DE2241296A1

DE2241296A1 - Verschweisster rotor

Info

Publication number: DE2241296A1
Application number: DE2241296A
Authority: DE
Inventors: Andre Coulon; Charles Forcinal; Rene Perrin
Original assignee: Cegelec SA
Current assignee: Cegelec SA
Priority date: 1971-08-23
Filing date: 1972-08-22
Publication date: 1973-03-01
Also published as: DE2241296B2; BE787441A; IT964163B; JPS4829909A; CH553913A; GB1396965A; FR2151181A5; US3876335A

Description

DR. MÜLLER-BORE DIPL.-Fh\S. UR. ΜΑΝιϊΖ DfPL-CHEM. DR. DEUFEL DIPL.-ING. FINSTERWALD DIPL.-ING. GRÄMKOW

PATENTANWÄLTE

μ·· v, a 22. AI& 1972

München, den

Fik/Sv - 0 2601

SOOIEiEE GENERAJiE DE CONSÜMJCEIOFS EIECiDRIQUES

Ed) MECMIQÜES ( HiSiGHOM ) 38, avenue Kleber, Paris 16j Frankreich

Verschweißter Rotor

Die Erfindung "betrifft einen Rotor₉ der aus einer Folge von axialen miteinander verschweißten Elementen besteht»

Es ist bekannt, daß ein Rotor insbesondere einer alternierenden Biegebelastung ausgesetzt ist^ die insbesondere bei Hotoren von großen Dampfturbinen erhebliche Ausmaße annehmen kamio

Der verschweißte Seil der Sotorea karai nach dem Schweißen regelmäßigkeiten is, der Oberfläche aufu©is©23._a die ansg©schal« tet werden müssen₉ weil si® d©a Attsgaagspualst τοπ Bissen bil° den köimea₉ x-joboi nach d®r Satstelnsjg ψοώ. Bissen im weiteren ¥s3flanf dss Batr^ui©b@s eia Irsädua-gsteiiela d©s Hotors auftreten

Aus der französischen Patentschrift 1 150 086 ist es bereits bekannt, einen ringförmigen Wulst vorzusehen, der radial nach innen vorspringt und durch Lippen gebildet ist, die an jedem der benachbarten Teile vorgesehen sind, und zwar radial innen an zwei aufeinander-^ folgenden, miteinander verschweißten Teile derart, daß die Belastungen oder Spannungen in derjenigen Zone vermindert werden, von welcher Risse ausgehen können, diese Anordnung bietet jedoch keinerlei Sicherheit im Falle eines Schweißfehlers, und es ist daher dennoch erforderlich, systematisch jeden Fehler zu beheben, der sich nach dem Schweißen zeigt, wenn keine Bruchgefahr riskiert werden soll.

Daraus ergeben sich äußerst große Schwierigkeiten bei der Herstellung von verschweißten Rotoren, deren Schweißungen Unregelmäßigkeiten aufweisen können, welche an unzugänglichen Stellen liegen und dazu führen, daß der fertiggestellte Rotor sich als Ausschuß erweist.

Gemäß der Erfindung wird es hingegen ermöglicht, bestimmte Fehlstellen beim Schweißen hinzunehmen, vorausgesetzt, daß diese Fehlstellen eine Grenze nicht überschreiten, die zuvor festgelegt ist, und zwar nach Abschätzung der Möglichkeiten des verwendeten Schweißsystems.

Dazu sind zahlreiche Photo-Elastizitäts-Versuche durchgeführt worden und haben es ermöglicht, eine Form eines Wulstes derart festzulegen, daß mit Sicherheit gewährleistet ist, daß diejenige Zone, in welcher Schweißunregelmäßigkeiten mit einer maximalen vorgegebenen Tiefe auftreten können, eine solche Zone ist, in welcher.die alternierenden Biegespannungen des Rotors sich nicht auswirken. Es wird somit eine belastungsfreie oder spannungsfreie Zone mit einer vorgebbaren Tiefe geschaffen, und diese wird wenigstens gleich der maximalen Tiefe der vorhersehbaren Schweißfehlstellen gewählt. Nach der Fertigung wird über-

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prüft, daß die Fehlstellen tatsächlich die vorgegebene Toleranz nicht überschreiten.

Zur Erreichung dieses Ergebnisses sieht die Erfindung vor, daß der Wulst eine allgemeine Träpezform aufweist, daß die Trapezschenkel eine Neigung von etwa 45° gegenüber den Grundseiten aufweisen, daß die kleine Grundseite den am weitesten vorspringenden Teil des Wulstes darstellt, daß die Trapezhöhe wenigstens gleich dem Zehnfachen und höchstens gleich dem 20-fachen der maximalen Tiefe von vorhersehbaren Unregelmäßigkeiten beim Schweißen auf der kleinen Grundseite beträgt und daß die kleine Grundseite im wesentlichen gleich der Höhe ist·

Die Trapezhöhe muß tatsächlich zwischen einem erforderlichen Minimum liegen, um die Belastungen oder Spannungen im Bereich der kleinen Grundseite zu annulieren, und einem Maximum, oberhalb von welchem in diesem Bereich entgegengesetzte Belastungen oder Spannungen auftreten wurden, die nicht vernachlässigbar sind ·

Die modernen Schweißverfahren wie das Schweißen mit Hilfe von Elektronenstrahlen oder Elektronenbündeln gestatten es, die Risse auf eine Tiefe von höchstens einem Millimeter zu beschränken. Man gibt somit vorteilhafterweise dem Wulst eine Höhe von wenigstens 10 mm und von höchstens 20 mm, wodurch effektiv eine Zone ohne alternierende Biegespannung einer Tiefe "von einem Millimeter geschaffen wird.

Die Neigung von 4-5° der Schenkel des Wulstes hat im übrigen den Vorteil, daß Fehlstellen mit Hilfe von Ultraschall leicht zu ermitteln sind.

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Die Erfindung wird nachfolgend beispielsweise anhand der Zeichnung beschrieben; in dieser zeigt:

Fig. 1 einen Schnitt eines Turbinenrotors mit verschweißten Elementen,

Fig. 2 in größerem Maßstab einen Schnitt des Wulstes, welcher in den miteinander zu verbindenden Teilen vorgesehen ist und

Fig. 3 und 4 in dem besonderen Fall, in welchem die miteinander zu verbindenden Teile aufeinanderfolgende Ringe eines Kotors sind und wo ein Schweißfehler auftritt, und zwar einmal ohne Anwendung der Erfindung und einmal mit Anwendung der Erfindung gemäß Fig. 2._f die Vortcilunr; dor Linien gleicher Beanspruchung.

Der Rotor der Fig. 1 ist aus Elementen wie Scheiben 1 und Ringen 2 gebildet, die miteinander verschweißt sind, und zwar entlang Schweißnähten 3 zwischen zwei Teilen 4 und 5» x/obei die Verschweißung von außerhalb des Rotors erfolgt und der innere Teil der Verbindung 3 unzugänglich ist und somit keiner Nachschweißung unterzogen werden kann. In diesem inneren Teil,der Verbindung 3 kann somit eine Schweißfehlstelle, eine mit einer Sägespur vergleichbare Lücke oder sogar ein echter Einschnitt entstehen.

Diese Art der Fehlstelle erzeugt eine Spannungskonzentration in dem zu dieser Unregelmäßigkeit benachbarten Bereich.

Das Ziel der Erfindung besteht darin, die Unregelmäßigkeiten in eine Zone zu bringen, in xvelcher die Belastung gleich null ist, wodurch es ermöglicht wird, solche Unregelmäßigkeiten ohne Risiko zu tolerieren, daß sie einen Bruch verursachen. Zu diesem Zweck weisen die zwei Teile 4 und 5 gemäß Fig. 2

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eine lokale Überdicke 6 derart auf, daß bei ihrem Zusammenfügen ein Wulst 7 mit trapezförmigem Querschnitt entsteht, dessen kleine Grundseite 8 dem am weitesten vorspringenden Teil entspricht und dessen Schenkel 9 einen Winkel von 4-5 mit ά_.ieser Grundseite bilden.

Die Überdicke 6 hängt von der spannungsfreien Zone ab, die in dem unteren Heil 10 der Verbindung 3 erreicht werden soll» Sie wird wenigstens gleich dem Zehnfachen und höchstens gleich dem 20-fachen der Tiefe der Einschnitte gewählt, die möglicherweise entstehen können. Die kleine Grundseite 8 ist gleich der Überdicke 6, Man eliminiert auf diese Weise die Effekte der Spannungskonzentration aufgrund einer größeren Fehlstelle vom Kerbtyp, und zviar unter der Voraussetzung, daß diese keine größere Tiefe auf v/eis b, als es der zehnfachen Üb er dicke* entspricht, und aufgrund jeglicher Unregelmäßigkeit durch eine beliebig verdickte Schweißnaht;.

Die Verbindung J ist; in ihrem radial inneren Teil nur ihren eigenen Zentrifugalspannungen unterworfen, die gering sind und jedenfalls weniger begrenzend sind als die alternierende Megebelastung, welcher sie unter dem Einfluß des beweglichen Gewichtes bei der Rotation ausgesetzt ist, einer Belastung, welche die Gefahr eines Ermüdungsbruches hervorruft.

Es wird einerseits ein Schweißverfahren angewandt, welches die beste Qualitätsgarantie in der radial inneren Zone der Verbindung 3 liefert, beispielsweise eine Schweißung durch Elektroneribündel. Andererseits befinden sich durch den Wulst, welcher den Gegenstand der Erfindung darstellt, die eventuellen Einschnitte oder überstehenden Teile der Schweißung in einer spannungsfreien Zone*

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Die Fig. 3 und 4 zeigen Linien 11 und 12, welche den Orten gleicher Belastungen im Falle einer Schweißfohlstelle in der Verbindung 3 zwischen den zwei Ringen 4 und 5 des Rotors entsprechen, welche einmal ohne Anwendung der Erfindung und einmal mit einem Wulst 7 gemäß der Erfindung (Fig₀ 2) dargestellb sind.

In der Fig. 4 ist die spannungsfreie Zone schraffiert und durch das Bezugszeichen 13 gekennzeichnete Da dio Fehlstolle in dieser Zone liegt, biebet sie im Laufe des Betriebes dos Rotors kein Risiko der Ausbreitung. Hingegen verursacht derselbe Fehler im Falle der Fig. 3 eine starke Spannungckonaentration am oberen Ende da? Fehlstelle, und folglich bestehb eine erhebliche Gefahr für einen Ermüdungsbruch.

Patüribanfjprüche -

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Claims

P at entansprüche

Rotor aus einer Folge von axialen Elementen wie Scheiben oder Ringen, die mit radial inneren benachbarten Teilen aneinandergeschweißt sind, wobei zwei aufeinanderfolgende Elemente einen ringförmigen WuIst bilden, der radial vorspringt, dadurch g e k e η η ζ e i chnet, daß der Wulst eine allgemeine Trapezform aufweist, daß die Trapezschenkel eine Neigung von etwa 45° gegenüber den Grundseiten aufweisen, daß die kleine Grundseite den am weitesten vorspringenden Teil des Wulstes darstellt, daß die Trapezhöiie wenigstens- gleich dem Zehnfachen und höchstens gleich dein 20-facheii der maximalen Tiefe von vorhersehbaren Unregelmäßigkeiten beira Schweißen auf der kleinen Grundseite "beträgt und daß die kleine Grundseite im wesentlichen gleich der Höhe ist.
2. Rotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzei chnet, daß uie Trapeshülie wenigstens 10 mm und höchstens 20 mm beträgt .