SE1300323A1 - Blad för turbomaskiner av axialtyp och förfarande för tillverkning av sådana blad - Google Patents

Description

skevning. Ett sådant rakt blad får därför begränsad prestanda om man inte efter fonnningen vrider bladet till önskad skevning. Att vrida ihåliga tunnväggiga profiler är emellertid förenat med bucklingsrisk. Som jämförelse kan nämnas att om man på ett tunnväggigt metalliskt rör, med sluten tvärsnittsprofil, applicerar ett vridande moment, kommer nämnda moment inte bara ge upphov till spänningar i rörmaterialet i önskade riktningar utan även påtagligt större spänningar i andra riktningar. Om dessa spänningar i andra riktningar överstiger materialets sträckgräns kommer rörets tvärsnittsform att kollapsa innan önskad vridning längs rörets längsaxel erhållits.

Sammanfattning av uppfinningen Uppfinningen avser ett förfarande för framställande av blad för turbomaskiner av axialtyp, därtill ett blad framställt enligt förfarandet enligt uppfinningen och därtill ett hjul omfattande en uppsättning sådana blad.

Konstruktionsdetaljen som här betecknas blad avser motsvarande detalj oberoende av om den kallas blad, skovel, vinge eller något annat. På motsvarande sätt menas med begreppet hjul motsvarande detalj oberoende av om den kallas hjul, rotor eller något annat. Bladen beskrivs nedan utan någon beskrivning eller illustration av det sammansatta hjulet eller den sammansatta turbomaskinen.

Ett ändamål med uppfinningen är att kostnadseffektivt kunna tillverka lätta, materialbesparande blad, för turbomaskiner av axialtyp, med profiltjocklek och skevning som ger önskade prestanda. Detta och andra ändamål uppnås genom att bladen byggs upp som enheter. Enhetema är i sin tur uppbyggda av huvudelement som genom sin utformning tillåter omfonnning av enheten till önskad skevning utan att profilformen defonneras. Oönskad deformation kan undvikas genom att de i enheten utformas med längsgående öppningar som gör att olika delar av enheten, vid vridning, tillåts röra sig relativt varandra i bladets längsutbredningsriktning och att spänningar, större än materialets sträckgräns, därför undviks. Om man i detta vridna tillstånd tillsluter enheten och permanentar den relativa förskjutningen, till exempel genom limning eller svetsning, kommer enhetens vridna form att kvarstå när det vridande momentet avlägsnas.

Förfarandet kan kortfattat sammanfattas till följ ande aktiviteter (A-E) där turordningen mellan aktivitetema i viss mån kan variera; A. Formning av huvudelement till önskad profil och längd..

B. I förekommande fall samrnanfogning av mer än ett huvudelement till en enhet.

C. Vridning av enheten och samtidigt relativ förskjutning av i enheten motstående ytor .

D. Fixering av de, relativt varandra, förskjutna ytorna i sina nya lägen.

E. I förekommande fall påmontering av tilläggselement.

Ett blad enligt uppfinningen omfattar alltså ett eller flera långsträckta huvudelement som sträcker sig längs en längsaxel från hjulets nav ut mot hjulets periferi. Huvudelementen kan ha en, längs nämnda längsaxels utsträckning och genom en snittyta vinkelrätt mot nämnda längsaxel, till fonn och storlek huvudsakligen fix tvärsnittsprofil så att de med fördel kan tillverkas exempelvis genom stiängpressning.

Bladet kan byggas upp av ett enda långsträckt huvudelement med material- och viktbesparande inre . I denna uttöringsfonn är en eller flera inre kaviteter försedda med längsgående slitsar eller öppningar som förbinder kavitetema med området utanför profilen. Dessa öppningar frigör materialen i profilens sugsida och tiycksida från varandra på ett sätt så att materialet i sugsidan, i elementets längsaxels riktning, kan röra sig relativt materialet i trycksidan vid profilens framkant och/eller vid profilens bakkant. Möjligheten till nämnda relativrörelse ger förutsättningar att kunna vrida enheten i längsaxelns riktning till önskad skevning utan att defonnation av bladets profil uppstår på något ställe längs dess längsaxel. När nämnda enhet hålls fixerad i, till önskad skevning, vridet läge kan skevningen perrnanentas genom att materialen i sugsidan och trycksidan fixeras mot varandra vid profilens framkant och/eller vid profilens bakkant.

Bladet kan även byggas upp av två eller fler långsträckta huvudelement som tillsammans bildar en enhet vilkens tvärsnitt utgör hela profilen eller en del av profilen för ett blad. Om sådana huvudelement utformas enligt uppfinningen kan även en sådan enhet vridas till önskad skevning utan att deformation av bladprofilen uppstår. Huvudelementen kan i denna utföringsforrn vara försedda med sammanfogningsdetaljer som utbreder sig längs huvudelementens längsaxel och fixerar huvudelementen i varandra i tvärsnittsplanets riktningar medan relativ rörelse mellan huvudelementen kan ske i längsaxelns riktning. Vid vridning av enheten undviks buckling genom att huvudelementens sinsemellan relativa lägen förändras och profilens yttre förrn bibehålls därför. När vridningen är slutförd kan den önskade skevningen permanentas genom att huvudelementen fixeras mot varandra i sina nya relativa lägen.

I en variant där mer än ett långsträckt huvudelement ingår i enheten har två eller flera av huvudelementen identiska tvärsnittsprofiler, vilket gör att endast en enda typ av huvudelement behöver tillverkas för att erhålla material till nämnda huvudelement med identiska tvärsnittsprofiler.

Utöver huvudelement kan bladet omfatta ett eller flera tilläggselement som, utöver att bilda en del av profilens forrn, även kan ha andra uppgifter så som att exponeringsskydda det eller de förband som används för fixering av vridningen till önskad skevning eller täppa till enhetens ändar och då eliminera oönskade fluidströmningar inne i bladet.

Det skall nämnas att det finns fler sätt som, genom att medge relativförskjutningar av material längs en längsaxel, ger möjlighet att vrida en ihålig profil till önskad skevning och därefter permanenta skevningen genom att fixera de inbördes förskjutna delarna i varandra.

Kort beskrivning av figurer Fig. 1 visar en utföringsform av uppfinningen där enheten består av ett enda huvudelement med kaviteter och öppningar.

Fig. 2 visar, i perspektiv, utföringsfornien enligt fig. l.

Fig. 3 visar utföringsforrnen enligt fig. 1 med skevningen pemianentad genom sammansvetsning av huvudelementets öppningar.

Fig. 4 visar ett huvudelement för en utiöringsforrn där profilen består av mer än ett huvudelement.

F ig. 5 visar, i tvärsnitt, två huvudelement enligt fig. 4, sammanförda till en enhet.

Fig. 6 visar, i perspektiv, två huvudelement enligt fig. 4, sammanförda till en enhet Fig. 7 visar två sammanförda huvudelement enligt fig. 4 med skevningen perrnanentad genom sammannitriing av huvudelementen i varandra.

Fig. 8 visar ett tilläggselement för enhetens sidopartier.

Fig. 9 visar ett tilläggselement för enhetens ändar.

Fig. 10 visar en till önskad skevning fixerad enhet, med två huvudelement enligt fig. 4 och med två tilläggselementen enligt fig. 8 samt ett tilläggselementen enligt fig. 9 påmonterade.

Fig. 11 visar hur olika delar, vid änden av en enhet, rört sig relativt varandra och format ett trappsteg.

Detaljerad beskrivning av utföringsformer av uppfinningen Ett, enligt uppfinningen, tidigt steg är att tillhandahålla en enhet (8) som har ett eller flera, längs en längsaxel (A-A) utsträckta, huvudelement (1). Olika exempel på nämnda enhet (8) visas i fig. 1 respektive fig. 5. Olika exempel på nämnda huvudelement (l) visas i fig. 1 respektive fig. 4.Nämnda enhet (8) har åtminstone ett längsgående sidoparti (10) som sträcker sig mellan enhetens (8) motstående ändar. I sidopartiema (10) finns en första längsgående yta (l3a) som vetter mot en motstående andra längsgående yta (l3b). Nämnda huvudelement (1) kan framställas så att de, längs sin utsträckning eller sina utsträckningar, antingen har till form och storlek fix eller till form och/eller storlek varierande tvärsnittsprofil.

En fördelaktig utföringsfonn av uppfinningen omfattar att enheten (8) bildas av ett enda huvudelement (1) med åtminstone ett längsgående sidoparti (10). Ett sådant sidoparti (10) uppvisar en längsgående slits eller öppning (3) som ligger mellan nämnda första längsgående yta (13a) och nämnda andra längsgående yta (l3b). Det i fig. 1, 2, 3 och 11 illustrerade bladen är enligt denna utföringsforin.

En annan fördelaktig utföringsform av uppfinningen omfattar att enheten (8), med nämnda första längsgående ytor (13a) som vetter mot nämnda andra längsgående ytor (l3b), bildas av två eller flera sammanförda huvudelement (1). Två eller fler av huvudelementen ( 1) kan i denna utföringsform antingen ges sinsemellan identiska eller sinsemellan olika tvärsnittsprofiler. I det fall två eller fler huvudelement (1) ges sinsemellan identiska tvärsnittsprofiler ger uppfinningen fördelen att tillverkningskostnadema kan sänkas eftersom färre verktyg för forrnningsprocessen då blir nödvändiga. Nämnda två eller fler huvudelement (1) kan enligt uppfinningen förses med sammanfogningsdetaljer (9) som låser samman huvudelementen (1), utan att samtidigt eliminera huvudelementens (1) möjlighet att röra sig relativt varandra i längsaxelns (A-A) riktning. Även sådana sarnmanfogningsdetaljer (9) kan sänka tillverkningskostnadema eftersom dessa formar en, i enheten inbyggd och för förfarandets följande steg, underlättande fixtur. Det i fig. 4, 5, 6 och 7 illustrerade bladet är enligt denna utföringsform. Bladet omfattar en enhet (8) sammansatt av två huvudelement (1) med sammanfogningsdetaljer (9) och sidopartier (10).

Bladet enligt fig. 1, 2 och 3 har en asymmetrisk tvärsnittsprofil med en tjockare, i figurema vänsterdel, som utgör bladprofilens framkant (Sa) och en tunnare, i figurerna högerdel, som utgör bladprofilens bakkant (Sb), vilket, för blad som inte är avsedda att reverseras med bibehållen prestanda, är fördelaktigt ur ett aerodynamiskt perspektiv. De i fig. 4, 5, 6, 7 och ll illustrerade bladen har symmetrisk tvärsnittsprofil vilket, för blad som är avsedda att kunna reverseras med bibehållen prestanda, är fördelaktigt ur ett aerodynamiskt perspektiv.

I en särskilt fördelaktig utföringsforin av uppfinningen utformas enheten (8) så att nämnda första och andra längsgående ytor (l3a-b) sträcker sig in till en eller flera, inne i bladet formade, kaviteter (2). Sådana kaviteter (2) är fördelaktiga eftersom de dels ger bladet reducerad vikt, vilket minskar kraven på hållfasthet i viktbärande delar, och dessutom ger lägre materialförbrukning, vilket i sin tur ger lägre tillverkningskostnad.

I fig. 1 och 5 utsträcker sig två material- och viktbesparande kaviteter (2) i enhetens (8) inre. Kavitetema (2), som utbreder sig i stora delar av bladens vänstra respektive högra halva, förbinds med området utanför enheten (8) genom öppningar (3) belägna mellan nämnda första och andra längsgående ytor (13a-b). Öppningarna (3) löper längs hela enhetens (8) utsträckning i längsaxelns (A-A) riktning och kan utfonnas så att nämnda första och andra längsgående ytor (13a-b) inte är i kontakt med varandra eller så att de är i kontakt med varandra men då ändå har möjlighet att glida mot varandra i längsaxelns (A-A) riktning.

De första och andra längsgående ytoma (13a-b) kan ha lika form, så att de på en utbredd yta passar mot varandra om de är i kontakt med varandra, eller olika form, så de endast kommer i kontakt med varandra längs en linje i längsaxelns (A-A) riktning.

I ytterligare särskilt fördelaktiga utföringsformer av uppfinningen framställs huvudelementen (1) så att de, längs sin utsträckning, är raka utan skevning och/eller har till form och storlek fix tvärsnittsprofil så att ett tvärsnitt genom ett huvudelement (1) över ett plan vinkelrätt mot längsaxeln ser likadant ut oberoende av var längs längsaxeln (A-A) snittet tas. Huvudelement (1) enligt sådana utföringsformer kan särskilt enkelt framställas genom strängpressning. Uppfinningen medger även att huvudelementen (1) framställs med en initial skevning längs sin utsträckning till exempel i syfte att den efterföljande vridningen skall kunna begränsas till att bli en justering av nämnda initiala skevning. Vidare medger uppfinningen att huvudelementen (1) har till form och/eller storlek varierande tvärsnittsprofil, en lämplig formningsmetod för huvudelementen kan då vara gjutning.

Ett, enligt uppfinningen, följande steg är att vrida enheten kring längsaxeln (A-A) så att enhetens (8) ena ände vrids relativt enhetens (8) andra ände och att nämnda sidopartis eller sidopartiers (10) första längsgående yta (l3a) samtidigt rör sig relativt den motstående andra längsgående ytan (13b) i nämnda längsaxels (A-A) riktning. Detta steg kan utföras så att skevningen antingen blir jämnt fördelad eller ojämnt fördelad längs enhetens (8) utsträckning. Längs längsaxeln (A-A) i fig. 1 löper en brygga (7) som förbinder materialet i profilens trycksida (4b) med materialet i profilens sugsida (4a) och på detta sätt formas en enhet (8) med två från varandra åtskilda kaviteter (2). Även i ñg 5 formas en enhet (8) med två från varandra åtskilda kaviteter (2) när huvudelementen (1) sammanfogas med sammanfogningsdetaljema (9). När man applicerar ett vridande moment längs längsaxeln (A-A) på enheten (8), enligt någon av figurema 1 eller 5, kommer den första längsgående ytan (l3a) att röra sig relativt den andra längsgående ytan (13b), i längsaxelns (A-A) riktning vid profilens båda sidopartier (1 O).

Ett, enligt uppfinningen, sent steg är att fixera nämnda motstående första och andra längsgående ytor (Ba-b) i varandra i sina, som en följd av nämnda vridning erhållna, relativt varandra nya lägen och härigenom permanenta den åstadkomna skevningen. I fig. 1 respektive 4 är första och andra längsgående ytorna (13a-b) ännu inte sammanfogade och enheten (8) skulle därför spontant vrida sig tillbaks till i fig. 2 respektive 6 illustrerade raka former om ett sådant vridande moment avlägsnades. Fixeringen kan ske på olika sätt, till exempel svetsning, nitning, stuknitning, lirnning eller skruvning. I flg. 3 visas den önskade skevningen pennanentad genom sammansvetsning (6) och i fig. 7 genom sammannitning (1 1) av] enhetens (8) första och andra längsgående ytor (13a-b) i varandra.

Enligt en utföringsforrn av uppfinningen kompletteras enheten (8) med ett eller flera tilläggselement (12) som anordnas mot enhetens (8) huvudelement (1). Sådana kompletterande tilläggselement (12), kan utsträeka sig i längsaxelns (A-A) riktning och anordnas mot huvudelementens (1) sidopartier (10), till exempel i syfte att utgöra en del av bladets yttre form och/eller att skydda någon del av sidopartierna (10) mot exponering. Alternativt kan kompletterande tilläggselement (12) anordnas mot huvudelementens (1) ändar och då fungera som avslutningselement. Sådana avslutningselement kan till exempel utgöra avtätning som dels skyddar enhetens (8) inre kaviteter (2) mot exponering mot föroreningar och dels eliminerar oönskade fluidströmningar inne i enheten (8). Nämnda tilläggselement (12) kan framställas så att de, längs sin utsträckning, antingen har till fonn och storlek fix eller till form och/eller storlek varierande tvärsnittsprofil. I det fall de har fix tvärsnittsprofil är strängpressning en fördelaktig forrnningsmetod. I det fall enheten (8) kompletteras med fler än ett tilläggselement (12) kan man i vissa fall ge två eller fler av tilläggselementen (12) sinsemellan identiska tvärsnittsprofiler och då få fördelen att tillverkningskostnadema kan sänkas eftersom färre verktyg för forrnningsprocessen blir nödvändiga. Med hänsyn till utformning av huvudelement (1) och tilläggselement (12) samt med hänsyn till utformning av metoder för vridning och påmontage, kan tilläggselement ( 12) påmonteras på enheten (8) vid det tillfälle som passar bäst; Före, under eller efter vridning av enheten (8). I det fall påmontaget av eventuella tilläggselement (12) sker före vridningen av enheten (8) kan fastgöringen av tilläggselementen (12) utföras samtidigt som enhetens första och andra längsgående ytor (13a-b) fixeras i varandra i sina relativt varandra nya lägen.

Det i fig 8 illustrerade tilläggselementet (12) har ett tvärsnitt som till sin fonn passar mot, och kan påskjutas på, huvudelementens sidopartier (10) och kan på så sätt dels utgöra en del av bladets yttre form och dels skydda sammanfogningen (1 1) mot exponering. Tilläggselementet (12) enligt flg. 9 har en förrn där omkretsen överensstämmer med bladprofilens yttre fonn, och kan, när det är monterat på bladets ända, fungera som avtätning och då dels skydda enhetens (8) inre kaviteter (2) mot exponering mot föroreningar och dels eliminera oönskade fluidströmningar inne i enheten (8). Det skall nämnas att uppfinningen inte är begränsad till illustrerade former på tilläggselement (12) och illustrerad kombination av huvudelement (1) och tilläggselement (12).

Den i fig. 10 illustrerade symmetriska enheten (8) är uppbyggd av två stycken identiska och längs sina utsträckningar likforrniga huvudelement ( 1). På enhetens (8) båda sidopartier (10) och på enhetens (8) ena ände är ti1läggselement(12) anordnade. Enheten (8) är vriden till önskad skevning. De enligt figuren sammanmonterade och vridna elementen (1) formar ett komplett blad som är färdigt att monteras på ett nav till en reverserbar axialfläkt.

Claims (17)

PATENTKRAV

1. Förfarande för tillverkning av blad för turbomaskiner av axialtyp, såsom axialfläktar, innefattande stegen: att tillhandahålla en enhet (8) som har åtminstone ett, längs en längsaxel (A-A) utsträckt, huvudelement (1), vilken enhet (8) har åtminstone ett längsgående sidoparti (10) vilket sträcker sig mellan två motstående ändar av enheten (8), varvid varje sidoparti (10) innefattar en första längsgående yta (13a) som vetter mot en motstående andra längsgående yta (13b), att kring längsaxeln vrida den ena änden av enheten (8) relativt den andra änden av enheten (8) så att nämnda sidopartis eller sidopartiers (10) forsta längsgående yta (13a) rör sig relativt motstående andra längsgående yta (13b) i nämnda längsaxels (A-A) riktning, och att, efter vridning, till önskad vinkelskillnad mellan enhetens (8) båda ändar, fixera nämnda sidopartis eller sidopartiers (10) första längsgående yta (13a) i sitt nya, relativt nämnda sidopartis (10) motstående andra längsgående yta (13b), läge, varigenom den åstadkomma skevningen perrnanentas.

2. Förfarande enligt krav 1, vilket innefattar att nämnda huvudelement (1) framställs, längs sin utsträckning eller sina utsträckningar, med fixa tvärsnittsprofiler.

3. Förfarande enligt något av krav 1-2, vid vilket nämnda steg att tillhandahålla en enhet (8) innefattar att tillhandahålla och sammanföra två eller flera huvudelement (1) som sarnmanförda bildar en enhet (8) uppvisande nämnda första längsgående ytor (13a) som vetter mot nämnda andra längsgående ytor (lab).

4. Förfarande enligt krav 3, vilket innefattar att två eller fler av nämnda huvudelement (1) ges, sinsemellan, identiska tvärsnittsprofiler.

5. Förfarande enligt något av kraven 3-4, vid vilket nämnda steg att tillhandahålla en enhet (8) innefattar att förse nämnda huvudelement (1) med sammanfogningsdetaljer (9) där sammanfogningsdetaljema (9) låser samman huvudelementen (1), utan att samtidigt eliminera huvudelementens (1) möjlighet att röra sig relativt varandra i längsaxelns (A-A) riktning.

6. Förfarande enligt något av kraven 1-2, vid vilket nämnda steg att tillhandahålla en enhet (8) innefattar att tillhandahålla endast ett huvudelement (1) som, i åtminstone ett längsgående sidoparti (10), uppvisar en längsgående slits eller öppning (3), vilken slits/öppning (3) ligger mellan nämnda första längsgående yta (13a) och nämnda andra längsgående yta (13b).

7. Förfarande enligt något av föregående krav, vilket ytterligare innefattar att åtminstone ett kompletterande tilläggselement (12), anordnas mot bladets huvudelement (1).

8. Förfarande enligt krav 7, vid vilket nämnda kompletterande tilläggselement (12), utsträckt i längsaxelns (A-A) riktning, anordnas mot nämnda huvudelements sidopartier (1).

9. Förfarande enligt krav 7 eller 8, vid vilket nämnda tilläggselement (12) framställs med, längs sina utsträckningar, fixa tvärsnittsprofiler.

10. Förfarande enligt något av kraven 7-9, vilket innefattar att, i enheten (8) på olika positioner placerade tilläggselementen (12), har sinsemellan, identiska tvärsnittsprofiler.

11. Förfarande enligt något av kraven 7-10, vilket innefattar att framställa nämnda tilläggselement (12) genom strängpressning.

12. Förfarande enligt något av tidigare krav, vid vilket nämnda steg att tillhandahålla en enhet (8) innefattar att, före vridningen, tillhandahålla ett helt rakt eller helt raka huvudelement (1) utan skevning.

13. Förfarande enligt något av tidigare krav, vid vilket nämnda steg att tillhandahålla en enhet (8) innefattar att framställa nämnda första längsgående ytor ( l3a) och nämnda andra längsgående ytor (13b) så att de sträcker sig in till åtminstone en, inne i bladet formad, kavitet (2).

14. Förfarande enligt något av föregående krav, vid vilket steget att tillhandahålla en enhet (8) innefattar att framställa nämnda huvudelement (1) genom strängpressning.

15. Förfarande enligt något av föregående krav, vid vilket steget att fixera nämnda första och andra längsgående ytor (13a-b) mot varandra innefattar att nämnda ytor svetsas, nitas, stuknitas, limmas eller skruvas samman.

16. Blad för turbomaskiner av axialtyp, såsom axialfläktar, tillverkad enligt förfarandet enligt något av kraven 1-15.

17. Hjul för turbomaskiner av axialtyp, såsom axialfläktar, omfattande en uppsättning blad anordnade kring ett nav, där nämnda blad är tillverkade enligt förfarandet enligt något av kraven 1-15.