DE6602533U

DE6602533U - METHOD OF MAKING COOLANT SLOTS IN GAS TURBINE BLADES AIRPLANE ENGINES AND EQUIPMENT FOR CARRYING OUT THIS PROCEDURE

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Publication number: DE6602533U
Application number: DE19666602533
Authority: DE
Original assignee: Daimler Benz AG
Current assignee: Daimler Benz AG
Priority date: 1966-01-10
Filing date: 1966-01-10
Publication date: 1969-06-04

Description

a Daimler-Benz Aktiengesellschaft Daim 6955/4 a Daimler-Benz Aktiengesellschaft Daim 6955/4

Stuttgart - Unter! irkheim 28„2.1969Stuttgart - Under! irkheim 28 "2.1969

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yebrauohsmuster-Hilfsanmeldung ^{M Potentamtl} G^wwiwnuiiwwk yebrauohsmuster-auxiliary ^{registration M Potentamtl} G ^ wwiwnuiiwwk

• Einrichtung zum Herstellen von Kühlmittelschlitzen in Lauf- oder Leitschaufeln, von G-aaturbine"; Z₁B₅ Plugtriebwerken, nach Art des Elektroiyt-Abtragverfahrens "• Device for producing coolant slots in rotor blades or guide vanes, from G-aaturbine "; Z ₁ B ₅ plug engines, according to the type of Elektroiyt removal process"

äDie Neuerung betrifft eine Einrichtung nach Art des Elektrotyt-Abtragverfahrens zum Herstellen von Kühlmittelöffnungen tn Lauf- oder Leitschaufeln von Gasturbinen, z.B. Plugtriet-•erken, insbesondere zum Herstellen schmaler Schlitze in den ichaufelhinterkanten, wobei das Werkstück als Anode und das €er zu erzeugenden Form entsprechende Y/erkzeug als Kathode geschaltet ist*The innovation relates to a device based on the electrotyte removal process for producing coolant openings tn rotor blades or guide vanes of gas turbines, e.g. Plugtriet- • recognize, in particular for producing narrow slots in the trailing edge of the vanes, with the workpiece as the anode and the shape to be produced corresponding Y / tool is connected as cathode *

Bs ist z.B. ein sogenanntes Elysier-Schleifverfahren der oMgen Art bekannt. Dabei hat das Y/erkzeug an seiner Stirnseite eine tier zu erzeugenden Form entsprechende geformte Oberfläche. Bs wird mit dieser Stirnseite an das Werkstück herangeführt Und dabei das vom V/erkstück abgetragene Material durch die Blektrolytflüssigkeit zwischen dem Werkstück und dem Werkzeug herausgeschwemmt.Bs is, for example, a so-called elysing grinding process used by oMgen Kind known. The Y / tool has a shaped surface on its front side that is suitable for animal production. Bs is brought up to the workpiece with this end face Electrolyte fluid between the workpiece and the tool washed out.

TJm bei Gas turbinen, z.B. Flugtriebwerken, hohe Turbineneintrittstemperaturen von z.B. über 1000° anwenden zu können, müsse] die Schaufeln gekühlt werden_e Dabei wird üblicherweise die Kühlluft über einen Einsatz dem Innenraum der Schaufel zugeführt. Sie verteilt sich dort entsprechend dem Temperaturverlauf auf der äußeren Schaufelhaut und tritt danach zweckmäßig an der hinteren Kante der Schaufel aus. Diese Hinterkanten sind naturgemäß außerordentlich schmal^ d_eh« ihre Dicke beträgt nur Bruchteile von Millimetern. Die Schlitze zum Austritt der Kühlluft sind natürlich noch schmaler, wohingegen ihre Tiefe und auch ihre Länge um_ein Mehrfaches größer ist als diese Breite.To be able to use high turbine inlet temperatures of, for example, over 1000 ° in gas turbines, for example aircraft engines, the blades must be cooled _e The cooling air is usually supplied to the interior of the blade via an insert. There it is distributed over the outer blade skin in accordance with the temperature profile and then expediently emerges at the rear edge of the blade. This trailing edges are naturally extremely narrow ^ d _e h "its thickness is only fractions of a millimeter. The slots for the cooling air to exit are of course even narrower, whereas their depth and length are several times greater than this width.

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α« βα «β

-2- Daim 6955 a/4-2- Daim 6955 a / 4

Die Schaufeln eelbst werden nach dem G-enaugußverfahren hergestellt* Das verwendete Material ist dabei außerordentlich hart, um die erwünscht hohen Temperaturen aushalten zu können. Es läßt sich mechanisch nicht bearbeiten. Die Neuerung sohlägt daher vor, die Schlitze in die Schaufelhinterkanten ZoB. nach Art eines Elektrolyt-Abtragverfahrens in u2.S υ Cxi au Z S JL xx uxuij-iiuuc», i/sj. tiaut uxsx ucj. j.o u ausj. CXlXO VCL-steifung des Werkzeuges erforderlich. Die Neuerung schlägt daher weiter vor, daß das als Kathode geschaltete Werkzeug im Querschnitt Versteifungen aufweist, welche sich in Vorschubrichtung erstrecken und im wesentlichen innerhalb der Kontur der beabsichtigten Öffnungen liegen und welche ein© solche Form aufweisen, durch die später die Strömung in der Öffnung nicht oder zumindest nicht wesentlich behindert wird. Durch diese Ausbildung nach der Neuerung erhält das Werkzeug in sich eine ausreichende Steifigkeit, sodaß ein "Verlaufen" der Schlitze während der Herstellung praktisch völlig ausgeschlossen ist· Selbstverständlich liegt es noch im Rahmen der Neuerung, wenn die vorgesehenen VersteixXmgen die Kontur des Schlitzes um einen unwesentlichen Betrag überschreiten. The blades themselves are manufactured using the cast iron process * The material used is extremely hard in order to be able to withstand the desired high temperatures. It cannot be processed mechanically. The innovation therefore suggests the slots in the blade trailing edges ZoB. in the manner of an electrolyte removal process in u2.S υ Cxi au ZS JL xx uxuij-iiuuc », i / sj. tiaut uxsx ucj. jo u ausj. CXlXO VCL- stiffening of the tool required. The innovation therefore further suggests that the tool, connected as a cathode, has stiffeners in cross section which extend in the feed direction and lie essentially within the contour of the intended openings and which have a shape through which the flow in the opening later does not or at least not significantly hindered. This design according to the innovation gives the tool sufficient rigidity in itself so that a "running" of the slots is practically completely ruled out during production Exceed amount.

Die Neuerung schlägt vor, daß die Versteifungen am Werkzeug zumindest in einer der Eintauchtiefe entsprechenden Länge durchlaufen. Dabei ist daran gedacht, daß sie alle an der vorderen, dem Werkstück zugewandten Werkzeugkante beginnen und ununterbrochen bis zum Ende durchlaufen. Sollte os sioh jedoch - z.B. für den Durchfluß der Elektrolytflüssigkeit erforderlich erweisen, so kann man die Versteifungen auf ihrer Länge auch unterbrechen bzw. gegeneinander versetzt anordnen.The innovation suggests that the stiffeners on the tool at least in a length corresponding to the immersion depth run through. It is thought that they all begin at the front tool edge facing the workpiece and run continuously to the end. Should os sioh however - e.g. necessary for the flow of the electrolyte liquid prove, the stiffeners can also be interrupted or offset against one another along their length arrange.

Eine weitere Versteifung des Werkzeuges wird dadurch erzielt, daß es gemäß der Neuerung außerhalb seiner Eintauchtiefe im Werkstück einen größeren Querschnitt aufweist als es dem Öffnungsquerschnitt entspricht· Hierbei kann es jedoch sehr zweckmäßig sein, wenn nach einer Weiterführung des GedankensA further stiffening of the tool is achieved in that, according to the innovation, outside of its immersion depth in the Workpiece has a larger cross-section than corresponds to the opening cross-section · Here, however, it can be very be useful if after a continuation of the thought

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-5- Daim 6955 a/4 -5- Daim 6955 a / 4

der Neuerung der Beginn dieses größeren Querschnittes um einen bestimmten Sicherheitsabstand gegenüber dem Ende der Eintauchtiefe zurückgesetzt ist. Damit soll verhindert werden, daß der dickere Querschnitt beim Hineinfahren des r Werkzeuges in das Werkstück zu nahe an das letztere herangeführt wird und dadurch etwa selbst noch eine Öffnung erzeugt bzwo die Mündung der hergestellten Öffnung verfälscht. Man wird diesen Sicherheitsabstand nur so groß machen, wie es unbedingt nötig ist* Es wäre auch denkbar? an diese Stelle einen konischen Übergang zwischen dem der öffnung entsprechenden Werkzeugquerschnitt und dem verstärkten Querschnitt desselben vorzusehen.the innovation of the beginning of this larger cross-section by a certain safety distance from the end of the Immersion depth is reset. This is to prevent the thicker cross-section when the r tool is brought into the workpiece too close to the latter and thus creates an opening itself or falsified the mouth of the opening produced. You will only make this safety margin as large as it is absolutely necessary * It would also be conceivable? at this point a conical transition between that of the opening corresponding tool cross-section and the reinforced cross-section of the same to be provided.

Die Form der Versteifungen selbst kann entsprechend den jeweiligen Verhältnissen beliebig gewählt werden₀ Nach ein6r Art solcher Ausführungen sind gemäß der Neuerung im Werkzeug zumindest an seinen beiden Enden als Versteifungen ge~ wölbte oder eckige Rippen'angeordnet. Diese Bippen - die gegebenenfalls runden Querschnitt aufweisen können - sind möglicherweise etwas größer als die Öffnungskontur. Bei anderen Ausführungsformen der Neuerung ist das Werkzeug zur Versteifung auf seiner ganzen Breite durchgehend mit ineinander übergehenden, jeweils einander entgegengesetzt .. gerichteten Wölbungen, Neigungsflächen oder Stufen versehen. Und schließlich kann gemäß der Neuerung das Werkzeug auf seinen beiden Seitenflächen symmetrisch zueinander liegende Neigungs- bzw. Wölbungsflächen aufweisen.The shape of the stiffeners may itself to the respective conditions be selected arbitrarily corresponding to ₀ After ein6r nature of such embodiments of the innovation in the mold at least at its two ends in accordance with arched as stiffeners ~ ge or angular Rippen'angeordnet. These ribs - which can optionally have a round cross section - are possibly somewhat larger than the opening contour. In other embodiments of the innovation, for stiffening the tool is continuously provided over its entire width with mutually merging, oppositely directed curvatures, inclined surfaces or steps. And finally, according to the innovation, the tool can have inclined or curved surfaces lying symmetrically to one another on its two side surfaces.

Da in der Hinterkant· einer Turbinenschaufel im allgemeinen mehrere Schlitze übereinander angeordnet sind, wird man daran denken, jeden Schlitz für sich durch ein und dasselbe Werkzeug nacheinander herzusteilen. Zur Vereinfachung schlägt die Neuerung vor, daß das Werkzeug entsprechend deia an einer Schaufelhinterkante insgesamt vorhandenen Öffnungen unter-As in the trailing edge · of a turbine blade in general If several slots are arranged one above the other, one will remember to use one and the same tool for each slot for itself to divide one after the other. To simplify matters, the innovation suggests that the tool be attached to a corresponding deia All openings under the blade trailing edge

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teilt ist, und daß zwischen den zur Herstellung der öffnungen dienenden Werkzeugabschnitten Einschnitte liegen, deren Länge größer ist als es der Eintauchtiefe entspricht, und zwar um den bereits erwähnten Sicherheitsabstand, Auf diese Weise kann man in einem Arbeitsgang alle Schaufelschlitze zugleich herstellen.is divided, and that there are incisions between the tool sections used to produce the openings, the length of which is greater than the immersion depth, namely by the safety distance already mentioned, In this way, all of the vane slots can be made at the same time in one operation.

Ausführungsbeispiele der Neuerung zeigt die Zeichnung, und zwar zeigen:Exemplary embodiments of the innovation are shown in the drawing, namely:

j Mg. 1 und 2 eine luftgekühlte Gasturbinenschaufel imj Mg. 1 and 2 an air-cooled gas turbine blade in the

Querschnitt und in Draufsicht auf dieCross-section and plan view of the

Hinterkante,Trailing edge,

!Pig.3 eine Einrichtung zum Herstellen der Schlitze,! Pig.3 a device for producing the slots,

; im Schema,; in the scheme,

( Λ ( Λ

; I"ig. 4 einen Schnitt nach der Linie IV - IV in.; Fig. 4 shows a section along the line IV - IV in.

! Mgo3 und! Mgo3 and

Pig.5 bis 11 verschiedene Querschnittsformen für das ! Werkzeug.Pig. 5 to 11 different cross-sectional shapes for the ! Tool.

Nach den Mguren 1 und 2 ist das sich zwischen Schaufelfuß 10 und Schaufelkopf 11 erstreckende Schaufelblatt 12 hohl ausgebildet. Die Kühlluft tritt durch einen nicht dargestellten ■Einsatz in die Schaufel ein. In der Hinterkante 13 befinden sich mehrere Schlitze 14, durch welche die Luft aus dem Schaufelinneren 15 in. Richtung der abströmenden Gase austritt. TJm die Strömung der Gase nicht durch Wirbelbildung zu behindern, ist die genaue Richtung und die Kontur der Schlitze 14 wichtig. Die Schlitze sind nur Bruchteile von Millimetern, z.B. 0,3 mm breit, haben jedoch eine Tiefe von mehreren, z.B_o 3 Millimetern, und eine demgegenüber noch um ein Mehrfaches größere Höhe von z.Bo 12 mm.According to Mguren 1 and 2, the blade 12 extending between the blade root 10 and the blade head 11 is hollow. The cooling air enters the blade through an insert (not shown). In the rear edge 13 there are several slots 14 through which the air exits from the blade interior 15 in the direction of the outflowing gases. In order not to hinder the flow of the gases through the formation of eddies, the precise direction and contour of the slots 14 is important. The slots are only fractions of a millimeter, for example 0.3 mm wide, however, have a depth of several, eg _o 3 millimeters, and a contrast greater still several times the amount of z.Bo 12 mm.

Nach Figur 3 ist die soeben beschriebene Schaufel in nicht näher dargestellter Art und Weise fest eingespannt und durchAccording to Figure 3, the blade just described is firmly clamped in a manner not shown and through

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* · · 1 I f t · ID H* · · 1 I f t · ID H

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-5- Daim 6955 a/4 -5- Daim 6955 a / 4

eine Leitung 16 als Anode an eine Stromquelle angeschlossen« Gegenüber der Hinterkante 13 ist das Werkzeug 17 auf einen ebenfalls nicht näher dargestellten Vorschubschlitten 18 angeordnet. Das Werkzeug 17 hat im wesentlichen dieselbe Länge wie das gesamte Schaufelblatt» Es ist über die Leitung 19 als Kathode geschaltet. Dem Werkzeug sind noch die nicht dargestellten Zu- und Abflußorgane für die Elektrolytflüsaigkeit in der üblichen Weise zugeordnet. Die ganze Anordnung befindet sich in einem dicht abgeschlossenen Arbeitsraum.a line 16 as an anode connected to a power source « Opposite the rear edge 13, the tool 17 is arranged on a feed slide 18, which is also not shown in detail. The tool 17 has essentially the same length as the entire airfoil »It is via the line 19 as Cathode switched. The inflow and outflow organs, not shown, for the electrolyte liquid are still attached to the tool assigned in the usual way. The whole arrangement is located in a tightly closed work area.

Das Werkzeug 17 ist rasierklingenartig ausgebildet und entsprechend den Schlitzen 14 mit mehreren Arbeitsabschnitten 20 versehen. Zwischen ihnen liegen Einschnitte 21, die dafür sorgen, daß in der Schaufelhinterkante die Stege 22 zwischen den Schlitzen 14 stehen bleiben. Das Werkzeug 17 wird nun mit Hilfe des Vorschubes 18 mit seiner Stirnseite ar die Schaufelhinterkante herangeführt und anschließend - die Schaufelvrandui 3urJ:.^ringend - bis in den Innenraum 15 der hohlen Schaufel vorgeschoben, wobei die Elektrolytflüssigkeit für das Herauisspülen des abgetragenen Werkstoffes sorgt.The tool 17 is designed in the manner of a razor blade and is provided with a plurality of working sections 20 corresponding to the slots 14. Between them there are incisions 21 which ensure that the webs 22 remain between the slots 14 in the rear edge of the blade. The tool 17 is now brought up to the blade rear edge with the aid of the feed 18 with its end face ar and then - the blade edge 3ur J :. ^ wrestling - advanced into the interior 15 of the hollow blade, the electrolyte fluid ensuring that the removed material is flushed out.

Die letztgenannte Stellung zeigt in größeren Llaßstab die Figur 4. Die Schlitze 14 sind nun fertig hergestellt und die Stirnseiten der Arbeitsabschnitte 20 des Werkzeuges 17 haben den Innenraum 15 der Scnaufel erreicht. Sie sind damit um einen bestimmten Betrag E - die sogenannte Eintauchtiefe in die Turbinenschaufel eingedrungen. Das Werkzeug 17 selbst ist in seinem rückwärtigen Bereich 23 mit einem größeren Querscnnitt versehen. Bis zu dieser Stelle reichen auch die Einschnitte 21 am Werkzeug. Zwischen dem 3eginn dieses Verstarkungsabscnnittes 23 unJ der Schaufelhinterkante verbleibt in der voll eingefahrenen Stellung des Werkzeuges nocli ein Sicherheitsabstand A.The latter position shows the larger letting rod FIG. 4. The slots 14 are now completely produced and the end faces of the working sections 20 of the tool 17 have reaches the interior 15 of the scoop. You are done with it penetrated a certain amount E - the so-called immersion depth in the turbine blade. The tool 17 itself is provided in its rear area 23 with a larger cross-section. They also extend up to this point Incisions 21 on the tool. Between the beginning of this reinforcement section 23 unJ the trailing edge of the blade remains in the fully retracted position of the tool no Safety distance A.

Aus Figur 5 und 4 ist zu erkennen, daß die Arbeitsabschnitte 20 des V/erkzeuges 17 im Quersuhnitt mit Versteifungen 24 versehen sind, die auf seiner ganzen Länge, d.h. von seiner Vorderkante 25 bis zum Beginn des Verstärkungsabschnittes 23 in Vorsohubrichtung durchlaufen. Diese Versteifungen sollenFrom Figure 5 and 4 it can be seen that the working sections 20 of the tool 17 in the cross section with stiffeners 24 which are provided over its entire length, i.e. from its front edge 25 to the beginning of the reinforcement section 23 run through in the feed direction. These stiffeners are supposed to

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I · ttt * « II · ttt * «I.

-6- Daim 6955 a/4 -6- Daim 6955 a / 4

ein Verbiegen der Arbeitsabseimitte des Werkzeuges 17 verhindern«. Sie sind in vorliegendem Falle als Rippen ausgebildet, die sich jeweils an den Enden der Ärbeitsabschnitte 20 befinden=prevent bending of the working parting center of the tool 17 «. In the present case, they are designed as ribs, each of which is located at the ends of the working sections 20 =

Die Versteifungen sollen im wesentlichen innerhalb der Kontur der zu erzeugenden Schlitze liegen. Jedoch ist es ohne weiteres möglich, ihnen eine etwas größere Stärke zu geben. D.h. die Schlitzkontur bildet die Umhüllende zur Y/erkzeugkontur, von geringen Überschreitungen abgesehen, Die Figuren 5 bis 11 zeigen mehrere Formen solcher Versteifungen. Dabei ist jeweils die Kontur der Schlitze 14 mitangedeutet.The stiffeners should lie essentially within the contour of the slots to be produced. However, it is without further possible to give them a little more strength. I.e. the slot contour forms the envelope to the Y / tool contour, apart from slight excesses, FIGS. 5 to 11 show several forms of such stiffeners. Included the contour of the slots 14 is indicated in each case.

Bei der Anordnungen der Figuren 6 und 7 handelt es sich um die bereits erwähnten Rippen. Diese können eckigen oder gewölbten Querschnitt haben und an den Enden der Arbeitsabschnitte 20 liegen oder in gleichmäßigen Abständen auf den Arbeitsabschnitten 20 verteilt sein. Die Figuren 5» 8 un'd dagegen zeigen Werkzeuge, die auf ihrer ganzen Breite durchgehend "mit ineinander übergehenden Wölbungen, N eigungis flächen oder Stufen versehen sind. Und schließlich zeigen die Figuren 9 und 11 noch Werkzeuge, deren beide Seitenflächen symmetrisch zueinander Neigungs- bzw. Wölbungsflächen aufweisen. Über die gezeigten Formen hinaus sind noch v/eitere '/uerschnitte, sowie auch Kombinationen der hier gezeigten möglich. Wichtig ist dabei, daß die Strömung in der damit erzeugten Schlitz-Öffnung nicht gestört v/ird. Man wird also zweckmäßig scharfe Übergänge vermeiden bzw. abrunden oder ausgleichen.The arrangements of Figures 6 and 7 are the ribs already mentioned. These can have an angular or curved cross-section and at the ends of the working sections 20 or be distributed over the working sections 20 at regular intervals. The figures 5 »8 un'd on the other hand, tools show that they have inclined surfaces across their entire width with "merging curves" or steps are provided. And finally, FIGS. 9 and 11 also show tools, the two side surfaces of which are symmetrical have mutually inclined or curved surfaces. Above the shapes shown are also more vague, as well as combinations of the ones shown here are possible. It is important that the flow in the slot opening created with it not disturbed. It is therefore advisable to avoid sharp transitions or to round off or compensate for them.

0253302533

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Claims

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Protection claims :

ο means for producing Kühlmittelöff-boy on the type of electrolyte-removal method in running or vanes of gas turbines, z "B _e aircraft engines, in particular for making narrow slots in the vane trailing edge, wherein the workpiece as anode and the corresponding shape to be produced tool is connected as a cathode, characterized in that the tool (17) held as a cathode has reinforcements (24) in cross section which extend in the feed direction and lie essentially within the contour of the intended openings (14) and which have such a shape have, through which the flow in the opening is not or at least not significantly hindered later.

2. Device according to claim 1, characterized in that that the stiffeners (24) at least in a length corresponding to the immersion depth (E) on the tool (17) run through.

3. Device according to claim 1 or 2, characterized in that the tool (17) outside of its immersion depth (E) has a larger cross-section (23) in the workpiece than corresponds to the opening cross-section.

4. Device according to claim 3, characterized in that that the beginning of the larger cross-section (23) by a certain safety distance (A) from the end the immersion depth is reset

5. Device according to one or more of claims 1 to 4, characterized in that in the tool (17), at least at both ends, arched or angular ribs (24) are arranged as reinforcement (FIGS. 6 and 7).

-8th-

» · * ι til»· * Ι til

I / aim 6955 a / 4

6. Device according to one or more of the claims

1 to 4, characterized in that the Y / tool (17) for stiffening is continuously provided over its entire width with mutually ^{merging, oppositely directed bulges, inclined surfaces or steps (5 1} Ig.5, 8 and 10) »

7. Device according to one or more of the claims

1 to 4, characterized in that the tool (17) for stiffening, has inclined or curved surfaces lying symmetrically to one another on its two side surfaces (Fig * 9.11).

8. Device according to one or more of the claims

1 to 7 »characterized in that the Y / tool (17) corresponding to the total number of openings (14) in working sections (20) on a blade trailing edge is divided, and between these for the production of the openings (14) serving working sections (20) Incisions (21) lie, the length of which is greater than the immersion depth (Er corresponds.