DE2649050A1

DE2649050A1 - Vorrichtung zum verbinden eines deckbandes mit den leitschaufeln einer turbomaschine

Info

Publication number: DE2649050A1
Application number: DE19762649050
Authority: DE
Inventors: Julius Beusing
Original assignee: BBC Brown Boveri AG Switzerland; BBC Brown Boveri France SA
Current assignee: BBC Brown Boveri AG Switzerland
Priority date: 1976-10-14
Filing date: 1976-10-28
Publication date: 1978-04-27
Also published as: US4137620A; FR2367553A1; DE7633971U1; SE412328B; FR2367553B1; DE2649050C2; CH598882A5; SE7711359L

Description

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26A9050 13.10-76

BBC Aktienges-ellschaft Brown, Boveri & Cie.₃ Baden (Schweiz)

Vorrichtung zum "Verbinden eines Deckbandes mit den Leitschaufeln einer Turbomaschine

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum dauerhaften Verbinden eines halbringförmigen Deckbandes mit den Leitschaufeln einer beschaufelten Zylinderhälfte einer Turbomaschine axialer Bauart.

Dauerhafte Verbindungen von Deckbändern mit Leitschaufeln werden vielfach durch Warm- oder Kaltnieten vorgenommen. Unabhängig vom Warm- oder Kaltnieten kann das Nietverfahren mittels Hämmern oder Walzen erfolgen. Für beide Verfahrensarten ist der Einsatz stationärer Maschinen bekannt, beim Hämmern können desgleichen mobile Geräte zum Einsatz gelangen.

Eine Nietung grosser Qualität wird durch das bekannte Radialnietverfahren erzielt, ein Verfahren, welches dem Kaltfliesspressen ähnlich ist, wegen seiner Funktionsbedingungen allerdings nur maschinell anwendbar ist. Dies

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bedeutet, dass die Nietobjekte, im vorliegenden Fall beschaufelte Turbinenzylinder, der Radialnietmaschine zugeführt werden müssen. Da ein derartiges Transportieren von Turbinenzylindern der heutigen Grössenordnung nicht ohne weiteres möglich ist, findet vorwiegend die Handnietung Anwendung. Die Handnietung durch Hämmern mit eventueller Erwärmung erfordert neben grosser Geschicklichkeit ebenfalls Gefühl und Erfahrung zum'Erzielen einer einwandfreien Nietung. Gegenüber dem maschinellen Radialnietverfahren muss man einen vergleichsweise grossen Zeitaufwand und Lärmbelästigung in Kauf nehmen. Darüber hinaus erzielt man Nietungen unterschiedlicher Qualität und die Gefahr versteckter Mängel wie beispielsweise Rissbildung, ungenügende Nietlochfüllung und Materialspannungen, insbesondere bei der Warmnietung sind nicht auszuschliessen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zu schaffen, welche es gestattet, an jedem Punkt im Innern eines beschaufelten Halbzylinders Deckbänder mit den Schaufeln maschinell zu verbinden.

Erfindungsgemäss wird die Aufgabe dadurch gelöst, dass ein radial verstellbarer Ausleger, welcher in einer Ebene senkrecht zur Zylinderachse drehbar ist und dessen Drehachse koaxial zum Zylinder angeordnet ist, an seinem verstellbaren Ende eine Nietgruppe trägt, welche eine nach dem bekannten Radial-Kaltnietverfahren arbeitende Nietspindel sowie eine Deckbandspanneinrichtung aufweist.

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Der Vorteil der Erfindung ist insbesondere darin zu sehen, dass die aus dem Radialniet.verfahren resultierenden qualitativ hochwertigen Nietverbindungen nunmehr in den mit handelsüblichen Niet^-maschinen nicht zugänglichen Zylinderinnenräumen herstellbar sind. Darüberhinaus gewährt die Vorrichtung durch die präzise, maschinelle Positionierung der Nietspindel beträchtliche Einsparungen an Arbeitsaufwand. Des|weiteren kann die einfache Bedienung der Vorrichtung durch angelerntes Hilfspersonal erfolgen, wodurch qualifizierte Fachkräfte frei werden.

Es ist zweckmässig, wenn der Ausleger an einer Schwenkeinrichtung angeordnet ist und stufenlos über 180 von der Horizontalen verstellbar ist. Ueberdies ist es sinnvoll, wenn die Schwenkeinrichtung über eine Schlittenführung.in Zylinderachsrichtung stufenlos verstellbar ist. Durch diese Massnahmen ist es möglich, mit ein und derselben Nietvorrichtung die Deckbandvernietung an Zylindern jeglicher Durchmesser und Längen durchzuführen.

Nach einer bevorzugten Ausführungsform kann die Deckbandspanneinrichtung einen zylindrischen Mantelteil aufweisen, welcher koaxial zur Nietspindel angeordnet ist und mit dieser gemeinsame Kolbenräume bildet, über welche die Vorschubbewegungen der Nietspindel und der Spanneinrichtung gesteuert werden. Es empfiehlt sich ferner, die Deckbandspanneinrichtung mit einem Niederhalter zu versehen, welcher in Arbeitsstellung der Nietgruppe das zu vernietende

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Deckband auf die -an ihrem Kopfende mit einem Nietzapfen versehene Leitschaufel presst. Eine derartige Spanneinrichtung ermöglicht zunächst die unerlässliche, satte Auflage des Deckbandes am Schaufelkopf dadurch, dass die Anspressflächqn des Niederhalters in nächster Nähe des Nietzapfens angreifen. Ueberdies werden durch die innere Lagerung der Nietspindel in der Spanneinrichtung die beim Radialnieten auftretenden Querkräfte problemlos aufgenommen, wodurch sich hierzu erforderliche Hilfsmittel vermeiden lassen.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispxel des Erfindungsgegenstandes vereinfacht wiedergegeben.

Es zeigt

Fig. 1 schematisch die Gesamtanordnung Zylinder/Nietvorrichtung

Fig. 2 eine Nietgruppe im Arbeitseinsatz

Erfindungsunwesentliche Elemente wie beispielsweise Antriebe und Steuerungen sind nicht dargestellt. Gleiche Elemente sind in den Figuren mit gleichen Bezugsziffern versehen.

In Fig. 1 bezeichnet 1 einen Halbzylinder einer Turbomaschine, welcher mit nur teilweise dargestellten Leitschaufeln 2 bestückt ist. Das mit den Leitschaufeln 2 zu vernietende Deckband 3 ist mit Durchgangslöchern 18 (Fig. 2) versehen und auf die Nietzapfen 4 aufgesteckt.

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Der Zylinder 1, im folgenden auch mit Schaufelträger bezeichnet, liegt mit seinen-Trennflächen auf Aufspanntischen 6 auf und ist mit ihnen über die Plansche 5 und über T-Nuten 7 der Aufspanntische mit nicht gezeigten Spannmitteln wie beispielsweise Schrauben verspannt. In der Regel werden für die Abstützung des Schaufelträgers vier Aufspanntische 6 verwendet, welche auf einer gemeinsamen Grundplatte 19 über nicht gezeigte T-Nuten verstellbar angeordnet sindj dies um Schaufelträger jeglicher Spannweiten abstützen zu können. Das zentrale Ausrichten der Aufspanntische 6 gegenüber der Nietvorrichtung ge-¹schieht über Stellspindeln 8.

Auf der Grundplatte 19 ist ebenfalls das Schlittenbett der eigentlichen Nietvorrichtung, nachfolgend als Nietmaschine bezeichnet, über nicht gezeigte Spannvorrichtungen fest verankert.

Die Grundplatte 19 und das Schlittenbett 9 sind in Zylinderachsrichtung so dimensioniert, dass sie alle vorkommenden Zylinderlängen aufnehmen und bearbeiten können.

Der Schlittentisch 10 läuft in einer schematisch dargestellten Schwalbenschwanzführung 20." Es versteht sich, dass ebenso andere im Werkzeugmaschinenbau bekannte Konstruktionen wie beispielsweise Flach-, Prismen- oder Rollenführungen zur Anwendung gelangen können.

Auf dem Schlittentisch 10 aufgestellt ist die Nieteinheit_a

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welche aus dem Steuergehäuse H₃ der Schwenkexnrxehtung und dem Nietausleger 13 besteht. Die Höhe der Aufspanntische 6 ist so bemessen₃ dass die Drehachse 14 der Schwenkeinrichtung 12 gleichzeitig Achse des auf den Aufspanntischen 6 aufgelegten Sebaufelträgers ist.

Die Schwenkeinrichtung 12 besteht aus einem doppelseitig gelagertem Schaltteller, der mit einer Aufnahme für den Nietausleger 13 versehen ist. $ietausleger und Schaltteller sind über nicht gezeigte hydraulische Servoantriebe ₃ welche im Steuergehäuse 11 untergebracht sind, stufenlos verstellbar. Die Schwenkexnrxehtung 12 ist so ausgelegt ₃ dass der Nietausleger 13 eine 180 —Kreisbewegung von der Horizontalen ausführen und somit alle Nietzapfteilungen ansteuern kann. Da genauestes Positionieren des Nietauslegers 13 unerlässlich ist_a kann die stufenlose Kreisverstellung des Schalttellers über ein selbsthemmendes Schnekkengetriebe mit Vorgelege erfolgen. Zweckmässigerweise werden die l80 —Endstellungen in bekannter und nicht gezeigter Weise elektrisch abgesichert.

Im Steuergehäuse 11 sind ausserdem nicht dargestellte Steuerschieber untergebracht, von denen aus Drucköl zu den Verbrauchern im Nietausleger 13 geleitet wird.

Letzterer ist mit dem Schaltteller der Schwenkeinrichtung 12 mechanisch verbunden. Er verfährt die am Kopfende eingebaute Nietgruppe 15 im Halbkreis und stellt die Ausgangslage für das Nieten ein. Um den jeweiligen Arbeits-

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bereich, welcher durch Schaufelträger kleinster sowie grösster Durchmesser gegeben ist, zu erfassen, ist der Ausleger verstellbar ausgebildet. Er besteht aus mehreren schematisch dargestellten Teleskopelementen 21, die beispielsweise über eine nieht gezeigte Gewindespindel synchron ein- und ausfahrbar sind. Das innere Teleskopteil ist mit einer Aufnahme für die Nietgruppe 15 ausgestattet und beherbergt ebenso die zur Speisung der Nietgruppe notwendigen Oelleitungen.

In Fig. 2 ist die eigentliche Nietgruppe 15 dargestellt.

Sie besteht aus der Nietspindel l6 und der Deckbandspanneinrichtung 17- Die Nietspindel, welche nach dem bekannten Radialkaltnxetverfahren arbeitet, wird von einem Oelmotor 22 angetrieben. Sie wird im zylindrischen Mantel 23 der Spanneinrichtung 17 geführt und weist mit letzterer den gemeinsamen Kolbenraum 25_a 25' auf. In diesem übernimmt der an der Spindel angebrachte Kolben 26 die Nietspindelversteilung. Ueberdies bildet die Nietspindel einen Teil der inneren Abgrenzung des Kolbenraumes 24, 2¹P, in welchem die Vorschubbewegung der Spanneinrichtung 17 vorgenommen wird. Hierzu ist der Mantel 23 mit Kolben 27 und 28 versehen. Eine weitere Kolbenraumabgrenzung wird durch den feststehenden Kolben 29 gebildet. An dem der Arbeitsstelle der Nietspindel 16 zugewandten Kopfende der Deckbandspanneinrichtung 17 ist am zylindrischen Mantel 23 mit nicht gezeigten Befestigungsmitteln der eigentliche

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Deckband-Niederhalter 30 angebracht.

Seine Formgebung beruht auf dem Prinzip, zum einen während des Nietvorganges das Deckband 3 fest auf die zu vernietende Leitschaufel 2 anzupressen und zum andern die beim Ra-

dialnieten auftretenden Querkräfte aufzunehmen. Ersteres ist insofern von Bedeutung, als in der Regel die Deckbänder aus gewalztem Profilmaterial bestehen und somit Biegespannungen aufweisen. Die lediglich auf die Nietzapfen 4 aufgesteckten Deckbänder 3 liegen deshalb ohne separate Verspannung nicht fest am Schaufelkopf an. Darüberhinaus obliegt der Spanneinrichtung 17 noch die Aufgabe, durch die

Einspannung zwischen dem Deckband 3 und dem Schaltteller der Schwenkeinrichtung 12 die Nietgruppe 15 mitsamt dem Nietausleger 13 abzustützen.

Die Wirkungsweise der erfindungsgemässen Nietmaschine wird nachfolgend beschrieben, wobei vorausgeschickt wird, dass alle Verfahrenssehritte vorzugsweise elektrohydraulisch ausgeführt werden. In der Vorrichtung selbst werden die Funktionsvorgänge vorzugsweise zum Teil mechanisch d.h.

mittels Vorgelege übertragen. Die stufenlosen Verfahrwege sowohl der geradlinigen Schlittenbewegung als 'auch der kreisförmigen Schwenkbewegung werden über hydraulische Servomotoren geregelt. Nach Einfahren in die Position werden dieselben durch hydraulische Klemmung fixiert.

Gemäss Fig. 1 sei der beschaufelte Halbzylinder 1 auf den

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Aufspanntischen 6 ausgerichtet und verspannt. Die Nietvorrichtung wird über den Sehlitten 9_S 10 in axiale Ausgangsstellung gefahren, d.h. die Nietspindel wird in die Ebene der zu vernietenden Nietzapfen 4 einer Schaufelreihe gebracht. Nach •Positionier'ung wird der Schlittentisch lü über nicht gezeigte Spannleisten mit dem feststehenden Schlittenbett 9 fest verspannt, so dass die während des Nietvorganges auftretenden Kräfte die Schlittenführungen nicht belasten.

Es wird dann die Nietgruppe 15 über die Teleskopelemente 21 des Nietauslegers 13 in die radiale Ausgangsstellung gebracht, d.h. die Stirnfläche des Niederhalters 30 wird in etwa 10 mm Abstand zur Deckbandinnenfläche gefahren.

Ueber die Schwenkeinrichtung 12 wird die Nietgruppe 15 so verfahren, dass die Achse der Nietspindel 16 mit der Achse des zu vernietenden Nietzapfens k übereinstimmt. Anschliessend wird der Schaltteller der Schwenkeinrichtung 12 zentral geklemmt.

Der Spann- und Nietvorgang wird anhand von Fig. 2 erläutert. Nach erfolgter Einstellung der Nietgruppe wird der Kolbenraum 24' mit Druck beaufschlagt.' Ueber den Kolben 28 fährt die Deckbandspanneinrichtung 17 vor und der Niederhalter 30 presst das Deckband 3 auf den Schaufelkopf. Dadurch wird die Nietmaschine mit dem Schaufelträger kraftschlüssig. verbunden und es entsteht über die verschiedenen Aufspan-

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nungen Nietvorrichtung/Grundplatte, Grundplatte/Aufspanntische, Aufspanntische/Schaufelträger ein geschlossener Kraftkreis. Damit dieser Kraftkreis wirkungsvoll ist, muss die Spannkraft der Deckbandspanneinrichtung 17 grosser sein als der Nietdruck. Aus diesem Grunde werden die Spann funktion und der NietVorgang unabhängig voneinander gesteuert. Letzterer wird dadurch eingeleitet ₃ dass der OeI-motor 22 betätigt wird, worauf'die Nietspindel 16 rotiert. Hierauf wird der Kolbenraum 25 mit Drucköl beaufschlagt.

Ueber dem Kolben 26 führt die Nietspindel 16 vor und führt den an sich bekannten Nietprozess durch. Er besteht im 'wesentlichen aus einem radialen Auswalzen des Nietzapfens 4 zu einem Nietkopf unter einer gleichmässigen Axialkraft bis zu 3j5 Tonnen. Die durch das maschinelle Nieten erzielte Wiederholgenauigkeit der Nietkopfhöhe gestattet im nachhinein die Anordnung eines zusätzlichen Dichtstreifens am Deckband, wodurch eine Wirkungsgradverbesserung der Beschaufelung erzielbar ist. Verglichen mit dem manuellen Hämmern wird darüberhinaus eine wesentliche Qualitätsverbesserung der Nietung erzielt, da beim Radialnietverfahren die Materialstruktur des Nietkopfes erhalten bleibt.

Nach erfolgter Nietung wird der Kolbenraum 25' mit Druck beaufschlagt, die Nietspindel 16 fährt zurück in die Ausgangsstellung und der Oelmotor 22 wird abgeschaltet. Hier- auf wird der Kolbenraum 24 mit Druck beaufschlagt und über den Kolben 27 fährt die Deckbandspannvorrichtung 17 in die

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Ausgangsstellung' zurück, wodurch der Kraftkreis unterbrochen ist. Darauf wird die Sperrung der Schwenkvorrichtung 12 gelöst und die Nietgruppe 15 kann zur nächstfolgenden Nietstelle vorgefahren werden.

Selbstverständlich ist der Erfindungsgegenstand nicht auf das in der Zeichnung Dargestellte beschränkt. So kann beispielsweise an Stelle der lokal befestigten Schlittenführung gemäss Fig. 1 die Nieteinheit auf einem fahrbaren Untersatz montiert sein. Eine derartige Lösung ergibt eine Nietmaschine von extrem hoher Mobilität und fast unbeschränkter Einsatzmöglichkeiten. Es versteht sich überdies, dass der Schwenkeinrichtung und dem Nietausleger keine konstruktiven Grenzen gesetzt sind und dass alle bekannten Lösungen betreffend Linear- und'Drehbewegungen nicht aus dem Rahmen der vorliegenden Erfindung fallen.

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B e z	eichnungsliste
1 =	Zylinder
2 =	Leitschaufel
3	Deckband
4 =	Nietzapfen
5	Flansch
6 =	Aufspanntisch
7	T-Nut
8	Stellspindel
9 10 =	Schlittenbett / S. Schlittenführung Schlittentisch Γ
11 =	Steuergehäuse
12 =	Schwenkeinrichtung
13 =	Ausleger (radial verstellbar)
14 =	Zylinderachse j Drehachse
15 =	Nietgruppe
16 =	Nietspindel
17 =	Deckbandspanneinrichtung
18 =	DurchgangsIoch
19 =	Grundplatte
20 =	Schwalbenschwanzführung .
21 =	Teleskopelemente
22 =	Oelmotor
23 =	Mantelteil (zylindrisch)

=Kolbenräume
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25,25' = Kolbenraume ■ 26, = Kolben

27 = Kolben

28 = Kolben

29 = Kolben

30 = Deckband-Niederhalter

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AIo Leerseite

Claims

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Patentansprüche

(1.J Vorrichtung zum dauerhaften Verbinden eines halbringförmigen Deckbandes mit den Leitschaufeln einer beschaufelten Zylinderhälfte einer Turbomaschine axialer Bauart, dadurch gekennzeichnet, dass ein radial verstellbarer Ausleger (13), welcher in einer Ebene senkrecht zur Zylinderachse (14) drehbar ist und dessen Drehachse koaxial zum Zylinder (1) angeordnet ist, an seinem verstellbaren Ende eine Nietgruppe (15) trägt, welche eine nach dem bekannten Radial-Kaltnietverfahren

arbeitende Nietspindel (16) sowie eine Deckbandspanneinrichtung (17) aufweist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Ausleger (13) an einer Schwenkeinrichtung (12) angeordnet ist und stufenlos über I80 von der Horizontalen verstellbar ist.
3· Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Schwenkeinrichtung (12) über eine Schlittenführung (9j 10) in Zylinderachsrichtung stufenlos verstellbar ist.
4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Deckbandspanneinrichtung (17) einen zylindrischen Mantelteil (23) aufweist, welcher koaxial zur Nietspindel (16) angeordnet ist, und mit dieser gemein-

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same Kolbenräume (25,25', 24,24') bildet, über welche die Vorschubbewegungen der Nietspindel (16) und der Deckbandspanneinrichtung (17) gesteuert werden.

5· Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Deckbandspanneinrichtung (17) mit einem Deckband-Niederhalter (30) versehen ist, welcher in Arbeitsstellung der Nietgruppe (15) das zu vernietende Deck-

band (3) auf die an ihrem Kopfende mit einem Nietzapfen (4) versehene Leitschaufel (2) presst.

BBC Aktiengesellschaft Brown, Boveri & Cie.

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