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Verfahren zur Herstellung von Leitschaufelkränzen für Dampf- oder
Gasturbinen mit axialer Einströmung Bei der Herstellung der Leitschaufelkränze für
Dampf- oder Gasturbinen mit axialer Zuleitung des Treibmittels bedient man sich,
verschiedener Verfahren. Eines dieser Verfahren besteht darin, daß die Leitscheiben
in einem einzigen Stück oder in zwei Hälften durch Gießen hergestellt werden. Dieses
Verfahren hat sich jedoch sowohl hinsichtlich des Gießvorganges selbst als auch
der notwendigen weiteren Bearbeitung der Leitschaufeln als nachteilig erwiesen,
und man ist daher dazu übergegangen, den Leitschaufelkranz in einer Anzahl kleinerer
Stücke zu gießen, von denen jedes aus einer Schaufel oder deren mehreren und den
dazugehörigen Endteilen besteht, welche die Strömung des Treibmittels in radialer
Richtung begrenzen, worauf dann diese Stücke an aus einem Stück hergestellten Tragringen
befestigt werden. Bei dem Inbetriebsetzen einer mit derart hergestellten Leitschaufelkränzen
ausgestatteten Turbine zeigt sich jedoch, daß die einzelnen Stücke des Schaufelkranzes
zuerst erhitzt werden und eine Längenausdehnung erleiden, während die Tragringe
noch verhältnismäßig kalt sind. Die Kranzteile müssen sich infolgedessen nach innen
ausdehnen, wodurch insbesondere bei radialbeaufschlagten Turbinen mit axialen Entspannungsstufen
die Gefahr eines Anstreifens entsteht, sofern die radialen Spielräume nicht ausreichend
groß bemessen sind. Ein weiteres bekanntes Verfahren besteht darin, jede Schaufel
des Leitschaufelkranzes einzeln zu gießen und dann die Schaufeln an zwei Tragringen
durch Schweißung zu befestigen. Bei diesem Verfahren wird beispielsweise ein ringförmiges
Band-mit verhältnismäßig großem Querschnitt verwendet, welches durch Abdrehen oder
auf andere Weise mit einem axialen hülsenförmigen Flansch versehen wird, der eine
verhältnismäßig geringe Stärke aufweist. Dieser Flansch wird dann mit dem Schaufelquerschnitt
entsprechenden Ausschnitten versehen, in die die Schaufeln eingesetzt werden, worauf
dann die über das Band etwas hinausragenden Schaufelenden mit dem Band durch Schweißung
derart vereinigt werden, daß der Schweißbaustoff zusammen mit dem im Querschnitt
stärkeren Teil des ringförmigen Bandes einen starken Kranz bildet. Dieses Verfahren,
welches in gleicher Weise an beiden Enden der Schaufeln angewendet wird, hat den
Nachteil, daß starke innere Spannungen auftreten, dit zuweilen eine solche Größe
annehmen,- daß eine Schaufel oder deren mehrere vollständig zerstört werden.
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Ferner hat man vorgeschlagen, die- Herstellung der Schaufelkränze
in der Weise vorzunehmen, daß zwischen zwei auf einem Tragkörper angeordnete Scheiben
eine Anzahl Zwischenstücke eingeschoben werden, die in entsprechende Nuten der Scheiben
eingreifende
Ansätze aufweisen und so gestaltet sind, daß zwischen
ihnen Öffnungen frei bleiben, in die-die Schaufeln eingesetzt werden können. Nach
dem Einsetzen der Schaufeln wird bei diesem bekannten Verfahren auf die Außenseite
der Abstandsstücke Schweißbaustoff aufgebracht, um die Abstandsstücke miteinander
und mit den Schaufeln zu verschweißen, und hierauf wird durch Abschneiden der Ansätze
der Schaufelkranz von den Seitenscheiben getrennt. Dieses Verfahren hat den Nachteil,
daß das Zusammenstellen und Einspannen der Abstandsstücke zwischen den beiden Seitenscheiben
erhebliche Mühe und Arbeit verursacht und außerdem infolge der beiderseitigen festen
Einspannung der Abstandsstücke ein starres Gebilde entsteht, das nicht imstande
ist, den beim Schweißen auftretenden Dehnungen und Zusammenziehungen Rechnung zu
tragen, so daß es leicht vorkommen kann, daß bei dem Schweißvorgang einige Schaufeln
brechen.
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Die vorliegende Erfindung hat es sich nun zur Aufgabe gestellt, unter
Vermeidung der erwähnten Nachteile der bekannten Verfahren eine Herstellung von-
Leitschaufelkränzen auf einfache und möglichst billige Weise zu ermöglichen. Erfindungsgemäß
wird dies in der Hauptsache dadurch erreicht, daß Blechringe nur an ihrer einen
Kante in entsprechend-bemessene Nuten ringförmiger Tragkörper eingesetzt werden;
Die weitere Herstellung der Leitschaufelkränze erfolgt dann 'in an sich bekannter
Weise. Dadurch, daß erfindungsgemäß die Blechringe nur an der einen Seite in entsprechende
Nuten ringförmiger Tragkörper eingesetzt werden, wird der wesentliche Vorteil erzielt,
daß die Ringe bei dem Schweißvorgang die Möglichkeit haben, sich unbehindert den
durch die Erhitzung und darauffolgende Abkühlung bedingten Dehnungen und Zusammenziehungen
anzupassen, ohne daß gefährliche Spannungen, die gegebenenfalls zum Bruch der Schaufeln
führen können, zu befürchten sind. Eine besonders gute Anpassungsfähigkeit der Blechringe
läßt sich, dadurch erzielen, daß nur einer der ringförmigen Blechstreifen beispielsweise
durch Punktschweißung mit dem zugehörigen Tragring fest verbunden wird, während
der andere Blechring lose in die Nut des anderen Tragringes eingesetzt wird.
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Die Zeichnung veranschaulicht beispielsweise eine Ausführungsform
des Erfindungsgedankens, und zwar zeigt Abb. i einen mit Öffnungen zum Einführen
der Schaufelenden versehenen Blechring und Abb. 2 einen Querschnitt durch den Blechring.
nach dessen Einsetzen in einen ringförmigen Tragkörper; Abb. 3 zeigt im Querschnitt
zwei zu dem gleichen Schaufelkranz gehörige und in je einen ringförmigen Tragkörper
eingesetzte Blechringe mit einer eingeführten Schaufel in der Schweißstellung; Abb.
4 zeigt einen Querschnitt durch die beiden Bänder mit der eingesetzten Schaufel
nach Schweißung, und Abb. 5 ist ein Querschnitt durch eine fertige Leitscheibe;
Abb. 6 zeigt eine abgeänderteAusführungsform des äußeren Schaufelendes und Abb.
7 eine abgeänderte Ausführungsform des inneren Schaufelendes.
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Bei der Herstellung des Leitschaufelkram zes werden zunächst Bänder
oder Streifen i um zwei Rollen herumgelegt, so daß sie eine ringförmige Gestalt
annehmen. Bei der dargestellten Ausführungsform enthält der Leitschaufelkranz beispielsweise
einen äußeren Streifen in Form eines kegeligen Ringes und einen inneren Streifen
in Form eines zylindrischen Ringes. Die beiden ringförmigen Streifen sind an dem
einen Seitenrand in eine entsprechend bemessene ringförmige Nut 3: eines ringförmigen
Tragkörpers 2 eingesetzt und an diesem an den -Schweißstellen q. durch Punktschweißung
befestigt. Auf diese Weise erhält man zwei Tragringel mit seitlichen hülsenförmigen
Ansätzen i, deren Herstellung billiger und einfacher ist als die bisher übliche
Herstellung der Streifen und Tragkörper aus einem Stück. Die Bänder oder Streifen
i sind mit Ausschnitten 5 versehen, in die die Schaufelenden eingesetzt werden.
Die zu einer und derselben Leitscheibe gehörigen Ringe 2 werden dann konzentrisch
auf einem Tisch oder einer Platte angeordnet, worauf dann die Leitschaufeln 6 so
eingesetzt werden, daß ihre Enden durch die Ausschnitte 5 der ringförmigen Streifen
hindurchragen. Die Schaufeln sind vorzugsweise an dem einen Ende in der aus Abb.
3 ersichtlichen Weise mit einer Schulter oder Anschlagfläche 8 versehen, durch die
ihre richtige Lage in bezug auf die Streifen festgelegt wird. Nach dem Einsetzen
sämtlicher Schaüfeln kann die Schweißung des Leitschaufelkranzes vorgenommen werden.
Die Schaufeln werden zunächst mittels Punktschweißung an den Streifen befestigt,
und die Schweißung wird dann so lange fortgesetzt, bis sich an der Außenseite jedes
Streifens in der aus Abb. q. ersichtlichen Weise eine Schicht 9 des Schweißmetalls
gebildet hat, die sich um den gesamten Umfang des Streifens erstreckt. Hierauf wird
der Tisch oder die Platte mit der daran befestigten Scheibe in eine Drehbank eingespannt
und die an der Außenseite jedes Streifens befindliche Schweißschicht 9 derart abgedreht,
daß Sie den in Abb. q. durch strichpunktierte Linien gezeichneten schwalbenschwanzförmigen
oder
einen anderen Querschnitt erhält. Hierauf werden die Streifen an! der in Abb. ¢
durch den Pfeil bezeichneten Stelle von den Tragkörpern abgetrennt.
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Nunmehr kann der Einbau des Leitschaufelkranzes vorgenommen werden.
Zur Verstärkung des Schaufelkranzes werden die schwalbenschwanzförmigen Enden zwischen
je zwei entsprechend gestalteten und durch Verschraubung oder Vernietung miteinander
verbundenen Ringhälften io, ii und 12, 13
eingespannt (Abb. 5). Die Ringhälften
sind vorzugsweise mit Aussparungen 16 versehen, um bei dem Zusammenbau eine zuverlässige
Klemmwirkung zu erhalten. Die auf diese Weise zusammengesetzten Leitscheiben können
dann durch Bolzen 1q. an dem Turbinengehäuse oder an mit diesem verbundenen Teilen
befestigt werden.
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Es kann auch zweckmäßig sein, die Leitscheiben in zwei Hälften herzustellen.
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In Abb. 6 ist eine abgeänderte Ausführungsform des äußeren Schaufelendes
7 und in Abb. 7 eine andere Ausführungsform des inneren Schaufelendes dargestellt.
In der letzterwähnten Abbildung ist das innere Schaufelende mit einem überstehenden
Dichtungsrand 15 versehen.
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Die bei der Herstellung der Leitschaufelkränze verwendeten ringförmigen
Tragkörper können nach dem Abtrennen der ringförmigen Streifen und nach Entfernung
der in den Ringnuten verbliebenen Streifenränder wieder benutzt werden, wodurch
sich eine Herabsetzung der Herstellungskosten ergibt. Ein weiterer Vorteil ist,
daß die zur Schweißung erforderliche Metallmenge verhältnismäßig gering ist und
infolgedessen die Schweißung keine merklichen inneren Spannungen hervorruft. Ferner
zeigen sich auch keine erheblichen Formänderungen, und es werden schließlich auch
die durch Schrumpfung des Werkstückes bedingten Schwierigkeiten vermieden.
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Die Erfindung ist im einzelnen nicht auf das beschriebene Verfahren
beschränkt, vielmehr können an diesem im Rahmen der Erfindung verschiedenartige
Abänderungen vorgenommen werden. Beispielsweise kann bei dem Einsetzen der ringförmigen
Blechstreifen in die Tragringe die Anordnung auch so getroffen werden, daß nur einer
der beiden Blechstreifen an dem zugehörigen Tragring befestigt wird, während der
andere Blechstreifen bei dem Anschweißen der Leitschaufeln in losem, Zustande verbleibt.