DE2165147A1

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Info

Publication number: DE2165147A1
Application number: DE19712165147
Authority: DE
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1970-12-28
Filing date: 1971-12-28
Publication date: 1972-07-27
Also published as: IT943369B; DE2165147B2; GB1381880A

Description

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I IbQ

81-18.O82P(18.O83H) 28. 12. 1971

HITACHI , LTD., Tokio (Japan)

Verfahren zur Herstellung eines einstückigen Turbinen-Laufrades mit verwundenen Schaufeln

durch Elektrolyse

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines elnstUckigen Turbinen-Laufrades mit verwundenen Schaufeln für Gas- oder Dampfturbinen aus einem Rohling

Bl-(P s.27286)BgnG

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BAD ORIGINAL

durch Elektrolyse.

Bei der Herstellung solcher Laufräder pflegte man bisher die einzelnen Schaufeln mechanisch oder elektrolytisch getrennt von der Radnabe herzustellen" und die so erzeugten Schaufeln in die Nabe mittels Tannenbaumfußes einzusetzen. Der Grund dafür ist, daß, wenn die Schaufeln zusammen mit der Nabe hergestellt und elektrolytisch durch Einschieben einer Elektrode zwischen die einander benachbarten Schaufeln geformt werden, der überschüssige Werkstoff des Werkstückes am Schaufelfuß stehenbleiben würde und, wenn die Elektrode aus anderer Richtung eingeschoben wird, um diesen unnötigen Werkstoff zu entfernen, dann überflüssiger Werkstoff an der Innenseite der anderen Schaufel stehenbleiben würde. Auf diese Weise ist also bei elektrolytischer Herstellung mit Elektroden nicht möglich, die Schaufeln in einem einzigen Arbeitsvorgang zu formen.

Ferner ist, da die Schaufeln verwunden sind, ein Verfahren, das die Gestalt der Schaufel innerhalb der Elektrode bildet, wie man es bei der Herstellung gerader Schaufeln von gleichförmigem Querschnitt angewendet hat, ungeeignet.

Kleine einstückige Turbinenräder könnte man durch Präzisionsguß herstellen; aber diese Herstellung hat mangels ausreichender Genauigkeit den Nachteil, daß die Schaufeln nach dem Guß nachgearbeitet, z. B. mittels Handschleifmaschine nachgearbeitet werden müssen.

Die Erfindung hat es möglich gemacht, ein einstückiges Turbinenrad elektrolytisch herzustellen, was bisher als unmöglich gegolten hat.

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Die Erfindung wird im folgenden anhand eines erfindungsgemäß hergestellten Ausführungsbeispiels beschrieben, das in der Zeichnung dargestellt ist. Es zeigen:

Fig. 1 ein Turbinenlaufrad mit verwundenen Schaufeln in Ansicht in Richtung der Radachse,

Fig. 2 ein Teilbild desselben Rades in Ansicht quer zur Richtung der Radachse,

Fig. 5 ein Teilbild desselben Rades im Schnitt entlang

der Linie III-III der Fig. 2, i

Fig. 4 und Fig. 5 Ansichten, welche die Form der gemäß der Erfindung erzeugten Schaufeln darstellen;

Fig. 6 zeigt, wie die erfindungsgemäß elektrolytische Herstellung vor sich geht, in einer Ansicht einer Schaufel des Rades in Richtung quer zur Radachse;

Fig. 7 zeigt dasselbe Rad in einem Schnitt entlang der Linie VII-VII der Fig. 6;

Fig. 8 ein Turbinenrad mit Vorrichtung für das erfindungs- * gemäße Verfahren, im Schnitt in Achsebene;

Fig. 9 dieselbe Vorrichtung, geöffnet entlang der Linie IX-IX der Fig. 8, in Achsrichtung gesehen;

Fig.10 ein Turbinenrad mit einer etwas anderen Vorrichtung für das erfindungsgemäße Verfahren, im Schnitt in wesentlich achsnormaler Ebene, gesehen in Achsrichtung;

Fig. 11 dasselbe im Schnitt in Achsebene.

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Bei dem in Fig. 1 und Fig. 2 dargestellten Turbinenlaufrad mit verwundenen Schaufeln ist mit V eine Schaufel, mit 1 deren Außenkante, mit 2 ihr Schaufelfuß und mit 3 die Nabe bezeichnet. Jede Schaufel V ist von ihrer Außenkante bis zu ihrem Fuß verwunden.

Fig. 3 zeigt die Gestalt der Schaufeln in ihrer Längsrichtung.

Zunächst sei die Gestalt der Schaufeln des erfindungsgemäß hergestellten Turbinenrades anhand der Fig. h und Fig. 5 beschrieben. Es bedeuten die Bezugszeichen R. den Krümmungsradius der konkaven Seite und R_n den Krümmungsradius der konvexen Seite der Schaufel V; und es bezeichnen A₁ und B, die Krümmungsmittelpunkte der konkaven und der konvexen Schaufelseite an der Schaufelaußenkante und A~ und Bp die Krümmungsmittelpunkte der Krümmungsradien der konkaven und der konvexen Schaufelseite am Schaufelfuß.

Die konkave Fläche hat einen geraden Teil, der an die gekrümmte Fläche, deren Krümmungsradius R. ist, anschließt. Wie Fig. 5 zeigt, liegen die Mittelpunkte der Krümmungsradien R. und R_R auf geraden Linien, die in Winkeln Θ. bzw. Θ_Β zur Mittelebene L der Schaufel V geneigt sind. Der Schnitt a des Krümmungsradius R. der konkaven Fläche mit dem geraden Teil liegt auf einer Linie 7 (s. Fig. 5^), welche parallel zu der die Pumpe A. und A₂ verbindenden Linie ist.

Fig. 6 und 7 zeigen, wie die anhand von Fig. 4 und Fig. 5 erläuterte Gestalt der Schaufel durch Elektrolyse hei gestellt wird.

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In Fig. 6 ist, in Richtung quer zur Radachse gesehen, das Turbinenrad in dem-jenigen Verfahrensstand dargestellt, in welchem die konvexe Seite der Schaufel gestaltet wird, nachdem die konkave Seite geformt worden ist. Mit dem Bezugszeichen 1 ist ein Schlitz bezeichnet, der zum Gestalten der konkaven Fläche dient, mit 9 und mit 10 sind Elektroden benannt, die zum Formen der konkaven und der konvexen Fläche dienen, 11 ist ein Schlitz, durch den der Elektrolyt austritt, und 12 bezeichnet den Krümmungsradius der Elektrode 10, der so groß ist wie die Summe aus dem Krümmungsradius R₀ und einem für· die g

elektrolytische Herstellung nötigen Platz.

In Fig. 7 zeigt der Pfeil E^ die Richtung, in der die Elektrode 10 vorgeschoben wird. Diese Vorschubrichtung ist an der Außenkante der Schaufel durch den Mittelpunkt B, und am FxiQte der Schaufel du:ch den Mittelpunkt B_? bestimmt. Mit dem Bezugszeichen IJ ist eine Isolierende Führung bezeichnet, die einen den Strom des Elektrolyten ausgleichenden Gegendruck erzeugt und in Fig. 6 nicht dargestellt ist.

Die Stromrichtung des Elektrolyten ist durch den Pfeil angezeigt. *

Wie oben schon erwähnt, ist die Gestalt der Elektrode durch den Krümmungsradius R_n der Schaufel gegeben, und die Elektrode wird so vorgeschoben, daß ihr Krümmungsmittelpunkt auf der die Krümmungsmittelpunkte B., Bp der Schaufel miteinander verbindenden Geraden verbleibt; so kann die konvexe Fläche der Schaufel erzeugt werden.

Die Erzeugung der konkaven Fläche, d. h. der bei 9 ange-

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zeigten Fläche, kann auf dieselbe Weise geschehen. Die konkave Fläche hat einen geraden Teil, der an der gekrümmten Fläche, die den Krümmungsradius R. hat, anschließt; aber die Elektrode, die zur Herstellung der konkaven Fläche dient, kann ebenso wie die zur Erzeugung der konvexen Fläche dienende Elektrode ausgebildet sein. Bei der Herstellung der konkaven Fläche wird die Elektrode so vorgeschoben, daß ihr Krümmungsmittelpunkt auf der die Mittelpunkte A, und Ap miteinander verbindenden Geraden verbleibt.

Wenn eine Schaufel fertiggestellt ist, wird das Rad mittels einer Teilscheibe um eine Schaufelteilung weitergedreht und die Erzeugung der nächsten Schaufel begonnen, worauf dieselben Arbeitsvorgänge sich wiederholen.

Wie Fig. 7 zeigt, bleiben beiderseits des Schaufelkranzes plattenförmige Teile des Rohlings übrig; diese werden abgestochen, wenn nach Herstellung aller Schaufeln die Radscheibe l6 auf der Drehbank abgedreht wird. Die in Fig. gezeigten Schaufelkanten 17, 18 lassen sich mit genauem Krümmungsradius durch das erfindungsgemäße Herstellungsverfahren allein nicht herstellen; einiger Werkstoff bleibt stehen. Der genaue Krümmungsradius der Kanten wird dann durch ein elektrochemisches Verfahren hergestellt.

Nun werde im folgenden das erfindungsgemäße Verfahren an einem praktischen Beispiel erläutert: Eine Schaufel von 150 mm Länge, von 41,7 mm Krümmungsradius der konkaven Fläche und 130,4 mm Krümmungsradius der konvexen Fläche wurde mit einer Spannung von 15 V, einem Elektrodenvorschub von 1,5 mm/min und einem Druck des Elektrolyten

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von IJ kg/cm hergestellt j das Ergebnis war gut.

Bei der Herstellung eines einstückigen Turbinenrades dieser Form wird, ehe die elektrolytische Herstellung der Schaufeln erfolgt, derjenige Teil des Rohlings, aus dem die Schaufeln geformt werden, mechanisch so abgespant, daß seine beiden einander entgegengerichteten Seiten radial auswärts schräg sind, wie in Fig. 5 gezeichnet; danach werden die einzelnen Schaufeln elektrolytisch herausgearbeitet, wie im folgenden anhand

der Fig. 8/II beschrieben. j

Fig. 8 und 9 zeigen an einem Beispiel, wie das erfindungsgemäße Verfahren verwirklicht wird; in ihnen ist mit der Rohling bezeichnet, aus dem das Turbinenrad hergestellt werden soll. Wie oben angegeben, wird, ehe die Schaufeln elektrolytisch geformt werden, der Teil des Rohlings, aus dem die Schaufeln herausgearbeitet werden sollen, an seinen Seiten schräg abgedreht, so daß er nach seinem Außenumfang hin an Breite zunimmt. Mit dem Bezugszeichen 21 ist die Nabe, mit 22 eine Elektrode, die zur elektrolytischen Bearbeitung des Werkstückes dient, und mit 1J> ein Gegendruck-Behälter bezeichnet, der aus isolierendem Werkstoff besteht und an der Nabe 21 des Werkstückes 19 so befestigt ist, daß er dem Teil 20, aus dem die Schaufeln herausgearbeitet werden sollen, umgibt. Dieser Gegendruck-Behälter 23 hat oben eine öffnung, durch die die Elektrode 22 eingeschoben wird. Mit 24 ist ein Haltestück bezeichnet, das mit seinem einen Ende mittels Schrauben an der Nabe 21 des Werkstückes 19 angebracht und dessen anderes Ende, ebenfalls durch Schrauben, an einem Teil 25 des Werkstückes befestigt ist, der zwischen den entstehenden Schaufeln übrig bleiben

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wird. Dieses Haltestück 24 wird den übrigbleibenden Teil des Werkstückes 19, wenn dieser Teil abgeschnitten wird, gegen Umfallen festhalten; es wird an dem Werkstück, kurz ehe dieser übrigbleibende Teil 25 vom Werkstück abgetrennt wird, oder in der Zeit zwischen dem Formen der konvexen Seite einer Schaufel V und derr. Formen der konvexen Seite der nächsten Schaufel (oder umgekehrt¹» befestigt.

Fig. IO und 11 zeigen eine Art, das erfindungsgemäße Verfahren auszuüben, bei der der zwischen je zwei Schaufeln übrigbleibende Teil 25 des Werkstückes an der oberen Wand des Gegendruck-Behälters 26 befestigt ist, so daß dieser Behälter sogleich als Haltestück dient, welches diesen übrigbleibenden Teil des Werkstückes 9, während er abgeschnitten wird, gegen Umfallen festhält.

Im Betriebe wird die Elektrode 22 in den Raum zwischen den beiden einander benachbarten zu erzeugenden Schaufeln vom Außenumfang des Rohlings her eingeschoben und zum Fuß der zu erzeugenden Schaufel hin so vorgeschoben, daß ihr Krümmungsradius auf der den Punkt B, am Außenrand der Schaufel mit dem Punkt Bp am Fuße der Schaufel verbindenden Geraden geführt wird, wodurch die konvexe Seite einer Schaufel erzeugt wird. Dieser Arbeitsvorgang wird wiederholt, bis die konvexen Seiten aller Schaufeln erzeugt sind, wobei die Stellung des Werkstückes 19 mittels einer Teilscheibe nach Herstellung jeder einzelnen konvexen Seite um je eine Schaufelteilung weitergedreht wird. Dann wird das Haltestück 24 am Werkstück 19 befestigt und die Elektrode 22 vom Außenumfang des Werkstückes her zwischen die einander benachbarten künftigen Schaufeln eingeschoben und zum Fuß der künftigen Schaufel hin so

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vorgeschoben, daß ihr Krümmungsmittelpunkt auf der den Punkt A, am Außenrand und den Punkt Ap am Fußende verbindenden Geraden verbleibt, wodurch die konkave Seite jeder Schaufel entsteht. Danach wird das Haltestück 24 zusammen mit dem übriggebliebenen Teil 25, der dann abgeschnitten wird, vom Werkstück 19 entfernt. Dieser Arbeitsvorgang wird wiederholt, bis die konkaven Seiten aller Schaufeln und somit alle Schaufeln herausgearbeitet sind.

Das erfindungsgemäße Verfahren ist hier für den Fall I

beschrieben, daß zuerst die konvexen Schau#seiten erzeugt werden; aber es läßt sich natürlich auch in umgekehrter Reihenfolge, bei der zuerst die konkaven Seiten hergestellt werden, anwenden.

Eei der in Fig. 10 und Fig. 11 gezeigten AusfUhrungsform dient der Gegendruck-Behälter l6 zugleich als das Haltestück. Der übrigbleibende Teil 25 des Werkstückes wird am Behälter befestigt, wenn dieser, nachdem die konkave (oder die konvexe) Seite einer Schaufel erzeugt worden ist und ehe die konkave (bzw. die konvexe) Seite der Schaufeln erzeugt wird, angebracht worden ist. Die Rieh- ' tung des Elektrodenvorschubs ist in diesem Falle die "

gleiche wie bei dem in Fig. 8 und Fig. 9 dargestellten Verfahren.

Die Gewindelöcher, die in die Nabe für die zur Befestigung des Gegendruck-Behälters dienenden Schrauben gebohrt worden sind, werden, wenn alle Schaufeln fertig geformt sind, durch Abdrehen beseitigt.

Wie oben im einzelnen beschrieben, werden die einander

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gegenüberliegenden Seitenkanten der Schaufeln vor der elektrolytischen Formung der Schaufeln mechanisch bearbeitet und daher brauchen nach der völligen Formung der Schaufeln nur die zwischen den Schaufeln übrigbleibenden Teile des Werkstückmaterials entfernt zu werden. Da aber diese übrigbleibenden Teile bei der Formung der Schaufeln abgetrennt worden sind, sind keine weiteren Bearbeitungsvorgänge nötig; lediglich die Winkel an den einander gegenüberliegenden Schaufelkanten, d.h. der Eintritts- und der Austrittskante, müssen noch feinbearbeitet werden.

Daher läßt sich der Aufwand der Arbeitszeit für die Herstellung des Turbinenrades sehr verkürzen. Außerdem können die übrigbleibenden Teile des Werkstückes, weil sie bei der Herstellung der Schaufeln vom Tragstück festgehalten werden, sich nicht zu lösen und nicht bewegen, und daher kann kein Kurzschluß entstehen.

Diese Beschreibung wird gezeigt haben, daß mit dem erfindungsgemäßen Verfahren ein einstückiges Turbinenrad mit verwundenen Schaufeln sich elektrolytisch leicht herstellen läßt. Die Erfindung ist besonders vorteilhaft bei der Herstellung großer Turbinenräder.

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Claims

2165H7 Patentansprüche

1. Verfahren zur Herstellung eines einstUckigen Turbinen-Laufrades mit verwundenen Schaufeln durch Elektrolyse, dadurch gekennzeichnet, daß die Querschnittsform der Schaufeln durch vorgegebene Krümmungen oder durch vorgegebene Krümmungen und an sie anschließende gerade Linien bestimmt wird und daß Elektroden von einer Form, welche der konkaven bzw. der konvexen Schaufelfläche angepaßt ist, nacheinander in den Turbinenrad-Rohllng in dem Winkel, der sich jeweils zwischen zwei einander benachbarten zu erzeugenden Schaufeln befindet, in Längsrichtung der jeweiligen Schaufel eingeschoben werden, so daß beide Seiten der jeweiligen Schaufel in getrennten Arbeitsvorgängen elektrolytisch erzeugt werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß vor der elektrolytischen Bearbeitung die beiden Stirnseiten des Turbinenrad-Rohlings mechanisch auf die Form der jeweiligen Schaufel abgespant werden und daß, während die elektrolytische Bearbeitung erfolgt, der Teil des Rohlings, der zwischen den zu bildenden Schaufeln übrigbleibt, durch ein Haltestück gehalten wird.

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