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Verfahren zum Herstellen von Schaufeln für Axialströmungsmaschinen
Die Erfindung bezieht sieh auf ein Verfahren zum Herstellen verwundener Laufschaufeln
für Axialströmungsmaschinen, wie Kompressoren und Turbinen mit axialer Strömung,
bei großer Re-5 lativgeschwindigkeit der Schaufeln. Die Erfindung gewährleistet
eine außerordentliche Vereinfachung, Beschleunigung und Verbilligung der Herstellung
solcher verwundener Schaufeln und ist immer anwendbar, wenn die Verwindung nicht
allzu groß ist.
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1o Den Gegenstand der Erfindung bildet ein Verfahren zum Herstellen
verwundener Laufschaufeln für Axialströmungsmaschinen, deren Schaufeldicke (d. h.
Entfernung zwischen der Vorder- oder Hohlseite und Rück- oder Konvexseite) und Schaufelbreite
(d. h. Entfernung von der Eintrittskante zu der Austrittskante) von der Schaufelwurzel
gegen die Schaufelspitze hin fortschreitend abnehmen.
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Erfindungsgemäß besteht das Verfahren darin, daß der gewölbte Schaufelrücken
als eine oder zwei ineinander übergehende Kreiszylindermantelflächen und die Schaufelfront
als ebene Fläche oder Kreiszylindermantelfläche spanabhebend hergestellt werden
und die Schaufel dann verwunden wird.
Das spanlose Umformen von
spanabhebend vorgeformten Schaufeln ist an sich bekannt, jedoch wurden nach diesem
kombinierten Verfahren nicht verwundene Schaufeln mit sich über die Schaufellänge
in der Größe des Ouerschnittes änderndem Profil hergestellt, für die das zu verwindende
Zwischenwerkstück unter Zurücksetzung aerodynamischer Gesichtspunkte so geformt
ist, daß es mit einfachen spanabhebenden Arbeiten hergestellt werden kann.
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Dabei wird die Schaufelrohform so gestaltet, daß die Schwerpunkte
aller Profile ungefähr auf einer geraden radialen Linie liegen (wie an sich bekannt
ist), und die Verwindung der Schaufel erfolgt derart, daß die Schwerpunkte der Profile
nach der Verwindung wieder ungefähr auf einer geraden radialen Linie liegen. Die
Verwindung der Schaufel wird zweckmäßig durch Gesenkpressen, beispielsweise in kaltem
Zustand, ausgeführt. Eine darauffolgende Wärmebehandlung ist erwünscht, um innere
Spannungen.zu beseitigen, die eine Zurückbildung der Verwindung zur Folge haben
könnten.
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Die Vorderseite der Rohschaufel kann konkav oder auch eben sein, d.
h., die entsprechende Profilkante mag ein Kreisbogen oder eine gerade Linie sein.
Im ersten Fall wird die Vorderseite der Schaufel erst eben ausgebildet, und. die
konkave Hohlform wird nachher durch spanabhebende Bearbeitung erzielt. Eine schmale,
im wesentlichen ebene Abflachung nach der Eintritts- und der Austrittskante kann
auch bei ausgehöhlten Schaufeln vorhanden sein, weil dann die Stellung der Sehne
relativ zu dem Schaufelprofil, d. h. der Anstellwinkel, sich auch bei der Glättung
scharfer Kanten durch entsprechende Bearbeitung nicht ändert. Eine Nachprüfung zur
Feststellung, ob die Schaufel die erwünschten Anstellwinkel durch die Verwindung
erhalten hat, kann dann leicht vorgenommen werden, indem man eine gerade Kante an
die Abflachungen anlegt und deren Winkel mit einer gegebenen Ebene, z. B. einer
Vergleichsfläche am Wurzelfuß der Schaufel, mißt. Der Winkel der am Läuferkörper
befestigten Schaufel kann in ähnlicher Weise ohne Schwierigkeit nachgepriift werden.
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Die Rohform der Schaufel kann durch einfache spanabhebende Bearbeitungsgänge
hergestellt werden, insbesondere durch Fräsen der konvexen Schaufelrückseite und
Hobeln oder Planfräsen, erforderlichenfalls mit nachfolgendem Hohlfräsen, der Schaufelvorderseite.
Auf diese Weise kann mit nachfolgender einfacher Verwindung ein korrektes Schaufelprofil
auf schnelle und wirtschaftliche Art erzielt werden. Da leicht nachzuprüfen ist,
ob die Schaufeln richtig verwunden sind, gewährleistet diese Herstellungsart, daß
alle Schaufeln einander gleich sind, die richtige Form haben und im Bereich geringer
Abweichungsgrenzen mit dem erforderlichen Anstellwinkel angebracht werden können.
Dabei ist zu beachten, daß die Änderungen des Umlenkwinkels und des Profils von
der Wurzel bis zur Spitze auf verhältnismäßig kleine Bereiche beschränkt sind. In
der Zeichnung zeigt Fig. i eine räumliche Ansicht einer durch spanabhebende Bearbeitung
hergestellten Rohform der Schaufel, Fig. a ein Wurzelprofil und Fig. 3 ein Profil
an der Spitze der Schaufel nach Glättung etwaiger Schärfe der Kanten, Fig. 4. einen
Aufriß und Fig. 5 eine Ansicht einer Schaufelrohform, Fit, . 6 und 7 einen Aufriß
und eine Ansicht wie Fig.4 und 5, j edochnach demVerwinden der Schaufel. In Fig.
i stellt die Linie A-0-D die konvexe Begrenzung des Profils der Schaufelform an
der Wurzel und die Linie B-O-C die konvexe Begrenzung des Profils an der Spitze
der Schaufelrückseite dar. Da die Schaufel auf eine Fläche im rechten Winkel zu
der konvexen Oberfläche projiziert ist, fällt in Fig. i der Kreisbogen der Profilkante
des konvexen Profils an der Spitze vollkommen innerhalb des Kreisbogens des konvexen
Profils an der Wurzel, welcher länger ist. Die Vorderseite der Schaufel wird erst
eben hergestellt derart, daß die so erzeugte Ebene E-F-H-G leicht gegen die konvexe
Rückseite geneigt ist, um die Abnahme der Schaufeldicke gegen die Schaufelspitze
zu bewirken. Die Neigung dieser Ebene wird also so gewählt, daß die Schaufeldicke
an den Austrittskanten, die D-F an der Schaufelwurzel ist, nach der Spitze zu, wo
sie C-H ist, etwas abnimmt. Die Dicke der Eintrittskante ist ähnlich ausgebildet,
so daß sie vorteilhaft von A-E an der Wurzel nach B-C an der Spitze abnimmt. Die
Schaufel kann dann auf der Vorderseite bis zur Linie I-U-K an dem Wurzelprofil und
L-V-M an dem Spitzenprofil ausgehöhlt werden, wobei schmale ebene Teile E-I-L-G
an der Eintrittskante und K-F-H-M an der Austrittskante erhalten'bleiben können.
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Nach dieser spanabhebenden Bearbeitung zur Herstellung der Rohschaufel
nach Fig. i werden die Kanten abgerundet, so daß das Wurzelprofil gemäß Fig.2 und
das Spitzenprofil gemäß Fig.3 keine Schärfen aufweisen. Der Umlenkwinkel
0" d. h. der von Tangenten zur Mittellinie des Profils an der Eintrittskante
und an der Austrittskante eingeschlossene Winkel 00 am Wurzelprofil, ist größer
als der Umlenkwinkel 01 an dem Spitzenprofil, wie die Zeichnung zeigt.
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Der Schaufelfuß zum Anbringen der Schaufel am Läufer mag, wie in Fig.
4 gezeigt, einen Hammerkopf bilden. Dieser Fuß ist relativ zu der Schaufel derart
angeordnet, daß der gewünschte Schaufelanstellwinkel an der Wurzel entsteht. Die
Schaufel wird hierauf derart verwunden, daß der erforderliche richtige Anstellwinkel
sich für jede Entfernung von der Laufachse ergibt (Fig. 6 und 7). Die Verwindung
wird so ausgeführt, daß die Schwerpunkte der verschiedenen Schaufelquerschnite wenigstens
ungefähr auf derselben radialen Linie liegen.