EP1008722A1 - Verfahren zur Herstellung eines geschweissten Rotors einer Strömungsmaschine - Google Patents

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EP1008722A1
EP1008722A1 EP98811218A EP98811218A EP1008722A1 EP 1008722 A1 EP1008722 A1 EP 1008722A1 EP 98811218 A EP98811218 A EP 98811218A EP 98811218 A EP98811218 A EP 98811218A EP 1008722 A1 EP1008722 A1 EP 1008722A1
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EP
European Patent Office
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rotor
welded
ring
hollow channel
disks
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Wilhlem Dr. Endres
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General Electric Technology GmbH
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ABB Alstom Power Switzerland Ltd
Alstom Power Schweiz AG
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    • F01D5/00—Blades; Blade-carrying members; Heating, heat-insulating, cooling or antivibration means on the blades or the members
    • F01D5/02—Blade-carrying members, e.g. rotors
    • F01D5/06—Rotors for more than one axial stage, e.g. of drum or multiple disc type; Details thereof, e.g. shafts, shaft connections
    • F01D5/063—Welded rotors
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    • Y10T29/4932—Turbomachine making
    • Y10T29/49325—Shaping integrally bladed rotor

Definitions

  • the invention relates to a method for producing a welded Rotor of a turbomachine according to the preamble of claim 1.
  • a generic welded rotor for a turbomachine, for example for a gas turbine system is in European publication EP 0 844 367 A1 described.
  • the rotor has hollow channels 5, 5a, 5b etc. which circumferentially around the rotor axis between two welded together Extend rotor disks.
  • European publication EP 0 844 367 A1 European publication EP 0 844 367 A1 described.
  • the rotor has hollow channels 5, 5a, 5b etc. which circumferentially around the rotor axis between two welded together Extend rotor disks.
  • European publication referenced to the rest of all not shown in detail Details necessary for the technical understanding of the welded
  • the underlying cooling system of the rotor are necessary.
  • a specially trained insert ring 20 provided that bounds each hollow channel at least partially on one side and welded to the rotor disks using appropriate welds is.
  • the structural design of the cavity geometry and the shape of the insert rings is selected such that conventional welding techniques can be used to produce the weld seams. While this corresponds to the desire for the simplest possible manufacturing techniques and conditions in the production and manufacture of welded rotors, the manufacture of the insert rings specially adapted to the geometry of the hollow channels requires high precision and alignment accuracy during assembly, which in turn leads to a considerable measure of manufacturing costs accept.
  • the insert rings also each have a spacer on which projects into the interior of the hollow channel and hinders the free expansion of the cooling medium within the hollow channel.
  • the invention has for its object a method for producing a welded rotor of a turbomachine such that one the individual parts required for the assembly of the rotor as simple as possible and inexpensive to manufacture and secondly within the welded Rotors are conveniently available.
  • the Advantages that you get with the help of electron beam welding, for example, can be fully used with the inventive method.
  • the Manufacturing process should work reliably at a higher process speed, than it is the case with the previously known methods for producing generic, welded rotors, the case is.
  • the inventive method for producing a welded rotor Turbomachine which by one internal rotor inlet and outlet channels Coolant is flowed through and composed of several rotor disks is that extending radially or largely radially to the rotor axis Welds are connected to each other and one around the rotor axis enclose circumferential cavity with each other, the weld seams in such a way interrupts that a weld seam facing the rotor directly to the Adjacent cavity is formed by the following process steps:
  • Two immediately adjacent rotor disks are along their mutual Contact surfaces, preferably along a weld, with each other fixed, for example using conventional welding techniques. Same as the above case of a welded rotor according to the Lessons from European publication EP 0 844 367 A1 close the two neighboring ones Rotor disks in the assembled state a hollow channel, its peripheral outer side, facing away from the rotor axis, at least partially is open.
  • the rotor disks are also designed such that they include a gap that faces away from the rotor, directly to the cavity connects and in the one, consisting of at least two sub-elements Ring element is introduced. Both ring parts are then electron beam welded with one another at their abutting surfaces within the gap firmly. Likewise, the side flanks of the sub-elements inserted into the gap of the ring element with the respective rotor disks by means of electron beam welding firmly welded.
  • Another alternative method according to the invention for producing a Generic welded rotor of a turbomachine sees the difference no division of the ring element to the method described above before, but used for closing the cavity at its peripheral A one-piece ring on the outside.
  • what is described below offers Process the possibility of joining with conventional To carry out welding techniques, e.g. with the aid of inert gas, induction, Ultrasonic, or arc welding, to name just a few alternative welding techniques to call.
  • a one-piece ring between two rotor disks to be welded introduced even before the two rotor disks are firmly welded together become.
  • the one rotor disk provides a fixed abutment surface against which the one-piece ring is flush with one of its two opposite side flanks triggers.
  • the other rotor disk is designed such that the one-piece ring pushed at least a portion over the other rotor disc can be.
  • the other rotor disk is adjacent to the cavity, which is formed by joining the two rotor disks together, an outer diameter on which is smaller than the inside diameter of the one-piece ring.
  • the two rotor disks to be used together are at least along a weld seam, starting from the hollow channel, from both rotor disks is enclosed and extends in the direction of the rotor axis, welded.
  • the one-piece ring is in the direction of the rotor disc shifted in the area of the hollow channel described above Has outer diameter that is slightly smaller than the inner diameter of the Ring is.
  • the ring is made by local spot welding is fixed in its position described above.
  • other measures can be taken to get the ring in one of the Hollow channel to keep distant position during welding.
  • the ring is then detached from its spot weld and with one of its pressed both sides on the fixed abutment surface of the rotor disc.
  • the welding process to be carried out in the following can be carried out as in the above described case by means of electron beam welding, of course conventional welding techniques can also be used.
  • the manufacturing methods according to the invention described above relate to a simplified assembly of welded rotors that are inside the rotor shaft Provide cooling channels for cooling purposes through which cooling steam is driven. It is of decisive advantage to take advantage of that with the electron welding technology related benefits.
  • Fig. 1 shows a highly schematic representation of a cross section through the adjacent Areas of two rotor disks 1, 2 on the hollow channel 5, through the a cooling medium is driven.
  • the hollow channel 5 is on the one hand through the rotor disks 1 and 2 limited, which under the hollow channel 5 via a weld seam 3rd are firmly connected. Open left and right on the hollow channel 5 Cooling channels 4 which pass through and through the rotor disks 1 and 2 accordingly the coolant is introduced or discharged into the hollow channel 5.
  • the cavity 5 enclosed by the two rotor disks 1 and 2 is in the Area 6 designed open on its peripheral outside.
  • the rotor disks 1 and 2 close to the side facing away from the rotor adjacent to the hollow channel Gap 7 through which the two rotor disks 1 and 2 are welded the one required for the production of the weld seam 3 in the case of electron beam welding Welding beam can be directed.
  • Electron beam welding is also capable to establish a firm connection along the circumferential seams 10 and in this way a firm connection between the ring elements 8 and the rotor disks 1 and 2.
  • centering lips 11 are provided for welding separating edges serve to avoid through-welds, which often lead to the formation of beads and droplets of material are directly connected to the weld groove.
  • FIG. 2 shows a detailed illustration of the lower end of the peripheral seam 10 in accordance with FIG Figure 1 shown.
  • the centering lip 11 attached, the Ring element 8 slightly overlooked on its underside.
  • a distance ⁇ typically remains between Radiant or weld seam end and inner contour of approx. 2-5 mm.
  • Relief grooves are concave contours, which immediately connect to a weld seam elevation and a smooth one Transition from the weld seam to the contour of the adjoining one Serve molded part (see also Figure 3 with the relief grooves 18).
  • the rotor disks 1 and 2 are available.
  • the rotor disk 2 points in the area an outer contour on the outer diameter of the hollow channel 5 12 approximately less than or equal to the inner diameter 13 of the one-piece design Ring element 8 corresponds. In this way, the ring element 8 can at least can be shifted a bit over the rotor disc 2 to the right.
  • the one-piece ring 8 is pushed over the rotor disk 2 and there provisionally attached, for example with the help of a spot weld connection.
  • the rotor disc 1 is placed on the rotor disc 2 and the Weld 14 welded, the following with the help of known quality inspection methods can be checked. This is how it usually forms a rough surface elevation on the weld seam surface, which with Using suitable ablation techniques, such as grinding or turning, can be reworked to a smooth surface.
  • the ring 8 After completion of the weld seam 14, which, as already mentioned above, can be produced with the aid of conventional welding techniques, the ring 8 is shifted to the left until the ring abuts a centering lip 17 of the rotor disk 1 (see here the detailed illustration in FIG. 3). .
  • the weld seam 15 can be filled out.
  • the weld 16 that fills the ring 8 with the rotor disk 2 is filled.
  • the displaceability of the ring 8 over the outer contour of the rotor disk 2 makes it possible to produce three weld seams in a conventional manner in order to finally close a cavity 5 between the rotor disks 1 and 2.
  • the necessary space is usually available at the end of rotor parts.

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Abstract

Beschrieben werden zwei Verfahren zur Herstellung eines geschweißten Rotors einer Strömungsmaschine, der durch rotorinterne Zu- und Abströmungskanäle von einem Kühlmedium durchströmt wird und aus mehreren Rotorscheiben zusammengesetzt ist, die durch radial oder weitgehend radial zur Rotorachse verlaufende Schweißnähte miteinander verbunden werden und jeweils einen um die Rotorachse verlaufenden Hohlkanal miteinander einschließen, der die Schweißnähte derart unterbricht, daß eine rotorseitig zugewandte Schweißnaht unmittelbar an den Hohlkanal angrenzt. Die Erfindung zeichnet sich dadurch aus, daß zwei unmittelbar aneinandergrenzende Rotorscheiben entlang wenigstens einer Naht, die sich ausgehend von dem Hohlkanal, der von beiden Rotorscheiben eingeschlossen wird, in Richtung Rotorachse erstreckt, miteinander verschweißt werden, daß der rotorseitig abgewandte Bereich des Hohlkanals an seiner peripheren Außenseite wenigstens teilweise offen ausgebildet ist und daß beide Rotorscheiben einen Spalt einschließen, der sich rotorseitig abgewandt unmittelbar an den Hohlkanal anschließt und in den ein, aus wenigstens zwei Teilelementen bestehendes Ringelement eingebracht wird, und daß die Teilelemente des Ringelementes an ihren gegenüberliegenden Stoßflächen miteinander sowie mit Ihren Seitenflanken an den diesen gegenüberliegenden Rotorscheiben verfügt werden. Das andere erfindungsgemäße Verfahren sieht die Verwendung eines einteiligen Rings vor, der auch mit konventionellen Schweißtechniken zum Abschluß des Hohlkanals verschweißt werden kann. <IMAGE>

Description

Technisches Gebiet
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung eines geschweißten Rotors einer Strömungsmaschine gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Stand der Technik
Ein gattungsgemäßer geschweißter Rotor für eine Strömungsmaschine, bspw. für eine Gasturbinenanlage, ist in der europäischen Druckschrift EP 0 844 367 A1 beschrieben. Der Rotor weist zu Kühlzwecken Hohlkanäle 5, 5a, 5b etc. auf, die sich umlaufend um die Rotorachse zwischen zwei miteinander verschweißten Rotorscheiben erstrecken. Auf die technische Notwendigkeit der um die Rotorachse umlaufenden Hohlkanäle sei auf die vorstehend genannte europäische Druckschrift verwiesen, auf die im übrigen hinsichtlich aller nicht weiter im Detail dargestellten Einzelheiten, die zum technischen Verständnis des dem geschweißten Rotor zugrundeliegenden Kühlsystems notwendig sind, verwiesen wird.
Zur peripheren Abdichtung der Hohlkanäle 5, 5a, 5b, die zu Kühlzwecken den vorstehend beschriebenen Rotor umlaufen (siehe hierzu Fig.1 der vorstehend genannten europäischen Druckschrift), ist jeweils ein speziell ausgebildeter Einsatzring 20 vorgesehen, der jeden Hohlkanal wenigstens teilweise einseitig begrenzt und über entsprechende Schweißnähte mit den Rotorscheiben fest verschweißt ist.
Die konstruktive Auslegung der Hohlraumgeometrie sowie die Gestalt der Einsatzringe ist derart gewählt, daß zur Herstellung der Schweißnähte mit konventionellen Schweißtechniken gearbeitet werden kann. Zwar entspricht dies bei der Produktion und Herstellung von geschweißten Rotoren dem Wunsch nach möglichst einfachen Herstellungstechniken und -bedingungen, doch erfordert die Herstellung der speziell an die Geometrie der Hohlkanäle angepaßten Einsatzringe eine hohe Präzision und Ausrichtungsgenauigkeit während der Montage, wodurch die Herstellungskosten wiederum ein beachtliches Maß annehmen. Die Einsatzringe weisen zudem je einen Distanzsteg auf der in das Innere des Hohlkanals hineinragt und die freie Ausbreitung des Kühlmediums innerhalb des Hohlkanals behindert. Diese Maßnahmen sind aus Gründen einer vereinfachten Montage unter Verwendung konventioneller Schweißtechninken gewählt worden. Es bilden sich jedoch unweigerlich Toträume aus, in denen sich das Kühlmedium fangen bzw. ansammeln kann, wodurch
Materialschäden nicht ausgeschlossen werden können.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung eines geschweißten Rotors einer Strömungsmaschine derart weiterzubilden, daß zum einen die für die Montage des Rotors erforderlichen Einzelteile möglichst einfach und kostengünstig in der Herstellung und zum anderen innerhalb des zu verschweißenden Rotors komfortabel zu Verfügen sind. Insbesondere sollen die Vorteile, die man beispielsweise mit Hilfe des Elektronenstrahlschweißens erhält, mit dem erfindungsgemäßen Verfahren vollständig genutzt werden können. Das Herstellverfahren soll zuverlässig mit einer höheren Prozeßgeschwindigkeit arbeiten, als es bei den bisher bekannten Methoden für die Herstellung gattungsgemäßer, geschweißter Rotoren, der Fall ist.
Die Lösung der der Erfindung zugrundeliegenden Aufgabe ist in den Patentansprüchen 1 und 5 angegeben. Den Erfindungsgedanken vorteilhaft weiterbildende Merkmale sind Gegenstand der Unteransprüche.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung eines geschweißten Rotors einer Strömungsmaschine, der durch rotorinterne Zu- und Abströmkanäle von einem Kühlmedium durchströmt wird und aus mehreren Rotorscheiben zusammengesetzt ist, die durch radial oder weitgehend radial zur Rotorachse verlaufende Schweißnähte miteinander verbunden werden und jeweils einen um die Rotorachse umlaufenden Hohlraum miteinander einschließen, der die Schweißnähte derart unterbricht, daß eine rotorseitig zugewandte Schweißnaht unmittelbar an den Hohlraum angrenzt, ist durch die folgenden Verfahrensschritte ausgebildet:
Zwei unmittelbar aneinandergrenzende Rotorscheiben werden entlang ihrer gegenseitigen Berührflächen, vorzugsweise entlang einer Schweißnaht, miteinander fest verfügt, beispielsweise unter Verwendung konventioneller Schweißtechniken. Gleich dem vorstehend genannten Fall eines geschweißten Rotors gemäß der Lehre aus der europäischen Druckschrift EP 0 844 367 A1 schließen die zwei benachbarte Rotorscheiben im zusammengefügten Zustand einen Hohlkanal ein, dessen periphere, der Rotorachse abgewandte Außenseite, wenigstens teilweise offen ausgebildet ist. Die Rotorscheiben sind überdies derart ausgebildet, daß sie einen Spalt einschließen, der sich rotorseitig abgewandt, unmittelbar an den Hohlraum anschließt und in den ein, aus wenigstens zwei Teilelementen bestehendes Ringelement eingebracht wird. Beide Ringteile werden anschließend mittels Elektronenstrahlschweißen an ihren Stoßflächen innerhalb des Spaltes miteinander fest verfügt. Ebenso werden die Seitenflanken der in den Spalt eingefügten Teilelemente des Ringelementes mit den jeweiligen Rotorscheiben mittels Elektronenstrahlschweißens fest verschweißt.
Mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es möglich, unter Anwendung der Elektronenstrahlschweißtechnik in nahezu einem einzigen Verfahrensschritt den um die Rotationsachse umlaufenden Hohlkanal zwischen zwei zu verschweißenden Rotorscheiben radial nach außen abzudichten. Hierzu wird ein vorzugsweise zweigeteilter Ring von außen in den offenen Spalt der beiden zu verschweißenden Rotorscheiben gelegt, wobei nachfolgend mit Hilfe eines Elektronenstrahls die Stoßflächen der Ringteile miteinander verschweißt werden. Ebenso erfolgt ein Verschweißen der Seitenflanken der Ringelemente mit den entsprechenden Rotorscheiben. Dies ist unter Verwendung von Elektronenstrahlschweißen möglich, da mit Hilfe dieser Technik ein in die Tiefe des Materials einwirkender Schweißprozeß gewährleistet ist.
Um den Schweißvorgang selbst zu optimieren, sind an den zu schweißenden Stellen Zentrierlippen vorgesehen, innerhalb derer der Schweißstrahl geführt wird.
Ein weiteres alternatives erfindungsgemäßen Verfahren zur Herstellung eines gattungsgemäßen geschweißten Rotors einer Strömungsmaschine sieht im Unterschied zum vorstehend beschriebenen Verfahren keine Teilung des Ringelementes vor, sondern verwendet für das Abschließen des Hohlraumes an seiner peripheren Außenseite einen einteiligen Ring. Überdies bietet das im weiteren beschriebene Verfahren die Möglichkeit den Fügevorgang auch mit konventionellen Schweißtechniken durchzuführen, bspw. mit Hilfe des Schutzgas-, Induktions-, Ultraschall-, oder Lichtbogen-Schweißen, um nur einige alternative Schweißtechniken zu nennen.
Hierzu wird ein einteiliger Ring zwischen zwei zu verschweißenden Rotorscheiben eingebracht, noch bevor die beiden Rotorscheiben fest miteinander verschweißt werden. Dabei sieht die eine Rotorscheibe eine feste Anschlagfläche vor, an die der einteilige Ring mit einer seiner beiden gegenüberliegenden Seitenflanke bündig anstößt. Die andere Rotorscheibe ist dagegen derart ausgebildet, daß der einteilige Ring wenigstens ein Teilstück über die andere Rotorscheibe geschoben werden kann. Hierbei weist die andere Rotorscheibe angrenzend zum Hohlraum, der durch Aneinanderfügen beider Rotorscheiben gebildet wird, einen Außendurchmesser auf der kleiner als der Innendurchmesser des einteiligen Ringes ist.
Die beiden miteinander zu verfügenden Rotorscheiben werden entlang wenigstens einer Schweißnaht, die sich ausgehend vom Hohlkanal, der von beiden Rotorscheiben eingeschlossen wird und in Richtung Rotorachse erstreckt, verschweißt. Während dieses Schweißvorganges ist der einteilige Ring in Richtung der Rotorscheibe verschoben, die im Bereich des Hohlkanals den vorstehend beschriebenen Außendurchmesser aufweist, der etwas kleiner als der Innendurchmesser des Ringes ist.
Auf diese Weise ist ein von außen zugängliches Schweißen an der Nahtstelle zwischen der einen und der anderen Rotorscheibe möglich, zumal der Schweißvorgang durch den nach oben hin offenen Hohlkanal erfolgt.
Für diesen Vorgang ist es von Vorteil, wenn der Ring durch lokales Punktschweißen in seiner vorstehend beschriebenen Position fixiert ist. Selbstverständlich können auch andere Maßnahmen getroffen werden, um den Ring in einer vom Hohlkanal entfernten Lage während des Schweißens zu halten.
Im weiteren wird der Ring von seiner Punktschweißstelle gelöst und mit einer seiner beiden Seitenflanken an die feste Anschlagfläche der Rotorscheibe gepreßt. Der im folgenden durchzuführende Schweißvorgang kann ebenso wie im vorstehend beschriebenen Fall mittels Elektronenstrahlschweißen erfolgen, selbstverständlich können auch konventionelle Schweißtechniken eingesetzt werden.
Im Zustand des an die Anschlagfläche der Rotorscheibe anliegenden Rings wird dieser mit der Rotorscheibe verschweißt. Im Falle der Verwendung konventioneller Schweißtechniken wird zunächst der untere Bereich zwischen der festen Anschlagfläche und dem Ring, der sogenannte Wurzelbereich, verschweißt. Auf diese Weise ist eine ausreichende Fixierung des Rings an die Anschlagfläche der einen Rotorscheibe gewährleistet. Nachfolgend wird der Ring mit der anderen Rotorscheibe teilweise oder ganz verschweißt, so daß der einseitig offene Hohlkanal durch den Ring und die nachfolgenden Schweißvorgänge vollständig geschlossen wird. Abschließend wird der verbliebene Zwischenspalt zwischen der festen Anschlagfläche der einen Rotorscheibe mit dem Ring vollständig aufgefüllt.
Die vorstehend beschriebenen erfindungsgemäßen Herstellverfahren betreffen eine vereinfachte Montage von geschweißten Rotoren, die innerhalb der Rotorwelle zu Kühlzwecken Kühlkanäle vorsehen, durch die Kühldampf getrieben wird. Von entscheidendem Vorteil ist das Zunutzemachen der mit der Elektronenschweißtechnik verbundenen Vorteile.
Kurze Beschreibung der Erfindung
Die Erfindung wird nachstehend ohne Beschränkung des allgemeinen Erfindungsgedankens anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnung exemplarisch. Es zeigen:
Fig. 1
Querschnitt durch einen erfindungsgemäß verschweißten Hohlkanal mittels Elektronenstrahlschweißtechnik,
Fig. 2
schematisierte Darstellung einer Zentrierlippe und
Fig. 3
schematisierte Querschnittsdarstellung durch einen verschweißten Rotor mit Hohlkanal mit einem einteiligen Ring als Abdichtelement des Hohlkanals.
Wege zur Ausführung der Erfindung, gewerbliche Verwendbarkeit
Fig. 1 zeigt in stark schematisierter Darstellung einen Querschnitt durch die angrenzenden Bereiche zweier Rotorscheiben 1, 2 an den Hohlkanal 5, durch den ein Kühlmedium getrieben wird. Der Hohlkanal 5 wird einerseits durch die Rotorscheiben 1 und 2 begrenzt, die unter dem Hohlkanal 5 über eine Schweißnaht 3 fest miteinander verbunden sind. Links und rechts an den Hohlkanal 5 münden Kühlkanäle 4, die die Rotorscheiben 1 und 2 entsprechend durchsetzen und durch die Kühlmittel in den Hohlkanal 5 ein- bzw. ausgeleitet wird.
Zur Herstellung der in Fig. 1 dargestellten miteinander verschweißten Rotorscheiben 1 und 2 werden diese zunächst entlang der Schweißnaht 3 miteinander fest verfügt. Dieser Schweißvorgang kann entweder mit konventionellen Schweißtechniken oder mit Elektronenstrahlschweißen erhalten werden.
Der von den beiden Rotorscheiben 1 und 2 eingeschlossene Hohlraum 5 ist im Bereich 6 an seiner peripheren Außenseite offen ausgestaltet. Die Rotorscheiben 1 und 2 schließen zur rotorabgewandten Seite an den Hohlkanal angrenzend einen Spalt 7 ein, durch den zum Verschweißen der beiden Rotorscheiben 1 und 2 der für die Herstellung der Schweißnaht 3 bei Elektronenstrahlschweissung erforderliche Schweißstrahl gerichtet werden kann.
Im bereits zusammengefügten Zustand beider Rotorscheiben 1 und 2 entlang der Schweißnaht 3 wird radial von außen ein vorzugsweise zweigeteiltes Ringelement 8 in den Spalt 7 eingelegt, das mittels Elektronenstrahlschweißen an seinen gegenüberliegenden Stoßkanten 9 fest verschweißt wird. Ebenso vermag das Elektronenstrahlschweißen eine feste Verbindung entlang den Umfangsnähten 10 herzustellen und auf diese Weise eine feste Verbindung zwischen den Ringelementen 8 und den Rotorscheiben 1 und 2 herzustellen.
Um den Vorgang des Elektronenstrahlschweißens sicherer zu gestalten, insbesondere hinsichtlich der Herstellung sauberer Schweißnuten, werden entlang der zu verschweißenden Trennkanten sogenannte Zentrierlippen 11 vorgesehen, die zur Vermeidung von Durchschweißstellen dienen, die häufig mit Wulst- und Materialtröpfchenbildung unmittelbar an der Schweißnut verbunden sind.
In Figur 2 ist eine Detaildarstellung des unteren Endes der Umfangsnaht 10 gemäß Figur 1 dargestellt. Am unteren Ende der Umfangsnaht 10 der Rotorscheibe 1 ist ein kleiner, als Zentrierlippe 11 bezeichneter Vorsprung angebracht, der das Ringelement 8 an seiner Unterseite leicht überragt. Beim Schweißen wird die Zentrierlippe 11 nicht vollständig durchschweißt, wie es aus der Detaildarstellung gemäß Figur 2 hervorgeht. Typischeweise verbleibt ein Abstand δ zwischen Strahlende bzw. Schweißnahtende und Innenkontur von ca. 2-5 mm. Um axial gerichtete Spannungen auszugleichen, können überdies an sich bekannte Entlasungsnuten vorgesehen werden, um die mechanischen Beanspruchungen auf die einzelnen Schweißnuten zu reduzieren. Entlasungsnuten sind konkave Konturen, die sich unmittelbar an eine Schweißnahtüberhöhung anschließen und einem geschmeidigen Übergang von der Schweißnaht an die Kontur des sich daran anschließenden Formteil dienen (siehe auch Figur 3 mit den Entlastungsnuten 18).
Im Gegensatz zu dem anhand Fig. 1 beschriebenen Verfahren zum Verfügen zweier Rotorscheiben unter Verwendung der Elektronenstrahlschweißtechnik wird nachfolgend anhand von Fig. 3 eine Verfahrensalternative beschrieben, die zum einen mit konventionellen Schweißtechniken auskommt und zum anderen die Verwendung eines einteiligen Rings zum Abschluß des Hohlkanals von seiner peripheren Außenseite her vorsieht.
Zu verfügen sind die Rotorscheiben 1 und 2. Die Rotorscheibe 2 weist im Bereich an den Hohlkanal 5 angrenzend eine Außenkontur auf deren Außendurchmesser 12 etwa kleiner oder gleich dem Innendurchmesser 13 des einteilig ausgebildeten Ringelementes 8 entspricht. Auf diese Weise kann das Ringelement 8 wenigstens ein Stück weit über die Rotorscheibe 2 nach rechts verschoben werden.
Zum Verfügen der in Fig. 3 dargestellten Rotorscheiben 1 und 2 sind drei Schweißnähte 14, 15 und 16 vorgesehen.
Zunächst wird der einteilige Ring 8 über die Rotorscheibe 2 geschoben und dort provisorisch befestigt, beispielsweise mit Hilfe einer Punktschweißverbindung. Anschließend wird die Rotorscheibe 1 an die Rotorscheibe 2 gelegt und die Schweißnaht 14 geschweißt, die nachfolgend mit Hilfe an sich bekannter Qualitätsüberprüfungsmethoden überprüft werden kann. So bildet sich für gewöhnlich an der Schweißnahtoberfläche eine rauhe Oberflächenüberhöhung aus, die mit Hilfe geeignter Abtragungstechniken, wie beispielsweise Schleifen oder Drehen, zu einer glatten Oberfläche nachbearbeitet werden kann.
Nach Fertigstellung der Schweißnaht 14, die, wie vorstehend bereits erwähnt, mit Hilfe konventioneller Schweißtechniken erzeugt werden kann, wird der Ring 8 nach links verschoben, bis der Ring an einer Zentrierlippe 17 der Rotorscheibe 1 bündig anstößt (siehe hierzu die Detaildarstellung in Figur 3). Für eine erste Fixierung ist es ausreichend, wenn der Ring 8 und die Rotorscheibe 1 im Wurzelbereich miteinander verschweißt werden, was normalerweise unter Schutzgasbedingungen erfolgt. Unmittelbar daran anschließend kann die Schweißnaht 15 ausgefüllt werden.
Schließlich wird die Schweißnaht 16 aufgefüllt, die den Ring 8 mit der Rotorscheibe 2 fest verbindet..
Durch die Verschiebbarkeit des Rings 8 über die Außenkontur der Rotorscheibe 2 ist es möglich, drei Schweißnähte auf konventionelle Art und Weise herzustellen, um schließlich einen Hohlraum 5 zwischen den Rotorscheiben 1 und 2 zu schließen.
Dernötige Raum ist meist am Ende von Rotorteilen vorhanden.
Die vorstehend beschriebenen erfindungsgemäßen Verfahren führen zu geschweißten Rotoren mit umlaufenden Hohlkanälen, in denen keine, das Kühlmedium innerhalb des Hohlraums beim Ausbreiten behindernde Flächenelemente vorgesehen sind.
Bezugszeichenliste
1
Rotorscheibe
2
Rotorscheibe
3
Schweißnaht
4
Kühlkanal
5
Hohlkanal
6
Offener Bereich des Hohlraums
7
Spalt
8
Ringelement
9
Stoßfläche
10
Umfangsnaht
11
Zentrierlippe
12
Außendurchmesser der Rotorscheibe 2
13
Innendurchmesser des Rings
14,15,16
Schweißnähte
17
Zentrierlippe
18
Entlastungsnut

Claims (10)

  1. Verfahren zur Herstellung eines geschweißten Rotors einer Strömungsmaschine, der durch rotorinterne Zu- und Abströmungskanäle von einem Kühlmedium durchströmt wird und aus mehreren Rotorscheiben (1, 2) zusammengesetzt ist, die durch radial oder weitgehend radial zur Rotorachse verlaufende Schweißnähte (3) miteinander verbunden werden und jeweils einen um die Rotorachse verlaufenden Hohlkanal (5) miteinander einschließen, der die Schweißnähte (3) derart unterbricht, daß eine rotorseitig zugewandte Schweißnaht (3) unmittelbar an den Hohlkanal (5) angrenzt, dadurch gekennzeichnet, daß zwei unmittelbar aneinandergrenzende Rotorscheiben (1, 2) entlang wenigstens einer Naht (3), die sich ausgehend von dem Hohlkanal (5), der von beiden Rotorscheiben (1, 2) eingeschlossen wird, in Richtung Rotorachse erstreckt, miteinander verschweißt werden, daß der rotorseitig abgewandte Bereich des Hohlkanals (5) an seiner peripheren Außenseite (6) wenigstens teilweise offen ausgebildet ist und daß beide Rotorscheiben (1, 2) einen Spalt (7) einschließen, der sich rotorseitig abgewandt unmittelbar an den Hohlkanal (5) anschließt und in den ein, aus wenigstens zwei Teilelementen bestehendes Ringelement (8) eingebracht wird, und daß die Teilelemente des Ringelementes (8) an ihren gegenüberliegenden Stoßflächen (9) miteinander sowie mit Ihren Seitenflanken an den diesen gegenüberliegenden Rotorscheiben (1, 2) verfügt werden.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Verfügen der Stoßkanten (9) der Teilelemente des Ringelements (8) miteinander und/oder der Seitenflanken mit den Rotorscheiben (1, 2) mittels Elektronenstrahlschweißen durchgeführt wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß zur Entlastung der beim Schweißen entstehenden Schweißnaht eine Entlastungsnut (18) eingearbeitet wird.
  4. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß an den Schweißstellen jeweils eine Zentrierlippe (11) eingearbeitet wird, die einen Vorsprung an der Nahtoberfläche beider zu verschweißenden Teile vorsieht, die vom Schweißstrahl nicht duchrtrennt wird.
  5. Verfahren zur Herstellung eines geschweißten Rotors einer Strömungsmaschine, der durch rotorinterne Zu- und Abströmungskanäle von einem Kühlmedium durchströmt wird und aus mehreren Rotorscheiben (1, 2) zusammengesetzt ist, die durch radial oder weitgehend radial zur Rotorachse verlaufende Schweißnähte (14, 15, 16) miteinander verbunden werden und jeweils einen um die Rotorachse verlaufenden Hohlkanal (5) miteinander einschließen, der die Schweißnähte (14, 15, 16) derart unterbricht, daß eine rotorseitig zugewandte Schweißnaht unmittelbar an den Hohlkanal (5) angrenzt, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen zwei zu verschweißenden Rotorscheiben (1, 2) ein einteiliger Ring (8) eingebracht wird, der einseitig gegen eine Zentrierlippe (17) an der einen Rotorscheibe (1) anstößt und in Richtung der anderen Rotorscheibe (2) bewegbar ist, daß die zwei unmittelbar aneinandergrenzende Rotorscheiben (1, 2) entlang wenigstens einer Schweißnaht (14), die sich ausgehend von dem Hohlkanal (5), der von beiden Rotorscheiben (1, 2) eingeschlossen wird, in Richtung Rotorachse erstreckt, miteinander verschweißt werden, wobei der Ring (8) in Richtung der anderen Rotorscheibe (2) verschoben ist, daß der rotorseitig abgewandte Bereich (6) des Hohlkanals an seiner peripheren Außenseite wenigstens teilweise offen ausgebildet ist, über den der Ring (8) derart positioniert wird, daß der Ring (8) mit der einen Rotorscheine (1) und anschließend mit der anderen Rotorscheibe (2) verschweißt wird.
  6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die ausgehend von dem Hohlkanal (5), der von beiden Rotorscheiben (1, 2) eingeschlossen wird, in Richtung Rotorachse erstreckende Schweißnaht (14) als Flächenschweißnaht ausgebildet wird.
  7. Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß vor dem Verschweißen beider Rotorscheiben (1, 2) der Ring (8) beabstandet von der einen Rotorscheibe (1) und in einer Stellung, in der der Hohlkanal (5) einseitig geöffnet ist, an der anderen Rotorscheibe (2) provisorisch befestigt wird.
  8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die provisorische Befestigung des Rings (8) an der anderen Rotorscheibe (2) durch Punktschweißen erfolgt.
  9. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Schweißnähte (14, 15, 16) mit Elektronenstrahlschweißen oder mit konventionellem Schweißen gefertigt werden.
  10. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die andere Rotorscheibe (2) im Bereich des Hohlkanals (5) einen Durchmesser aufweist, der kleiner als der innere Ringdurchmesser ist.
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