DE2241296B2 - Rotor aus aneinandergeschwelBten Elementen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Rotor aus axial hintereinander angeordneten Elementen wie Scheiben oder Ringen, die mit benachbarten Teilen aneinander geschweißt sind, wobei jeweils zwei aufeinanderfolgende Elemente einen nr."h innen vorspringenden Ringwulst mit allgemein trapezförmigem Profil bilden, dessen schmälere Grundseite den s»-n wei .sten vorspringenden Teil des Wulstes darstellt.

Ein derartiger Rotor ist aus der OB-PS 646 483 bekannt.

Ein Rotor ist im Betrieb meist einer alternierenden Biegebelastung unterworfen, die in vielen Fällen, insbesondere bei Rotoren von großen Dampfturbinen, erhebliche Ausmaße annehmen kann. Ein aus mehreren axial hintereinander angeordneten Elementen zusammengeschweißter Rotor ist durch solche Biegebelastungen besonders gefährdet, wenn die Schweißnähte Unregelmäßigkeiten infolge unzureichend gefüllter Schweißfugen aufweisen. Solche Fehlstellen wirken sich wie kleine Risse an der Wurzel der Schweißnaht aus, so daß bei Biegebeanspruchung des Rotors an diesen Stellen eine Konzentration der Spannungsbelastung auftritt

Moderne Schweißverfahren gestatten es zwar, Unregelmäßigkeiten an der Schweißnaht auf eine geringe Tiefe zu beschränken, jedoch war es bisher nicht auszuschließen, daß auch derart geringe Unregelmäßigkeiten zu Spannungskonzentrationen führen, die einen Dauer- SS bruch des Rotors hervorrufen können. Man hat deswegen bisher alles daran gesetzt, die Unregelmäßigkeiten in der Schweißnaht durch zusätzliche Maßnahmen vollständig auszuräumen.

Eine nachträgliche Beseitigung der Unregelmäßig' keben durch Nachbearbeitung der Schweißnähtwurzel ist schwierig, da sieh die Schweißnahtwtifzel meist an der Innenseite des Rotors befindet und deswegen schwer zugänglich ist.

Aus der GB-PS 646 483 ist bekannt, die aneinander' zuschweißenden Rotorelemente auf der Innenseite zu beiden Seiten der Fuge mit einer umlaufenden Nut zu versehen, die zu 'einer Spannungsentlastung führen soll.

Piese Maßnahme, die zu einem an der Innenseite der Fuge nach innen vorspringenden Ringwtilst mit allgemeinen trapezförmigem Profil führt, bietet jedoch in ihrer bekannten Ausgestaltung keine ausreichende Sicherheit im Falle von Schweißnßhtfehlern, so daß neben der mit dem Ringwulst angestrebten Spannungsentlastung auch hier zusätzliche Mittel erforderlich sind, um die Gleichmäßigkeit der Schweißnaht an ihrer Wurzel herzustellen. In der besagten britischen Patentschrift wird daher zwingend vorgeschrieben, zur gleichmäßigen Füllung der Schweißfuge diese Fuge in Form eines sich nach außen erweiternden V-Kanals auszubilden und, zur Verhinderung von Unregelmäßigkeiten an der Schweißnahtwurzel, diesen Kanal von innen her entweder mitteis eines gesonderten Unterlegrings ode·- mittels eines an einem der Rotorelemente angeformten Vorsprungs zu unterlegen. Hierzu sind wiederum zusätzliche Arbeitsgänge bei der Formgebung oder beim Zusammenfügen des Rotors erforderlich.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, die Dauerbruchsicherheit der ^-hvveißnähte eines'Rotors durch einfache Maßnahmen zu gewährleisten.

Diese Aufgabe wird bei einem Rotor der eingangs beschriebenen Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Trapezhöhe wenigstens gleich dem Zehnfachen und höchstens gleich dem Zwanzigfachen der maximalen Tiefe von Unregelmäßigkeiten ist, die auf der schmäleren Grundsdte beim Schweißen zu erwarten sind, und daß die schmälere Grundseite im wesentlichen gleich der Trapezhöhe ist und daß die Trapezschenkel gegenüber den Grundseiten des Trapezes um 45° geneigt sind.

Die Erfindung hat den Vorteil, daß man nicht mehr wie bisher zusätzliche Mittel oder Arbeitsgänge benötigt, um Unregelmäßigkeiten an der Schweißnahtwurzel vollständig auszuschließen. Mit der Erfindung können vielmehr Fehlstellen beim Schweißen ohne die Gefahr eines späteren Dauerbruchs hingenommen werden.

Die Dimensionierung des Wulstes richtet sich nach der maximalen Tiefe der zu erwartenden Unregelmäßigkeiten, die wiederum von dem jeweils angewendeten Schweißverfahren abhängt. Da mit modernen Verfahren, wie es das Schweißen mit Hilfe von Elektronenstrahlen darstellt, die Unregelmäßigkeiten auf eine Tiefe von höchstens 1 Millimeter beschränkt werden können, beträgt in vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung die Trapezhöhe wenigstens 10 mm und höchstens 20 mm.

Ob die Unregelmäßigkeiten der Schweißnaht innerhalb der zulässigen Toleranz liegen, kann nach dem Schweißen mit Ultraschall überprüft werden. Eine solche Prüfung ist infolge der 45° -Neigung der Schenkel des Wulstes besonders leicht durchzuführen.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachstehend an Hand von Zeichnungen erläutert.

F i g. 1 zeigt einen Schnitt durch einen Turbinenrotor mit verschweißten Elementen;

F i g. 2 zeigt im größeren Maßstab einen Schnitt des Wulstes, der aft den miteinander zu versehweißenden Elementen gebildet ist;

Fig.3 zeigt Linien gleicher Beanspruchung in der Umgebung eines Schweißfehlers an einer Schweißnaht ohne Wulst;

F i g. 4 zeigt Linien gleicher Beanspruchung in der Umgebung eines Schweißfehlers im Fall des in F ί g. 2 dargestellten Wulstes.

Der in F i g. 1 dargestellte Rotor besteht aus hintereinander angeordneten Elementen wie Scheiben 1 und Ringen 2, die miteinander verschweißt sind. Die Ver- «chweißurrg erfolgt an Fugen, wie sie mit 3 zwischen den Elementen 4 und 5 dargestellt ist Die Versehwei-Dung wird von außerhalb des Rotors vorgenommen. Der innere Teil der Fuge 3 ist unzugänglich, so daß an dieser Stelle eventuell entstehende Schweißfehler wie Lücken oder Einschnitte nicht durch Nachschweißung beseitigt werden können.

Wie im e^:nzelnen in F i g. 2 dargestellt ist, haben die beiden Elemente 4 und 5 am Ort der Schweißfuge eine Trapezhöhe 6, so daß beim Zusammenfügen dieser Teile ein Trapez 7 entsteht, dessen schmälere Grundseite 8 in das Innere des Rotors vorspringt und dessen Trapezschenkel 9 einen Winkel von 45° mit dieser Grundseite bilden. Durch besondere Formgebung und Größe dieses Trapezes kann erreicht werden, daß Schweißfehler am unteren Teil 10 der Fuge 3 die Dauerbruchfestigkeit der Schweißverbindung nicht beeinträchtigen. Wie dieses Ergebnis zustandekommt, wird an Hand der F i g. 3 lind 4 kurz erläutert:

Im Falle der F i g. 3, wo kein Trapez vorgesehen ist, Sind die Linien 11 gleicher Beanspruchung am Ort der (als kleiner Einschnitt gezeigten) Unregelmäßigkeit an der Schweißnahtwurzel nahe beieinander, so daß an jener Stelle die Spannungsbelastung besonders konzentriert ist. An dieser Stelle ist daher die Gefahr eines. Dauerbruchs besonders groß. Die F i g. 4 zeigt dagegen die Verhältnisse beim Vorhandensein des in F i g. 2 dargestellten Trapezes 7. Die Linien gleicher Beanspruchung sind hier mit 12 bezeichnet In dem am weitesten vorspringenden Teil des Trapezes 7 entsteht eine spannungsfreie Zone 13, die in der F i g.4 schraffiert dargestellt ist. Die Tiefe dieser spannungsfreien Zone hängt von der Höhe des Trapezes, d. h. der Trapezhöhe 6 an den zu verschweißenden Elementen ab. Diese Trapezhöhe wird so gewählt, daß auch die größten zu erwartenden Schweißfehler noch in der spannungsfreien Zone 13 liegen, so daß an der Fehlerstelle keine konzentrierte Spannungsbelastung auftreten kann und ein Dauerbruch des Rotors an dieser Stelle vermieden wird. Man erreicht dieses Ziel, wenn man die Höhe des Trapezes mindestens gleich dem Zehnfachen und höchstens gleich dem Zwanzigfachen der größten zu erwartenden Tiefe der Unregelmäßigkeit macht Die schmälere Grundseite 8 des Wulstes sei dabei gleich der Trapezhöhe 6.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Rotor aus axial hintereinander angeordneten Elementen wie Scheiben oder Ringen, die mit be- s nachbauen Teilen aneinander geschweißt sind, wobei jeweils zwei aufeinanderfolgende Elemente #inen nach innen vorspringenden Ringwulst mit allgemein trapezförmigem Profil bilden, dessen fchmälere Grundseite den am weitesten vorsprin- ι ο genden Teil des Wulstes darstellt, dadurch gekennzeichnet, daß die Trapezhöhe (6) wenigstens gleich dem Zehnfachen und höchstens gleich dem Zwanzigfachen der maximalen Tiefe von Unregelmäßigkeiten ist, die auf der schmäleren Grundseite (8) beim Schweißen zu erwarten sind, und daß die schmälere Grundseite (8) im wesentlichen gleich der Trapezhöhe (6) ist und daß die Trapezschenkel (9) gegenüber den Grundseiten (8) des Trapezes um 45° geneigt sind.

2. Rotor nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet, daß die Tripezhöhe (6) wenigstens 10 mm und höchstens 20 mm beträgt.