedes Schaufelfuß esüber die ganze La:;^ zueinandar parallel, und die But kann an

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ihrem Boden im Bereich, der inneren Enden der Wände der Nut mit Aussparungen versehen werden, die lose Drähte aufnehmen können, welche sich unterhalb jeder Verbindungsstelle erstrecken und dazu dienen, eine etwa vorhandene überschüssige Energie des hoch energiehaltigen Strahls zu absorbieren«

Alternativ können die Wände der -Hut aufeinander zu geneigt sein, und am Boden der Mut kann eine zentrale Vertiefung der ^ " Nut ausgebildet sein; in diesem ü'all erhalten die Schaufelfüße eine ähnliche Form, und die etwa vorhandene überschüssige Energie des hoch energiehaltigen Strahls wird von denjenigen Teilen der Schaufelfüße absorbiert, die in die Vertiefung bzwο die nach innen verlaufende Verlängerung der Nut eingreifen»

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Der hoch energiehaltige Strahl kann mit Hilfe einer Elektronenstrahl-Schweißpistole erzeugt werden.

Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung mehrerer Ausführungsbeispie- W Ie an Hand der Zeichnungen*

Fig.1 ist ein verkürzter Teilschnitt durch in einen Läufer der Scheibenbauart eingebaute Turbinenschaufeln.

Fig. 2 zeigt einen Teil der Anordnung nach Fig«, 1 bei Betrachtung desselben in Bichtung des Pfeils in Fig. 1.

Fig. 3 ist ein Teilschnitt durch eine abgeänderte Ausführungsform des Fußes einer Schaufel, die fest mit einem Läufer der Scheibenbauart verbunden ist.

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- iEPemäß Fig. 1 und 2 wird jede Schaufelkranzsoheibe 3 des Läufers 4 durch eine maschinelle Bearbeitung mit einer Bingnut 1 versehen, die ebene üeitenwände 2 besitzt und die erforderliche Tiefe" aufweist ο Dann wird jede der Seitenwände 2 nahe dem Boden der Hut-1 mit einer halbrunden Aussparung 5 versehen, und.in jede dieser Aussparungen wird ein loser Draht 6 eingelegt. Nunmehr ist jede Scheibe 3 cles Läufers 4 bere-ii^ 3en zugehörigen Kranz von Turbinenschaufeln 7 aufzunehmen«.

Die Turbinenschaufeln 7 werden zweckmäßig so vorgeformt, daß ™ sie überbemessene Schaufelfüße 8 haben, die zwei Paare von voneinander abgewandten Flächen 9» 9 und 10, 10 aufweisen, wobei der Schaufelfuß mit einem zentralen Schlitz 11 versehen ist₀ Bevor die Schaufeln eines Schaufelkranzes in die £Jut 1 eingebaut werden, Werden die beiden voneinander abgewandten Flächen 9 jedes Schaufelfußes so bearbeitet, daß sie unter einem Winkel . zu der betreffenden Schaufel 7 verlaufen, der gleich dem erforderlichen Anstellwinkel der Schaufel ist, und ferner wird die Abmessung, zwischen den Flächen 9 so gewählt, daß der Schaufelfuß ä mit einer engen Passung zwischen* den läutenwänden 2 angeordnet werden kann; die Unterkanten der Flächen 9 werden abgeschrägt, wie es in ii'ig. 1 bei 12 dargestellt ist. Die beiden anderen voneinander abgewandten Flächen 10 jedes Schaufelfußes 8 werden ebenfalls maschinell so bearbeitet _t daß sich zwischen diesen Flächen ein solcher Abstand ergibt, der so gewählt ist, daß sich die gewünschten Umfangsabstande zwischen benachbarten Schaufeln 7 ergeben, wenn Flächen 10 benachbarter Schaufeln . aneinander anliegen, nachdem der Schaufelkranz in die zugehörige

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Nut 1 eingebaut worden ist. Alternativ Kann man die Abmessung zwischen den Flächen 10 eines Schaufelfußes so wählen, daß gemäß Fig. 2 zwischen den benachbarten Flächen 10 ein vorbestinunter Spalt 13 vorhanden ist., Wenn ein solcher Spalt erforderlich ist, würde er in der Praxis eine Breite in der Größenordnung von etwa 0,04 mm erhalten, und die richtige Spaltbreite würde während der Montage mit Hilfe von Fühllehren eingestellt. Bei der maschinellen Bearbeitung der Fläcnen 9 und 10 der Schaufelfüße wird zweckmäßig der Schlitz 11 als Bezugsl'läche verwendet« ψ Nunmehr werden die Schaufeln in der erforderlichen Anzahl mit leichten Schlagen in die Eingnut 1 eingebaut, so daß ein vollständiger Schaufelkranz entsteht; die Abschrägungen 12 der einzelnen Schaufelfuß begrenzen einen freien Baum, der in der Nut 1 zwischen dem Schaufelfuß 8 und dem betreffenden losen Draht 6 liegt. Nunmehr werden die Flächen 9 mit den Wänden 2 der Nut 1 verschmolzen. Um diese Verschmelzung zu bewirken, wird bei dieser Ausführungsform der Erfindung zweckmäßig eine:. Elektronenstrahl-Schweißmaschine benutzt* Solche Maschinen umfassen gewöhnlich eine Vakuumkammer und eine Elektronenschleuder, die verstellbar auf der Außenseite der Kammer angeordnet ist, so daß ein Elektronenstrahl in das Innere der Kammer geleitet werden kann. Bei diesem Verfahren wird der zusammengebaute Läufer in der Kammer drehbar gelagert und mit einer geeigneten Antriebsvorrichtung ve»bunden₈ und der Elektronenstrahl wird auf jede Verbindungasteile zwisohen den Wänden 2 der Nut und den Flächen 9 der Schaufelfuß?, gerichtet, indem man den Läufer in der Vakuumkammer auf geeignete Weiae anordnet? durch geeignetes Verstellen der Elektronenschleuder wird der Elektronenstrahl auf die Tiefe der Verbindungestelle ausgerlohtet,

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d.li. er verläuft gemäß Fig. 1 in Bichtung des Pfeils B. Hierauf stellt man die Stärke des durch die Elektronenschleuder fließenden Stroms und die angelegte Spannung so ein, daß der Strahl eine solche Energiemenge enthält, daß er in das Material bis zur Tiefe der herzustellenden Verbindung eindringt ₀ Die einander zugewandten Flächen der Verbindungsstellen werden lann über ihre ganze Tiefe miteinander verschmolzen, und eine etwa vorhandene überschüssige Energie des Elektronenstrahls wird von den lockeren Drähten 6 absorbierte Jeweils nach dem Einstellen der Bichtung des Strahls wird der Läufer um min- % destens 360° gedreht^ so daß der Strahl den gesamten Umfang jeder Verbindungsstelle bestreicht, und daß eine vollständige Verschmelzung der Verbindungsstellen erzielt wird·

Es sei bemerkt, daß die Schlitze 11 in den Schaufelfußen vorgesehen sind, um den Schaufelfüßen eine gewisse Elastizität zu verleihen, so daß sich während des Verschmelzens keine Bisse bilden, und daß die Spalte 13 zwischen benachbarten Schau— i'elfüisen erhalten "bleiben können, um jede Verformung auszugleichen die während des Verschmelzungsvorgangs auftreten könnte<, Bei | Konstruktionen, die hohen Beanspruchungen ausgesetzt sind, kann es erforderlich sein, in der aus Fig. 2 ersichtlichen Weise radiale Entlastungsbohrungen 14 vorzusehen.

In Fig. 5 ist eine abgeänderte Ausführungsform eines Schaufelfußes 8 und einer Hut 1 dargestellt; bei dieser Anordnung sind die V/ände 2 der But aufeinander zu geneigt, und am Boden der Nut ist eine zentrale Vertiefung 15 vorgesehen.. Die Füße 8 der Scnaufein 7 haben eine entsprechende Form; wenn die

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Schaufeln alt dem Läufer verschmolzen werden sollen* ist es daher erforderlich, den Elektronenstrahl so anzuordnen, daß er jeweils in der Bichtung des Pfeils B auf jede Verbindungsstelle fällt; hierbei wird eine etwa vorhandene überschüssige Energie des Strahls durch den Teil 16 jedes Schäufelfußes absorbiert, der in die Verlängerung 15 der Nutveingreift» Auf diese Weise ist es möglich, auf die Verwendung der in Fig. 1 gezeigten losen Drähte zu verzichten,,

^ Zwar wurden vorstehend Ausführungsbeispiele der Erfindung beschrieben, bei denen die Erfindung bei einem Läufer der Scheibenbauart angewendet wird, doch sei bemerkt, daß sich die Erfindung ohne weiteres auch bei Läufern der Tromiuelbauart anwenden läßt.·Ferner beschränkt sich die Anwendbarkeit der Erfindung nicht auf LaufSchaufelbaugruppen, sondern sie kann vorteilhaft z.B. auch bei Statorschaufelbaugruppen angewendet werden.

Ferner sei bemerkt, daß man jeden geeigneten hoch energie_k haltigen Strahl benutzen kann, um die Verbindungsstellen zu verschmelzen, z.B. einen Laserstrahl.

Abschließend sei bemerkt, daß es insbesondere bei der Anordnung nach Ji¹Ig. 1 ohne Schwierigkeiten möglich ist, die mit Hilfe des Elektronenstrahls hergestellten Schweißstellen mit Hilfe von Ultraschall zu prüfen.

Patentansprüche; 109834/0 U 2

Claims

PATENTAWSPBUCHE

1. ; Verfahren zum Herstellen einer Schaufelkranzbaugr.uppe, dadurch g e k e η η zeichnet, daß eine Scheibe oder ein Läufer oder dergleichen für die Schaufeln mit einer in der Umfangsrichtung verlaufenden Nut mit ebenen Wänden versehen wird, daß zwei voneinander abgewandte ebene Flächen jedes Schaufelfußes so bearbeitet werden, daß der Winkel, unter denen sie sich gegenüber der Schaufel erstrecken, gleich dem erforderlichen Anstellwinkel der Schaufel ist, daß hierbei die Abmessung zwischen diesen Flächen jedes Schaufelfußes so gewählt wird, daß der Schaufelfuß mit einer engen Passung zwischen den Wänden der Nut angeordnet werden kann, daß der Kranz von behäufeln so in die Nut eingebaut wird, daß sich die erforderlichen Umfangsabstände zwischen benachbarten Schaufeln des Kranzes ergeben, daß ein hoch energiehaltiger Strahl radial auf jede Trennfuge bzw» Verbindungsstelle zwischen der Nut und den Schaufelfüßen gerichtet wird, um die Verbindungsstelle zu verschmelzen, daß der Energieinhalt des Strahls so gewählt wird, daß der Strahl im wesentlichen über die ganze Tiefe der Verbindungsstelle in das Material eindringt, und daß eine relative Drehbewegung zwischen dem Strahl und dem Läufer bzw. der Scheibe oder dergleichen herbeigeführt wird, so daß der Verschmelzungsvorgang über den ' ganzen Umfang des Läufers durchgeführt wird.

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2, Verfahren nach Anspruch 1, daduroh g e k e η η zeichnet , daß zwei weitere voneinander abgewandte Flächen an dem Fuß jeder Schaufel so bearbeitet werden, daß sich zwischen diesen Flächen eine solche Abmessung ergibt, daß man die erforderlichen umfangsabstände zwischen benachbarten Schaufeln des Kranzes erhält, wenn die Schaufeln in die Nut eingebaut werden.

3 ο Verfahren nach Anspruch 2, dadurch g e k e η η zeichnet ,daß die Schaufeln des Kranzes in die Nut so eingebaut werden, daß die erwähnten weiteren, voneinander abgewandten Flächen bei einander benachbarten Schaufeln aneinander anliegen, und daß die Abmessung zwisohen diesen weiteren voneinander abgewandten Flächen jedes Schaufelfußes entsprechend gewählt wirdο

4. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , daß die Schaufeln des Kranzes so in die Nut eingebaut werden, daß ein vorbestimmter Spalt zwischen den einander zugewandten Flächen benachbarter Schaufelfüße vorhanden ist, und daß die Abmessung zwischen den erwähnten weiteren voneinander abgewandten Flächen jedee Schaufelfußes so gewählt wird, daß sich ein Spalt mit der gewünschten Breite ergibt.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Verschmelzen der Verbindungastellen in einer Vakuumkammer durchgeführt wird, und daß der Läufer bzw. die Scheibe oder dergleichen in der Vakuumkammer drehbar gelagert wird.

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6.-- Verfahren nach einem der Ansprüche 1 "bis 5, dadurch g e k e η ή ze i ο h-.n- e t , daß ein einziger hoch energie--'" haltiger Strahl verwendet und nacheinander auf jede Verbindungsstelle gerichtet wird, und daß die Arbeitsschritxe, mittels deren dem Strahl die gewünschte Richtung gegeben wird, von einer relativen Drehbewegung zwischen dem ,Lämfer und dem Strahl begleitet werden, so daß sämtliche Schaufeln mit dem Laufer verschmolzen werden. ,

7· Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch g eienn zeichnet , daß die in der Umfangsriohtung verlaufende Nut mit Wänden versehen wird, die rechtwinklig zur Achse der Scheibe bzw₀ des Läufers oder dergleichen verlaufen, und daß die erwähnten voneinander abgewandten Flächen der Schaufelfüße so geformt werden, daß sie über ihre ganze Tiefe parallel zueinander sind»

8. Verfahren nach Anspruch 7» dadurch g e k e η η ze ic h η et, daß am unteren Ende jeder Wand der Nut eine Aussparung vorgesehen wird, und daß ein loser Draht in jeder dieser Aussparungen so angeordnet wird, daß er sich über den ganzen Umfang der Scheibe bzw. des Läufers oder dergleichen unterhalb jeder Verbindungsstelle erstreckt, um eine etwa vorhandene überschüssige Energie des hoch energiehaltlgen Strahls absorbieren zu können.

9. Verfahren,nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch g e k e η η ze ic h η e t , daß die in der ümfangsriehtung verlaufende Nut so geformt wird, _;daß ihre Wände aufeinander zu

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geneigt sind, daß am Boden der Nut eine zentrale Vertiefung ausgebildet wird, und daß die voneinander abgewandten Flächen der Schaufelfuß so geformt werden, daß sie zu den geneigten Wänden der Nut und zur Form der Vertiefung am Boden der Nut passen, wobei diejenigen Teile der Schaufelfüße, die in die Nutenverlängerung eingreifen, dazu dienen, eine etwa vorhandene überschüssige Energie aus dem hoch energiehaltigen Strahl zu absorbieren,

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9» dadurch gekennzeichnet , daß der hoch energiehaltige Strahl mit Hilfe einer Elektronenstrahl-Schweißpistole erzeugt wird.

11· Schaufelkranzbaugruppe, dadurch gekennzeich net, daß sie nach einem Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 10 hergestellt worden ist.

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