DE2324388A1

DE2324388A1 - Verfahren und vorrichtung zum herstellen geschweisster laeufer

Info

Publication number: DE2324388A1
Application number: DE19732324388
Authority: DE
Inventors: Wjatscheslaw Illariono Erochin; Semen Iosifowitsch German; Lasar Matweewitsch Jarowinskij; Boris Sergeewitsch Kasatkin; Anatolij Borisowitsch Nejland; Sergej Fedorowitsch Nikolskij; Boris Ewgenewitsch Paton; Jurij Iwanowitsch Potemkin; Arij Fedorowitsch Rudkowskij; Wiktor Iwanowitsch Rudnew; Nikolaj Nikolaewitsch Sorew; Wiktor Wasilewitsch Ugolnikow
Original assignee: KH TURBINUY SAWOD IM S M KIROW; V PT I TJASCHELOWO MASH MOSKAU
Current assignee: KH TURBINUY SAWOD IM S M KIROW; V PT I TJASCHELOWO MASH MOSKAU
Priority date: 1972-07-21
Filing date: 1973-05-14
Publication date: 1974-02-07
Also published as: DE2324388C3; DE2324388B2; FR2193677A1; FR2193677B1; CH573283A5

Description

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1 . Vse8oiuzn3/-j proektno-teehnolo^iceskij Institut tjazelogo masinostroeniia,

2. Ohar'kovskij turbinuyi zavocl iraeni S. M, Kirova

VJiRr¹AHREII UND VORRICHTUNG ZUM HERSTELLEN GESCHV/EI SSTER

LÄUFER

Die vor^-iee^nde Erfindung bezieht sich auf den Turbinenbau und insbesondere auf ein Verfahren zum Herstellen geschwellter Läufer und auf eine Verrichtung zum Durchführen desselben»

Diese Erfindung kann am erfolgreichsten zum Herstellen von geschweißten Hochlelstungsturblnenläufern mit großen Abmessungen angewendet werden.

Ii¹S ist schon ein Verfahren zum Herstellen von geschweißten Läufern durch Zusammensetzen derselben aus einzelnen scheibenförmigen Halbfabrikaten, die koaxial und spielfrei mit ihren Auflageflächen aneinander angelegt werden, und durch Zusammenschweißen dieser Scheiben längs ihre³ Umfangs mittels Wurzel-

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und Grundnähten während ihrer gemeinsamen Drehung bekannt»

Bei dem bekannten Verfahren werden alle Scheiben der Reihe nach in der Senkrechtlage des Läufers (mit Vorwärmung der Scheibenstöße) zusammengesetzt und durch F/urzelnähte zusammengeschweißt·

Der auf diese Weise zusammengesetzte Läufer wird ohne Abkühlung durch Kanten (Umlegen) in die Waagerechtlage ge~ bracht· Dann werden die Grundnähte bei ununterbrochener Drehung des Läufers geschweißt·

Die Vorrichtung "zum Herstellen von geschweißten Läufern aus etrfelnen Halbfabrikaten nach dem obenbeschriebenen Verfahren besteht aus zwei Ständen.

Auf einem . dieser Stände ,und zwar dem senkrechten, wird der Läufer in der Senkrecht lage durch koaxiales Auflegen eines Halbfabrikats auf das andere zusammengesetzt. Dann werden ihre Stoß»*- stellen mittels Wurzelnähten verschweißt.

Dieser Stand besitzt ein Auflager für den Zapfen des zusammen« zusetzenden Läufers und einen Antrieb, um ihn während des Schweißens in Drehung zu versetzen. Die Halbfabrikate werden beim Zusammensetzen des Läufers auf dem Stand mittels Werkstattshebe- und For der zeugen aufgelegt. Letztere dienen auch zum Kanten des Läufers.

Der Stand ist mit einer Hebebühne ausgerüstet·

Nach dem Kanten wird der zusammengesetzte Läufer auf den zweiten Stand, d.h. den waagerechten, gelegt, welcher zw§L Auf lager für die Läufer zapfen und einen Antrieb, am den Läufer während des

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Schweißens der Grundnähte in Drehung zu versetzen, besitzt (s, beispielsweise die USA-Fachzeltschrlft "Welding Journal", I968, Nr. 6, S. 47, den Beitrag von A. Luty "Einige Vorteile geschweißter Turbinenläüfer").

Einer der Hauptnachtelle des bekannten Verfahrens besteht darin, daß das Zusammensetzen der Scheiben bei der Senkrechtlage der Läuferachse diesen Vorgang praktisch unkontrollierbar und

unbeeirflu3V>ar
folglich auch ^v macht, da es unmöglich 1st, zu prüfen, ob die Scheiben koaxial aufgelegt werden, ob die Achse des zusammengesetzten üchelbenpaköts gekrümmt 1st und auch ob Stirn- und Radialschlag ^c^-m-P- i«3t.

Es ist ein weiterer Nachteil des bekannten Verfahrens, daß der Läufer im angewärmten Zustand aus der Senkrecht- in die Waagerecht lage umgelegt werden muß·

Die zum Umlegen des Läufers erforderliche Steifheit wird durch absichtliches Vergrößern der Wurzelnahttiefe auf fast 1/3 der Nahtflankenhöhe erreicht, wodurch praktisch das Beseitiger von Verformungen, die beim Schweißen der Wurzelnähte auftreten, erschwert wird.

Da außerdem die Festigkeitseigenschaften der Wurseinähte

schlechter als die der Grundnähte sind, wird die Festigkeit der gesamten Schweißverbindung vermindert·

Bekanntlich ist die Schweißgeschwindigkeit der Wurzelnaht bodoUtend ö'e^iti&er als die Schwelßgeschwindigkelt der Grundnahte (3... 4- m/s im Vorgleich zu 20, ..25 m/s). Deshalb wird durch den

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größeren Anteil der Wurzelnaht die gesamte Produktivität dos technologischen Prozesses bei der Läuferherstellung gesenkt.

Es ist auch zu beachten, daß das Erzeugen ainer hochwertigen Wurzelnaht bei senkrecht stehender Läuferachse kompliziertere und teuerere Schweißverfahren erfordert.

Außerdem werden beim bekannten Verfahren die Wurzelnähte mit Vorwärmung geschweißt wodurch einerseits der ganze Herstellungsprozeß des Läufers größeren Arbeitsaufwand erfordert und andererseits zusätzliche Voraussetzungen für Abweichungen von der geforderten geometrischen Form des Läufers geschaffen werden.

Die Vorrichtung zum Durchführen dieses Verfahrens erfordert zwei Arbeitsstellen, die mit einer Anwärm- und einer Schweißausrüstung sowie mit einem Werk zum Umlegen des Läufers versehen sind. Diese Vorrichtung nimmt große Produktionsflächen ein und erfordert hohe Kapitalanlagen.

Außerdem entstehen beim Zusammensetzen JLn der Senkrechtlage von über 10 m langen Läufern mit großen Abmessungen gewisse technische Schwierigkeiten während der Bedienung einer solchen senkrechten Arbeitsstelle, da zusätzliche Einrichtungen in Form von ringförmigen Hubbühnen und auch eine Werkhalle mit mindestens 3O...4-O m hohen Kranbahnen erforderlich sind.

Es sind auch Vorrichtungen zum Zusammensetzen und Schweißen von einzelnen Großschüssen in der Waagerecht lage bekannt, die ein Gestell mit einem feststehenden und einem längs der Vorrichtungsachse verschiebbaren Auflager sowie zwischen ihnen ange-

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ordneten Lünetten enthalten. Letztere sind in derselben Richtung verschiebbar und dienen zum Unterstutzen der auf sie aufgelegten, zu versehweißenden Halbfabrikate·

Diese Vorrichtungen enthalten ebenfalls einen Antrieb, um die Halbfabrikate in Drehung zu versetzen, und ein Werk zum Zusammendrücken derselben in Achsrichtung. Dieses Werk besteht aus einer Druck/platte, welche senkrecht zur Vorrichtungsachse derartig auf das verschiebbare Auflager aufgesetzt ist, daß sie relativ zu ihm längs der Vorrichtungsachse verschoben v/erden kann· Diese Platte ist mit dem feststehenden Auflager durch längsliegende, mit Antrieben versehene Zugstangen verbunden·

Es ist jedoch unmöglich, auf diesen Vorrichtungen Läufer aus scheibenförmigen Halbfabrikaten zusammenzusetzen und zu schweißen, da es sehr schwierig 1st, die koaxiale Lage dieser Scheiben und das spielfreie Anliegen ihrer Stirnflache aneinander während des Schweißens sicherzustellen· Außerdem macht es Schwierigkelten, die Krümmung der Läuferachse, welche während des Zusammenschweißens des Läufers aus Halbfabrikaten entsteht, zu kompensieren·

Es ist das Ziel der vorliegenden Erfindung, die erwähnten NachteHe zu beseitigen·

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Herstellen geschweißter Läufer und eine Vorrichtung zum Durchführen desselben zu schaffen, welche hohe Hers&ellungsgenautgkelt der Läufer bei gleichzeitiger Vereinfachung des technologischen Prozesses, Erhöhung der Arbeltsproduktivität und Verminderung der

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Kapitalanlagen gewährleisten·

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß der Läufer in der Waager echt lage zusammengesetzt und geschweißt wird, indem das .Aufsetzen jeder folgenden, an der vorhergehenden anzubringenden . Scheibe und das Verschweißen ihres Stoßes mittels einer Wurzelnaht einander abwechseln, wobei jede anzubringende Scheibe im Voraus so aufgesetzt wird, daß sie im Raum in bezug auf die vorhergehende Scheibe orientiert v/erden kann, während sie dann an diese durch eine Axialkraft bis zum Zusammenfallen

der Auflageflächen der Scheiben angepreßt wird und beide durch eine Wurzelnaht unter Aufrechterhaltung der Wirkung dieser Kraft miteinander verschweißt werden·

Eine solche Lösung ermöglicht es, den arbeitsaufwendigen Umlegevorgang zu vermeiden, der Abweichungen von den geometrischen Läuferabmessungen hervorruft· Die räumliche Orientierung der anzubringenden Scheibe in bezug auf die vorhergehende gewährleistet während des Schweißens der Wurzelnaht dauernden festen Kontakt längs des ganzen Umfangs der Auflageflächen der Scheiben, wodurch wiederum das Erhalten einer hochwertigen Wurzelnaht sichergestellt wird.

Außerdem stellt die mögliche Orientierung der anzubringenden Scheibe ihre Selbstzentrierung in bezug auf die vorhergehende Scheibe während des Einsetzens durch den Einfluß der Eigenspannungen sicher, die beim Abkühlen der Sitzbohrung der vorhergehenden Scheibe auftreten.

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Die Axiaikräft, welche man an den zusammenzusetzenden Scheiben angreifen läßt, h^lt nicht nur die anzubringende Scheibe in der Schweißstellung, sondern erzeugt auch Druckspannungen, welche

den während des Schweißens durch Schwinden hervorgerufenen Zugsie

spannungen entgegenwirken und/in einem gewissen Grad kompensieren.

Zweckmäßlgerwolse wird nach dem Schweißen jjeder Wurzelnaht

der geometrische Kittelpunkt der angeschweißten Scheibe auf die zuvor festgelegte Läuferachse gestellt und diese Scheibe oder das Paket aus zuvor zusammengeschweißten Scheiben um Ihre (beziehungsweise seine) Achse In bezug auf die anzubringende Scheibe gedreht, bis die Abschnitte ihrer aneinander anliegenden Auflageflächen, welche maximale und entgegengesetzt gerichtete Schläge aufweisen, zusammenfallen.

Dies ermöglicht es, gede anzubringende Scheibe und die letzte Scheibe des schon zusammengeschweißten Pakets direkt vor ihrer Verbindung koaxial zueinander anzuordnen, wodurch der Radialschlag des geschweißten Iiäufers vermindert wird.

Gleichzeitig vermindert das Zusammenlegen der Auflageflächenabschnitte aneinander anliegender Scheiben, welche maximale und entgegengesetzt gerichtete Schläge aufweisen, die Krümmung der Läuferachse, vorausgesetzt daß die Auflagoflachen dieser Scheiben dicht aneinander anliegen·

Ls ist auch zweckmäßig» ^v°^ dem Zusammensetzen an den beiden

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Auflageflächen jeder Scheibe im voraus in der Würze !naht ζ one Ringnuten vorzusehen, die mit Metall gefüllt sind, welches to\"M-poner als das Scheibenmetall ist, um die Wurzelnähte ohne Anwärmung schweißen zu können·

Außerdem gewährleistet das Ausführen der Scheibenstoßsteilen aus plastischem Metall Elastizität des Läufers in Richtung seiner Längsachse und verhindert das Auftreten von Ermüdungsrissen während seines Betriebseinsatzes. Hierdurch wird auch eins spielfreie Zusammensetzung gewährleistet, da das M IcI same He tall beim Zusammenpressen der zu verschweißenden Scheiben zerquetscht wird, was zum hermetischen Abdichten des Läuferinnenraums, der beim Schweißen der Wurzelnaht mit Schutzgas gefüllt wird, erforderlich ist.

Das-obenbeschriebene erfindungsgemäße Verfahren zum Herstellen geschweißter Läufer wird mit Hilfe einer Vorrichtung durchgeführt, die ein Gestell mit einem feststehenden und einem längs der Vorrichtungsachse verschiebbaren Auflager zum koaxialen Aufnehmen der Zapfen des zusammenzusetzenden Läufers sowie zwischen diesen Auflagern angeordnete Lünetten enthält, die in derselben Richtung verschiebbar sind und zum Unterstützen der auf sie aufgelegten Scheiben des zusammenzusetzenden Läufers dienen, wobei die Vorrichtung auch einen Antrieb, um die Scheiben in Drehung zu versetzen, und ein Werk zum axialen Zusammendrücken derselben besitzt, das aus einer Druckplatte besteht, welche senkrecht zur Vorrichtungsach.se montiert und tilt dem verschiebbaren Auflager

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derart verbunden ist, daß sie relativ zu ihm längs der Vorrichtungsachse verschoben werden kann, während die Verbindung mit dem feststehenden Auflager durch längsliegende, mit Antrieben versehene Zugstangen erfolgt.

Erfindungsgemäß 1st die Druckplatte mit dem verschiebbaren Auflager durch einen Wagen verbunden, welcher derartig auf den Längsführungen dieses Auflagers aufgesetzt ist, daß er in ,der Waagerechtebene gedreht werden kann, während die Druckplatte so an diesem Wagen angelenkt ist, daß sie in der durch die ■Vorrichtungsachse gehenden Senkrechtebene gedreht werden kann, wobei im feststehenden Auflager und in der Druckplatte koaxial selbsteinstellende Elemente vorgesehen sind, welche die Zapfen des ziisammenzusetzenden Läufers umfassen und in Wechselwirkung mit ihren äußeren Stirnflächen stehen,

!Cine solche komplizierte Bewegung der Druckplatte ermöglicht es Ihr, sich zusammen mit der anzubringenden Scheibe des zusammenzusetzenden Läufers ungehindert und selbständig im Raum in bezug auf die Auflagefläche der schon angeschweißten Scheibe einzustellen, während die vorhandenen selbsteinstellenden Elemente In den Auflagern die Krümmung der Läuferachse beim Drehen des Läufers wahrend des Schweißens kompensieren₀

Gemäß einer der möglichen Ausführungsformen der Erfindung wird auf einer der LÜnetten eine abnehmbare Zentriereinrichtung aufgesetzt, die aus einem Kranz besteht, der an seiner Innenfläche Werke besitzt, welche die anzubringende Scheibe des zusammenzu-

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setzenden Läufers zentrieren und einspannen, sowie ein selbsteinstellendes Element hat, das mit der Auflagefläche dieser Scheibe in Wechselwirkung steht.

Jedes selbste ins teilende Element kann In Form eines sphärisehen Kugeldrucklagers ausgeführt werden, dessen beide Ringe flache Laufbahnen haben und mit Hilfe elastischer Teile aneinander angedruckt sind·

Nachstehend wird zum besseren Verständnis des Wesens der Erfindung ein konkretes Ausführungsbelsplel des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Herstellen geschweißtes Turbinenläufer mit Hilfe der Vorrichtung zum Durchführen desselben unter Hinwels auf beiliegende Zeichnungen betrachtet; es zeigt

FIg, 1 in schematlscher Darstellung die Gesamtansicht (mit Tellausschnltten) der Vorrichtung, die in -U'orm eines Stands zum waagerechten Zusammensetzen und Schweißen von Hochleistungsturbinenläufern mit großen Abmessungen ausgeführt ist, Flg. 2 einen Schnitt nach Linie II-II der Flg. 1,

Fig. JS die Einzelheit "A" der Flg. 1 (im vergrößerten Maßstab),

Fig. 4 die Ansicht m Sichtung des Pfeils "B" der Fig. 1 (im vergrößerten Maßstab),

FIg. 5 die Ansicht in Richtung des Pfeils "C" der Fig. 1 (im vergrößerten Maßstab),

Fig. 6 einen Schnitt- nach Linie VI-VI der Flg. 4 (im vergrößerten Maßstab),

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i'lg, 7 die Lage der Läufer scheiben vor dem Zusammensetzen,

Flg. 8 die Lage der bereits zusammengesetzten Lauferscheiben und

Flg. 9 die Einzelheit "D" der Flg. 8 (im vergrößerten Maßstab)·

Der erfmdungsgemäße Stand enthält ein Gestell 1 (Flg. 1), auf dem ein feststehendes Auflager 2 und ein verschiebbares Auflager 3 mit Solleimnetten 4 aufgesetzt sind, wobei die Auflager zum koaxialen Aufnehmen der Zapfen 5 und 5' des in der V/aagerechtlage längs der Standachse 7 zusammenzusetzenden Läufers 6 bestimmt sind«

Auf der Seite des feststehenden Auflagers 2 1st auf dem Gestell 1 des Stands ein Antrieb 8 montiert, welcher gemeinsam die Halbfabrikate des Läufers 6 um seine Achse während des Schweißens in Drehung versetzt«

Das verschiebbare Auflager 3 ist derart auf das Gestell 1 aufgesetzt, daß es längs der Standachse 7 lh Führungen 9 (FIg, 2) des Gestells 1 eine Hin- und Herbewegung ausführen kann·

Zwischen den Auflagern 2 und 3 sind zwei Lünetten 10 (Fig.1) und 11 (Flg. 7i 8) so montiert, daß sie sich längs denselben Führungen 9 des Gestells 1 vorschieben können. Diese Lünetten sind zum -Auflegen der Halbfabrikate bestimmt, welche die Form von Scheiben 12 haben, aus denen der Läufer 6 zusammengesetzt wird.

Auf dem verschiebbaren Auflager 3 sind dor Längsachse 7 des Stunds entlang Führungen 13 (Flg. 2) befestigt, auf denen sich

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die Rollen 14- eines Wagens 15 verschieben· Diese Bollen 14 besitzen Borde 16, welche die Führungen 13 unter Freilassen eines Spalts umfassen, der eine gewisse Drehung des Wagens 15 nach beiden Seiten hin in der Waagerechtebene ermöglicht.

Im Wagen 15 und im versohle bohren Auf lager 3 sind Aussparungen 17 vorgesehen, um in ihnen ungehindert eine Druckplatte anordnen zu können, die dreieckige Form hat und sich in der vertikalen, zur Standachse 7 senkrechten Ebene befindet. Diese Platte 18 1st erfindungsgemäß am Wagen 15 mit Hilfe der Waagerechtachse 19 angelenkt, die senkrecht zur Standachse 7 steht und deren Enden auf Lagern 20 ruhen.

Eine derartige gelenkige Befestigung ermöglicht es der Druckplatte 18, sich in der Senkrecht ebene zu drehen, welche durch die Standachse 7 geht, sowie sich zusammen mit dem Wagen 15 um ihre Senkrechtachse zu drehen.

Im feststehenden Auflager 2 sind drei waagerechtliegende Hydraulikzylinder 21 (Flg. 1) befestigt, die gleichmäßig längs eines Kreises um die Standachse 7 verteilt sind, wobei einer von ihnen unten im Auflager 2 auf dem senkrechten Durchmesser dieses Kreises sitzt.

Die Kolbenstangen 22 dieser Hydraulikzylinder 21 sind durch lösbare Gelenkverbindungen mit den Shden der längsliegonden Zugstangen 23 verbunden, Vielehe die Druckplatte 1§ mit dem feststehenden Auflager 2 verbinden. Zu diesem Zweck befinden eich In den Ecken der Druckplatte 18 durchgehende senkrechte Hüten 24

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(Flg. 2), durch welche die Zugstangen 23 geführt sind, die mit der Druckplatte 18 durch lösbare Verschlüsse mit Feststellbolzen 25 verbunden sind· Letztere werden In koaxialen kalibrierten Bohrungen 26 und 27 eingesetzt, die in den Wanden dieser Nuten 24 beziehungsweise in den Zugstangen 23 ausgeführt sind·

Die Bohrungen 27 sind in den Zugstangen 23 über ihre gesamte Lange in bestimmten Abstanden voneinander ausgeführt·

Der Feststellbolzen 25, welcher die Druckplatte 18 mit der unteren Zugstange 23 verbindet, ist lose durch ein ovales Langloch 28 im verschiebbaren Auflager 3 geführt· Die Druckplatte 18 kann sich zusammen mit dem Wagen 15, soweit die Länge dieses Lochs 28 es erlaubt, auf den Führungen 13 längs dem verschiebbaren Auflager 3 verschieben·

Das verschiebbare Auflager 3 ist durch einen Feststellbolzen 29 des lösbaren Verschlusses mit der unteren Zugstange 23 verbunden·

Die %den der oberen Zugstangen 23 liegen auf Tragrollen 3° (J?lg. 5) auf, die an Kragarmen 31 und 32, welche am Gestell 1 beziehungsweise am feststehenden Auflager 2 angebracht sind, befestigt sind·

Die -^nden der unteren Zugstange 23 liegen auf Tragrollen 33 auf, die unmittelbar am Gestell montiert sind·

In den beiden Auflagern 2 und 3 befinden sich selbsteinstellende Elemente 3^ (Fig· 3)» welche die Form von sphärischen

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Kugeldrucklagern haben sowie die Zapfen 5 und 5' des zusammenzusetzenden Läufers 6 umfassen und mit Ihren äußeren Stirnselten 35 in V/echse!wirkung stehen·

Jedes dieser Lager 34 besitzt Ringe 3⁶ und 37 mit flachen Laufbahnen· Die Ringe sind in einem Gehäuse 38 eingebaut und werden dauernd durch Federn 39 aneinander gepreßt.

Im Gehäuse 38 befindet sich auch ein Druckring 40, der mit der Stirnfläche des Auflagers 2 beziehungsweise 3 ist Wechselwirkung steht*

Auf die Rolleniinette 10 ist lose eine abnehmbare Zentriereinrichtung 41 aufgesetzt, die zum Einspannen jeder anzubringenden Scheibe 12 und zum Zentrleren derselben bestimmt ist. Diese Einrichtung 41 1st überflüssig, wenn der Laufer 6 aus Scheiben 12 besteht, welche eine unveränderliehe Stellung auf der Rollenlünette bei Waagerechtlage ihrer Achse einnehmen können·

Diese Einrichtung 41 (Hg· 4 und 6) besteht aus einem Kranz 42, dessen Außenfläche hochgenau bearbeitet ist und auf dessen Innenfläche Werke 43» welche die anzubringende Scheibe 12 In bezug auf die Außenfläche des Kranzes 42 zentrleren, sowie die Werke 44, welche diese Scheibe 12 im Kranz einspannen, angeordnet sind· Die Innenfläche des Kranzes 42 ist stufenförmig ausgeführt und mit der Stirnfläche der einen Stufe steht das In den Kranz 42 eingesetzte selbsteinstellende Element In Wechselwirkung, welches ebenfalls in Form eines sphärischen Kugeldrucklagers 34 ausgeführt ist.

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Die miteinander zu verschweißenden Scheiben 12 v/erden durch den Antrieb 8, welcher mit der Stirnfläche des Zapfens 5 durch eine Planschelbe 45 mit schwimmendem Mitnehmer 46 verbunden ist, in Drehung versetzt»

Die Arbelt auf dem Stand verläuft folgendermaßen.

Auf den beiden Zapfen 5 und 5* des Läufers 6 werden, wie dies aus Flg. 4 ersichtlich 1st, die Kugeldrucklager JH- befestigt. Der eine Zapfen, und zwar Zapfen 5» wird von oben her über die Aussparung im feststehenden Auflager 2 auf dessen Rolleiiunetten 4 aufgesetzt, Kit Ihrer Hilfe wird die Achse des Zapfens 5 auf die Waagerechtachse des die Drehung erzeugenden Antriebs 8 eingestellt. Diese Achse fällt mit der Standachse 7 zusammen·

Dann wird die Achse dieses Zapfens 5 (mit Hilfe eines Üfeßgeräts beliebiger bekannter Konstruktion) festgelegt und als Ideale geometrische Läuferachse betrachtet.

Der andere Zapfen, und zwar der Zapfen 5*, wird über die

1. Aussparung in der Druckplatte 18 auf die Rollermnetten 4 des verschiebbaren Auflagers 3 aufgelegt und auf die zuvor festgelegte Standachse 7 eingestellt.

Der in das feststehende Auflager 2 eingesetzte Zapfen 5 wird mit dem die Drehbewegung erzeugenden antrieb 8 verbunden.

Die Lünette 10 mit der auf Ihr angeordneten ZentrlereInrlchtun-3 41 wird ao eingestellt* daß die Einrichtungsachse mit der Standachse 7 zusammenfällt.

Darm, wird die lilnrichtun^ 41 vom Stand abgenommen, auf eine

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Waagerecht ebene außerhalb des Stands gelegt und die anzubringende Scheibe 12 in sie eingesetzt. Danach wird die Scheibe in bezug auf die Außenfläche des Kranzes 42 zentriert und in dieser Lage eingespannt.

Hiernach wird die Vorrichtung 41 mit Hilfe eines Kraus auf die Lünette 10 aufgesetzt, welche mit dem verschiebbaren Auflager 3 verbunden 1st und zusammen mit ihm längs den Führungen 9 &es Gestells verschoben wird.

Das verschiebbare Auflager 3 wird mit EiIfe des Feststellbolzens 29 mit der unteren Zugstange 23 verbunden und Druckflüssigkeit wird in den unteren Hydraulikzylinder 21 geleitet, dessen Kolbenstange 22 sich zusammen mit der Zugstange 23 um die Länge des Kolbenhubs (auf der Pig, 1) nach links verschiebt. Um dasselbe Maß werden die Lünette 10 mit der Zentriereinrichtung 41 und das verschiebbare Auflager 3 mit dem Zapfen 5* verschoben.

Dann wird der Feststellbolzen 29 herausgenommen und die Verbindung zwischen der unteren Zugstange 23 und dem verschiebbaren Auflager 3 gelost sowie die Kolbenstange 22 des unteren Hydraulik zyllnders 21 zusammen mit dieser Zugstange 23 nach rechts geschoben, welche durch die Aussparung 17 im verschiebbaren Auflager 3 geht und sich mit ihrer kalibrierten Bohrung 27 gegenüber der Öffnung für den Peststellbolzen 29 im Auflager 3 einstellt.

Hiernach wird in diese Bohrung und öffnung der Peststellbolzen 29 eingeführt und der untere Hydraulikzylinder 21 eingeschaltete Als Folge hiervon werden die Lünette 10 und das Auf-

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lager 3 noch um eine Kolbenhublänge des Hydraulikzylinders 21 nach links geschoben·

Derartige Verschiebungen nach links des verschiebbaren Auflagers 3 werden fortgesetzt, bis die auf die Lunette 10 aufgesetzte Scheibe 12 dicht, mit maximal zulässigem Spiel, an den Zapfen 5 herankommt·

Hiernach wird mit Hilfe von Meßgeraten der Schlag der aneinander anliegenden Auflageflachen 49 (Flg. 6) des Zapfens 5 und der anzubringenden Scheibe 12 bestimmt und der Zapfen 5 mit Hilfe des Antriebs 8 so lang um seine Achse gedreht, bis der Abschnitt seiner Auflagefläche 49 mit maximalem Schlag gegenüber dem Abschnitt der Auflagefläche 49 der Scheibe 12 zu stehen kommt, der einen maximalen, aber entgegengesetzt gerichteten Schlag aufweist·

Die Scheiben 12 werden miteinander und mit den Zapfen 5 und 5* Im Schiebesitz längs Sitzbunden 47 (Flg. 7) und entsprechenden öffnungen 48 verbunden, die zuvor an den Stirnflächen der Scheiben 12 sowie der Zapfen 5 und 5' ausgeführt olnd.

Dann wird die anzubringende Scheibe 12 mit der Lünette 10 und dem Auflager 3 beim Einschalten des unteren Hydraulikzylinders 21 nach links geschoben, und ihr Sitzbund 47 tritt in die entsprechende öffnung 48 des Zapfens ein, bis sich Ihre Auflageflächen 49 (Flg. 9) berühren. Hiernach wird die Verbindung des Foststellbolzens 29 mit der unteren Zugstange 23 gelöst, die Druckplatte 18 wird mit Hilfe der Festsüollbolzen 25 mit allen

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drei Zugstangen 23 verbunden und in die kolbenstangenseitigen Räume der Hydraulikzylinder 21 wird Druckflüssigkeit geleitet. Hierbei werden die Zugstangen 2p nach links geschoben und drücken über die Druckplatte 18 und den rechten Zapfen 5'auf die anzubringende Scheibe 12, v/obei sie an den linken Zapfen gepreßt wird.

Als Folge hiervon werden der Zapfen 5 und die Scheibe 12,

in

welelie miteinander zu verbinden sind,^axialer Richtung mit der erforderlichen Kraft P (Flg. 8), die im Bereich von ungefähr 300 Mp liegt, zusammenge/.preßt. Das feststehende .auflager 2 und die Druckplatte 18 zusammen mit den Zugstangen 23, den Kugeldrucklagern. 34 und den Halbfabrikaten (5 und 12) bilden eine geschlossene Einheit, welche alle Axialkräfte aufnimmt, so daß diese nicht auf das Gestell 1 des Stands und den Antrieb 8, welcher den Läufer 6 In Drehung versetzt, übertragen werden.

Die Unparallelität der Auflageflächen 49 der Scheiben 12, die bei deren spanabhebenden Bearbeitung entsteht, hat ungleichmäßig großes Spiel zwischen den Auflageflächen 49 dieser Scheiben 12 beim Zusammensetzen derselben in der Waagerecht lage zur Folge« Beim darauffolgenden Schweißen der Wurzelnaht 5° (Fig. 9) kann hierdurch eine Naht mit niedriger Qualität entstehen und deshalb wird erfindungsgemäß dieser Fehler durch Zusammenlegen der Auflage flächen 49 der zusammenzusetzenden Scheiben 12 durch Angriff einer Axialkraft P komp^ensiert,. bis die Scheiben einander am ganzen Umfang berühren.

Dies wird erfindungsgemäß durch das Anlenkon der Druckplatte

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18 am Wagen 15» das mögliche Drehen derselben In der Waagerechtebene zusammen mit dem Wagen 15 und auch das Wechse!wirken der anzubringenden Scheibe.12 mit dem sphärischen selbstelnstellenden Kugeldrucklager 34 gewährleistet·

Hiernach wird die Verbindung zwischen der anzubringenden Scheibe 12 sowie dem Einspannwerk 44 und dem Zentrier werk 45 gelöst, was zur Folge hat, daß diese Scheibe 12 nur durch Ihre äußere Stirnfläche mit der Einrichtung 41 In Wechselwirkung steht und sich selbständig In bezug auf den Zapfen 5 einstellen kann.

Während des Einsetzens wird die anzubringende Scheibe 12 am Zapfen 5 durch die Reibung gehalten, welche durch eine über die Druckplatte 18 übertragene Axialkraft P erzeugt wlrdo

Nach dem Einsetzen wird der Radlaischlag der zum Schweißen vorbereiteten ftahtflanke an der Stelle, an der die anzubringende Scheibe 12 und der Zapfen 5 zusammenstoßen, geprüft, um den Anfangspunkt beim Schweißen der Wurzelnaht 50 festzulegen· Kit dem Schweißen wird an der Stelle mit dem größten Schlag begonnen.

Dann wird der die Drehbewegung erzeugende Antrieb 8 eingeschaltet und der Zapfen 5 zusammen mit der an ihm angepreßten Scheibe 12 beginnt sich mit der vorgegebenen Geschwindigkeit zu drehen, wobei die wurzelnaht nach einem der bekannten Vorfahren geschweißt wird.

Jode Wurzelnaht 5O wird ohne Beseitigen der Einwirkung der Druckkraft P geschweißt, welche nicht nur das anzubringende Halbfabrikat in dor Schweiß lage hält, sondern auch cioIchEiaBlges Ver-

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formen der zu verschweigenden Halbfabrikate gewährleistet sowie ^uch Druckspannungen erzeugt, welche den durch Schwinden hervorgerufenen Zugspannungen entgegenwirken und sie in einem gewissen Grad kompensieren·

Das Losen der Verbindung zwischen jedem angebrachten Halbfabrikat 12 und der Einrichtung 14 vor dem Einsetzen des Halbfabrikats und dem Schweißen der Wurzelnaht $0 beseitigt auch jedweden Einfluß der verschieden gerichteten Radiales chlage der zylindrischen Auflageflächen des Zapfens und der anzubringenden Scheibe 12| die beim Rotieren der Halbfabrikate entstehen, auf die Schweißbedingungen.

Nach dem Schweißen der Wurzelnaht ^O wird die Verbindung zwischen der Druckplatte 18 und den Zugstangen 23 gelöst, sowie das verschiebbare Auflager 3 mit Hilfe des Festellbolzens 29 mit der unteren Zugstange 23 verbunden.

Dann wird die Lünette 10 unter die Zentriereinrichtung 4-1 geführt und die Scheibe 12 vom Einspannwerk 4-4 gelöst.

Hiernach wird in den der Kolbenstange gegenüberliegenden Raum des unteren Hydraulikzylinders 21 Druckflüssigkeit geleitet sowie werden das verschiebbare Auflager 3 und die Lünette 10

mit der Zentriereinrichtung 41 nach rechts fortgeschoben, wobei sie Platz für die folgende anzubringende Scheibe 12 machen, wahrend die Lünette 11 unter die schon angeschweißte ,Scheibe geführt wird.

Die Zentriereinrichtung 41 wird vom Stand abgenommen, in

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ihr wird die folgende Scheibe 12 eingespannt und die Vorrichtung wird wieder auf die Lünette 10 aufgesetzt·

üer geometrloche MitteIpunkt ¹¹O" der Stirnseite der schon angeschweißten Scheibe 12 weicht (infolge des Verziehens beim Schweißen) von der festgelegten Standachse 7 ab, weshalb mit Hilfe der Lünette 11 die Lage dieser Scheibe 12 reguliert und ihr Mittelpunkt "O" auf die ütanaachse 7 gestellt werden muß.

.Auf diese Welse wird das Arbeltsspiel beim Zusammensetzen der beiden aneinander anliegenden Halbfabrikate und beim Schweißen Ihrer Wurzelnaht 50 beendet.

Auf analoge V/eise werden alle folgenden Halbfabrikate zusammengesetzt und verschweißt.

In dem Maße, in dem das aus Scheiben 12 bestehende Paket angestückt wird, wird die es unterstützende Lünette 11 längs des Pakets so verschoben, daß die Verformung des schon geschweißten Teils des Läufers 6 minimal ist.

Eeim Drehen der zusammengesetzten Pakete während des Schweißens dor V/urzelnKhte werden sie so von den Lünetten 4 und 11 (von denen die Lünette 4 unter dem Zapfen 5 und. die Lünette 11 unter der Scheibe 12 liegt) unterstützt, wie dies aus Flg. 8 ersichtlich ist.

Jährend des Drehens dos zusammengesetzten Läufers 6 werden die Krümaung seiner .achse 7 und die Verziehungen der Auflagefläche: 49 der Zapfen 5 und 5' durch die selbsteinstellenden Kugellager

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aufgenommen, wobei die VerZiehungen der Auflageflachen 4-9 und die Krümmung der .Achse 7 des zusammengesetzten Pakets durch eine Schwenkung der sphärischen Abschnitte der Ringe 36 und 37 dieser Lager und die relative Radialverschiebung der erwähnten Ringe 36.und 37 längs ihren flachen Laufbahnen kompensiert werden·

Die Änderung der linearen Abmessungen dos zusammengecetzen Pakets des Läufers 6 während des Schwindens der Wurzelnahte wird durch die Beweglichkeit der Druckplatte 18 in Achsrichtung kompensiert, während das ungleichmäßige Schwinden dieser Nähte längs des Umfangs in der Senkrechtebene durch die Anlenkung der Druckplatte 18 am Wagen 15 und in der Waagerechtebene dadurch, daß der Wagen 15 auf den Rollen 14· aufgesetzt ist, ausgeglichen wird»

Die Wurzelnähte 50 werden ohne Vorwärmung geschweißt, da die Halbfabrikate aus Scheiben 12 und Zapfen 5 auf den Stand gebracht werden, nachdem an ihren Stirnseiten 4-9 in der Schweißzone der Wurzelnaht 5° Ringnuten 51 ausgeführt sind, welche mit einem Metall ausgefüllt sind, das bildsamer als das Metall der Schieben 12 ist.

Außerdem gewährleisten diese Einsätze aus bildsamem tietall die Elastizität des Läufers 6 längs seiner Achse 7 und verhüten

das Auftreten von Ermüdungsrissen wahrend seines Betriebseinsatzes·

ITachdem der Reihe nach die Wurzelnähte 5O aller Halbfabrikate geschweißt sind, werden die Feststellbolzen 25 aller lösbaren Verschlüsse, welche die beiden oberen Zugstangen 23 mit

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der Druckplatte 18 mit den Kolbenstangen 22 der Hydraulikzylinder 21 verbinden, herausgenommen und diese Zugstangen 23 werden mittels (nicht abgebildeter) Hebe- und Förderzeuge abgenommen, um ungehindertes Heranführen der (nicht abgebildeten) Anwarm und Schweißausrüstung an den zusammengesetzten Laufer zu ermöglichen· - ■

Der frei auf zwei Lünetten 4 aufliegende Läufer 6 wird angewärmt und die Hauptnähte 52 v/erden während des ununterbrochenen Drehens des Läufers 6 geschweißt, nachdem zuvor die Asrlalkraft beseitigt wurde·

Hiermit kommt der Hersteliungsprozeß des geschweißten Läufers zu Ende·

Das obenbeschriebene Verfahren und die Vorrichtung zu seiner Durchführung lösen die einzigartige Aufgabe der Herstellung von geschweißten Hochlelstungs-Dampfturblnenläufern mit höchstmöglicher Genauigkeit. So besitzt beispielsweise der Läufer für eine Turbine mit 500000 kW Leistung, der aus 11 Scheiben besteht sowie eine Länge von 12 m und ein Gewicht von 200 t hat, nach der Herstellung unter Anwendung des erfmdungsgemäßen Verfahrens 0,35 nim Radialschlag der Achse und Außermittigkeit der Scheiben im Bereich von + 0,1 mm·

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Claims

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PATETTTMSPRÜCHE

1, Verfahren zum Herstellen geschweißter Läufer durch Zusammensetzen derselben aus einzelnen scheibenförmigen Halbfabrikaten, die koaxial mit dicht aneinander anliegenden .Auflagefläche* aufgesetzt werden, und durch Verschweißen dieser Scheiben miteinander längs ihres Umfangs durch Wurzel- und Grundnähte während der gemeinsamen Drehung der Scheiben, dadurch g e kennze lehnet ,daß der Läufer (6) in der Waagerechtlage zusammengesetzt und geschweißt wird, indem das Aufsetzen jeder folgenden, an der vorhergehenden anzubringenden Scheibe (12) und das Verschweißen ihres Stoßes mittels einer .Wurzelnaht (50) einander abwechseln, wobei jede anzubringende Scheibe (12) im voraus so aufgesetzt wird, daß sie im Raum in bezug auf die vorhergehende Scheibe (12) orientiert werden kann, während sie dann an diese durch eine Axialkraft (P) bis zum Zusammenfallen der Auflageflächen (49) der Scheiben angepreßt wird und "beide durch die Wurzelnaht (50) unter Beibehaltung der Wirkung dieser Kraft (P) miteinander verschweißt werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1,dadurch gekennzeichnet ,daß nach dem Schweißen jeder Wurzelnaht (50) der geometrische Mlttolpunkt ("0") der äugeren .Auflagefläche (4-0) jeder angeschweißten Scheibe (12) auf die zuvor festgelegte Achse (7) des Läufers (6) gestellt und dlose Scheibe (12) oder das Paket aus zuvor ζusanmengeschweißten Scheiben (12) um Hire (bezle-

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hungsweise seine) Achse In bezug auf die anzubringende Scheibe (12) gedreht wird, bis die Abschnitte ihrer.aneinander anliegenden Auf lageflächen (4-9), welche maximale und entgegengesetzt gerichtete Schlage aufweisen, zusammenfallen.
3» Verfahren nach Anspruch 1,dadurch gekennzeichnet, daß vor dem Zusammensetzen an den beiden Auflageflächen 3eder Scheibe (12) In der Zone der Wurzelnaht (50) Ringnuten (51) vorgesehen werden, die mit Metall gefüllt sind, welches bildsamer ^a^-^s ^as Scheibenmetall 1st, um die Wurzelnähte (50) ohne Anwärmung schweißen zu können·
4« Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens nach Anspruch 1 und 2, die ein Gestell mit einem feststehenden und einem längs der Vorrichtungsachse verschiebbaren Auflager zum koaxialen Aufnehmen der Zapfen des zusammenzusetzenden Läufers sowie zwischen diesen Auflagern angeordnete Lunetten enthält, die In derselben Richtung verschiebbar sind und zum Unterstützen der auf sie aufgesetzten Scheiben des zusammenzusetzenden Läufers dienen, wobei die Vorrichtung auch einen Antrieb, um die Scheiben in Drehung zu versetzen, und ein vifäi'k zum axialen Zusammendrücken derselben be*O sitzt, das aus einer Druckplatte besteht, welche senkrecht zur Vorrichtungsachse montiert und mit dem vorschiebbaren Auflager derart verbunden ist, daß sie relativ zu ihm längs der Vorrichtung achse verschoben werden kann, wahrend die Verbindung mit dem feststehenden Auflager durch langsliegende, mit Antrieben versehene Zugstangen erfolgt, dadurch gekennzeichnet,

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daß die Druckplatte (18) mit dem verschiebbaren Auflager (3) durch einen. Wagen (15) verbunden ist, welcher derartig auf den Längsführungen (13) dieses Auflagers (3) aufgesetzt ist, daß er in der Waagerechtebene gedreht weiden kann, wahrend die Druckplatte (18) so an diesem Wagen (15) angelenkt 1st, daß sie In der durch die Vorrichtungsachse (7) gehenden Senkrechtebene gedreht worden kann, wobei im feststehenden Auflager (2) und in der Druckplatte (18) koaxial selbstolnstellende Elemente (34) vorgesehen sind, welche die Zapfen (5 und 5*) des zusammenzusetzenden Läufers (6) umfassen und in Wechselwirkung mit Ihren äußeren Stirnflächen (35) stehen«
5· Vorrichtung nach Anspruch 4·, dadurch gekeni zeichnet ,daß auf einer der Lünetten (auf der Lunette 10) eine abnehmbare Zentriereinrichtung (4-1) aufgesetzt 1st, die aus einem Kranz (42) besteht, der "an seiner Innenfläche V/erke (43 und 44-) besitzt, welche die anzubringende Scheibe {12) des zusammenzusetzenden Läufers (6) zentrleren und einspannen, sowie ein selbstelnstellendes Element (34) hat, das mit der Auflageflache dieser Scheibe (12) in Wechselwirkung steht·
6. Vorrichtung nach einem beliebigen der Ansprüche 4 und 5» dadurch gekennzeichnet ,dmfi jedes selbatelnstellende Elomont (34) in Form eines sphärischen Kugeldrucklagers ausgeführt ist, dessen beide Ringe (36 und 37) flache Laufbahnen haben und mit Hilfe elastischer £eile (39) aneinander angedrückt sind»

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