DE1058339A1 - - Google Patents

Description

DEUTSCHESGERMAN

Es ist bekannt, Schaufeln mit längsverlaufenden Kühlkanälen für Turbinen und Kompressoren in der Weise herzustellen, daß man in einen Block oder Knüppel eine Reihe paralleler Löcher bohrt, diese Löcher mit einem Stoff füllt, der ähnliche Fließeigenschäften hat wie der Werkstoff des Knüppels, den Knüppel hierauf der Strangpressung unterwirft, den Strang in einzelne Längen schneidet und den Füllstoff am Ende wieder herauslöst. Gibt man der Öffnung der Matrize beim Strangpressen die Form des Schaufelblattes, so erzielt man durch dieses Verfahren rohe Schaufeln, die nur noch geringer Nacharbeit bedürfen.It is known to have blades with longitudinal cooling channels for turbines and compressors in the A way of making this one is to drill a series of parallel holes in a block or billet Fills holes with a substance that has similar flow properties as the material of the billet, the The billet is then subjected to extrusion, the strand is cut into individual lengths and the filler at the end releases again. If you give the opening of the die during extrusion the shape of the Shovel blade, this process produces raw blades that require little rework need.

Dieses Verfahren führt nur dann ohne weiteres zum Ziel, wenn es sich um Schaufeln ohne Fuß oder Kopf und um ein Schaufelblatt handelt, dessen Querschnitt sich über die ganze Schaufelblattlänge nicht ändert. Soll eine Schaufel mit verjüngtem oder verdrilltem Blatt erzeugt werden, so können weitere Operationen vor der Entfernung des Füllstoffes vorgenommen werden. Für den Fall, daß die Schaufel einen Fuß erhalten soll, ist vorgeschlagen worden, einen mit gefüllten Längslöchern versehenen, stabförmigen Rohling in der Weise strangzupressen, daß ein Teil im Aufnehmer zurückbleibt, um später den Fuß zu bilden. Der so entstandene Formling kann dann weiter durch Schmieden im Gesenk bearbeitet werden.This method only works without problems when it comes to shovels without a foot or Head and an airfoil, the cross-section of which does not extend over the entire length of the airfoil changes. If a blade with a tapered or twisted blade is to be produced, more can be used Operations can be made prior to removal of the filler. In the event that the shovel To obtain a foot, it has been proposed to use a rod-shaped one provided with filled longitudinal holes To extrude the blank in such a way that a part remains in the transducer for later the To form foot. The resulting molding can then be further processed by forging in the die will.

Immer dann, wenn die Schaufel einen Fuß erhalten soll, an dessen Stirnfläche die Kühlkanäle münden, entstehen Schwierigkeiten aus der Forderung, daß die Mündungen in regelmäßiger Verteilung auf einer oder mehreren Geraden liegen sollen, während die Kanäle im Schaufelblatt, im Querschnitt gesehen, in Anpassung an die Krümmung des Blattproflls und seine veränderliche Dicke so verteilt sein sollen, wie es für die Kühlung am günstigsten ist. Die Kanäle müssen, um dieser Forderung zu genügen, am Übergang vom Fuß zum Blatt gekrümmt verlaufen. Hat die Schaufel außerdem einen Kopf, so gilt das gleiche für den Übergang vom Blatt in den Kopf. Ist das Schaufelblatt verjüngt oder hat es einen Drall, dann sollen die einzelnen Kanäle im Blatt nicht einmal mehr parallel zueinander liegen.Whenever the shovel is to have a foot with the cooling ducts opening at the end face, Difficulties arise from the requirement that the mouths in regular distribution on a or several straight lines, while the channels in the airfoil, seen in cross section, in Adaptation to the curvature of the leaf profile and its variable thickness should be distributed as it is most favorable for cooling. In order to meet this requirement, the channels must be at the transition curved from foot to leaf. If the shovel also has a head, the same applies for the transition from the leaf to the head. If the blade is tapered or has a twist, then the individual channels in the leaf should no longer even be parallel to each other.

Diesen Forderungen gerecht zu werden, ist die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe. Sie geht von einem Formling aus, der die Gestalt eines Stabes hat, dessen Querschnitt sich also über seine ganze Länge nicht ändert, und der mit längsverlaufenden Löchern versehen ist, die in einer Verteilung wie im Querschnitt des späteren Schaufelblattes nebeneinanderliegen und mit einem verformbaren und später entfernbaren Stoff gefüllt sind. Ein derartiger Formling ergibt sich bei dem eingangs beschriebenen bekannten Verfahren zur Herstellung
von Schaufeln mit Kühlkanälen
für Turbinen und KompressorenThe task on which the invention is based is to meet these requirements. It is based on a molding that has the shape of a rod, the cross-section of which does not change over its entire length, and which is provided with longitudinal holes that lie next to one another in a distribution as in the cross-section of the later blade and with a deformable and later removable fabric are filled. Such a molding results from the known manufacturing method described at the outset
of blades with cooling channels
for turbines and compressors

Anmelder:Applicant:

Henry Wiggin & Company Limited,
LondonHenry Wiggin & Company Limited,
London

Vertreter: Dr.-Ing. G. Eichenberg, Patentanwalt,
Düsseldorf, Cecilienallee 76Representative: Dr.-Ing. G. Eichenberg, patent attorney,
Düsseldorf, Cecilienallee 76

Beansprudite Priorität:
Großbritannien vom 20. Ofctober 1955Claimed priority:
Great Britain from October 20th, 1955

Alexander Barbour Graham
und Campbell Clouston Home,
Thornliebank₁ Glasgow (Großbritannien),
sind als Erfinder genannt wordenAlexander Barbour Graham
and Campbell Clouston Home,
Thornliebank ₁ Glasgow (Great Britain),
have been named as inventors

Verfahren als Produkt des ersten Strangpressens. Auch der Formling, von dem die Erfindung ausgeht, kann durch Strangpressen entstanden sein. Doch kommt es darauf nicht an. Gemäß der Erfindung wird der Querschnitt des Formlings zunächst durch zerspanende Bearbeitung über einen Abschnitt von der Länge des Schaufelblattes auf einen Inhalt gleich dem Querschnittsinhalt des Schaufelblattes verringert, worauf der so erhaltene längliche Querschnitt, in dem die Löcher in Richtung seiner längeren Ausdehnung nebeneinanderliegen, durch spanloses Verformen ohne Streckung des Stabes die Profilform des Blattes erhält. Process as a product of the first extrusion. Even the molding from which the invention is based, may have been produced by extrusion. But it doesn't matter. According to the invention the cross-section of the molding initially by machining over a section of the Length of the airfoil reduced to a content equal to the cross-sectional area of the airfoil, whereupon the elongated cross-section thus obtained, in which the holes in the direction of its longer extension lie next to each other, the profile shape of the sheet is obtained by non-cutting deformation without stretching the rod.

Die zerspanende Bearbeitung, die den ersten Schritt des Verfahrens bildet, hat den Zweck, von dem Teil des Stabes, der später das Schaufelblatt bildet, so viel Material abzunehmen, daß bei dem zweiten Schritt lediglich die Profilform, nicht aber der Flächeninhalt des Profils beeinflußt wird. Die Form, die man bei der zerspanenden Bearbeitung dem Stab gibt, hängt von der Form und dem Verlauf ab, die die Kühlkanäle schließlich erhalten sollen. Durch die den zweiten Schritt bildende spanlose Verformung, für die hauptsächlich Schmieden in Betfacht kommt, werden Blatt und Fuß und gegebenenfalls der Kopf auf die endgültige Form gebracht, abgesehen von etwa nöti-The machining, which is the first step in the process, has the purpose of removing the part of the rod, which later forms the airfoil, to remove so much material that in the second step only the profile shape, but not the surface area of the profile, is influenced. The shape that one at machining of the bar depends on the shape and the course of the cooling channels finally supposed to get. Through the non-cutting deformation forming the second step, for which mainly forging comes in bed, the leaf and foot and possibly the head are on the brought the final form, apart from any necessary

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ger geringer Nacharbeit. Dabei erhalten die Kanäle den geforderten krummlinigen Verlauf im Übergang vom Fuß in das Blatt und gegebenenfalls vom Blatt in den Kopf. Durch Zerspanen allein könnte dies Ergebnis nicht erhalten werden. Würde man andererseits die Bearbeitung auf spanlose Formung beschränken, so wäre man genötigt, dabei den Abschnitt des Stabes, der zum Blatt werden soll, zu strecken. Dabei würden aber erfahrungsgemäß die gefüllten Löcher stark und unregelmäßig verzerrt werden, und es ergäbe sich eine im Hinblick auf die Kühlung unbrauchbare Schaufel.little rework. The channels are given the required curvilinear shape in the transition from the foot into the leaf and possibly from the leaf into the head. Machining alone could result in this will not be obtained. On the other hand, if one were to limit the machining to non-cutting shaping, so one would be compelled to stretch the section of the stick that is to become the leaf. Included but experience has shown that the filled holes would be strongly and irregularly distorted, and this would result a blade that is unusable in terms of cooling.

Man kann das nötige Ausmaß der Verformung bei den beiden Schritten des Verfahrens dadurch vermindern, daß man in weiterer Ausbildung der Erfindung von einem Formling mit einem Querschnitt ausgeht, der an gegenüberliegenden Seiten von im Sinne der Krümmung des Schaufelblattquerschnittes gekrümmten Kanten begrenzt wird und in dem die Löcher auf einem im gleichen Sinne gekrümmten Bogen liegen und der beim Schmieden im Bereich des Fußes in ein Rechteck umgeformt wird, in dem die Löcher auf einer Geraden liegen.One can reduce the amount of deformation required in the two steps of the process by that in a further embodiment of the invention of a molding with a cross section proceeds, which on opposite sides of in the sense of the curvature of the airfoil cross-section curved edges is limited and in which the holes on a curved in the same sense Arc lie and which is formed in the forging in the area of the foot into a rectangle in which the Holes lie on a straight line.

Es ist bekannt, eine Turbinenschaufel mit einem einzigen Kühlkanal in der Weise herzustellen, daß man zunächst einen Rohling mit einer längsverlaufenden Rippe schmiedet, in diese Rippe ein längsverlaufendes Sackloch bohrt, das Sackloch mit Füllstoff füllt, sodann durch weiteres Schmieden die Rippe mit dem Füllstoff zusammenpreßt und den Füllstoff schließlich herauslöst, so "daß ein Schaufelblatt mit einem schmalen, spaltartigen Kühlkanal entsteht. Bei Schaufeln mit nur einem Kühlkanal ist die Aufgabe, deren Lösung die Erfindung erstrebt, nicht gestellt. Überdies findet bei dem bekannten Verfahren eine Bearbeitung durch Zerspanung, wie sie den ersten Schritt des Verfahrens nach der Erfindung bildet, keine Anwendung.It is known to manufacture a turbine blade with a single cooling channel in such a way that a blank with a longitudinal rib is first forged, and a longitudinal rib is forged into this rib Drills the blind hole, fills the blind hole with filler, then forging the rib further compresses with the filler and finally removes the filler, so "that a blade with a narrow, gap-like cooling channel is created. In the case of blades with only one cooling channel, the task is the solution of which the invention seeks, not provided. In addition, there is one in the known method Machining by machining, as it forms the first step of the method according to the invention, no use.

Zur weiteren Erläuterung dietie das in der Zeichnung dargestellte Ausführungsbeispiel. Es zeigt Fig. 1 einen Querschnitt durch einen Rohling,For further explanation the embodiment shown in the drawing. It shows 1 shows a cross section through a blank,

Fig. 2 einen Schnitt nach der Linie II-II in Fig. 1,Fig. 2 is a section along the line II-II in Fig. 1,

Fig. 3 einen Längsschnitt durch einen Formling, der durch Abschneiden eines Teiles des aus dem Rohling hergestellten Stranges entstanden ist,Fig. 3 is a longitudinal section through a molding, which by cutting off part of the from the The strand produced by the blank has been created,

Fig. 4 einen Schnitt nach der Linie IV-IV in Fig. 3,Fig. 4 shows a section along the line IV-IV in Fig. 3,

Fig. 5 eine perspektivische Darstellung des Formlinge nach spanabhebender Bearbeitung,Fig. 5 is a perspective view of the briquettes after machining,

Fig. 6 einen Schnitt nach der Linie VI-VI in Fig. 5,6 shows a section along the line VI-VI in FIG. 5,

Fig. 7 eine perspektivische Darstellung einer durch Schmieden des bearbeiteten Formlings entstandenen Schaufel,FIG. 7 is a perspective view of one produced by forging the machined molding Shovel,

Fig. 8 bis 10 Schnitte nach den Linien VIII-VIII, IX-IX und X-X in Fig. 7, 8 to 10 sections along the lines VIII-VIII, IX-IX and XX in FIG. 7,

Fig. 11 eine perspektivische Darstellung einer Schaufel etwas abgeänderter Form.11 is a perspective view of a blade of a somewhat modified form.

In einen zylindrischen Knüppel 1 aus einer Legierung von verhältnismäßig hoher Kriechfestigkeit auf Nickel - Chrom- oder Nickel-Chrom-Kobalt-Basis werden vier Sacklöcher 2' von kreisförmigem Querschnitt in axialer Richtung so gebohrt, daß sie auf einem Bogen 3 liegen, der durch die Achse des Knüppels geht. Diese Löcher werden mit einer Eisen- ^e5 Mangan-Titan-Legierung gefüllt, deren Fließeigenschaften denjenigen der Legierung des Knüppels ähnlich sind. Der Rohling wird dann erhitzt, in den Aufnehmer einer Strangpresse gelegt und dabei durch Drehen in die richtige Lage zur Matrizenöffnung ge-In a cylindrical billet 1 made of an alloy of relatively high creep resistance on nickel-chromium or nickel-chromium-cobalt base, four blind holes 2 ' of circular cross-section are drilled in the axial direction so that they lie on an arc 3 which passes through the Axis of the stick goes. These holes are filled with an iron-5 ^e manganese-titanium alloy whose flow properties are similar to those of the alloy of the billet. The blank is then heated, placed in the receiver of an extrusion press and turned into the correct position for the die opening.

bracht. Der Flächeninhalt dieser öffnung ist annähernd gleich dem des Schaufelfußes. Ihre Form ähnelt der eines Rhabarberstengels. Sie ist also in der Grundform rechteckig, aber auf gegenüberliegenden Seiten konkav und konvex. Wird der Block durch diese öffnung stranggepreßt, so nimmt er Stabform an. Die Verformung beeinflußt auch die Löcher 2, die mithin in dem Strang in annähernd elliptischem Querschnitt erscheinen, dabei aber nach wie vor auf einem Kreisbogen liegen. Der Strang wird dann in einzelne Längen geschnitten, von denen jede den Formling für eine Schaufel bildet. Dieser Formling 4 ist in Fig. 3 und 4 wiedergegeben. Er bildet den Ausgang für das Verfahren nach der Erfindung.brings. The area of this opening is approximately equal to that of the blade root. Their shape is similar to that of a rhubarb stem. It is therefore rectangular in its basic shape, but concave and convex on opposite sides. If the block is extruded through this opening, it assumes the shape of a rod. The deformation also affects the holes 2, which consequently appear in the strand in an approximately elliptical cross-section, but still lie on an arc of a circle. The strand is then cut into individual lengths, each of which forms the molding for a paddle. This molding 4 is shown in FIGS. It forms the starting point for the method according to the invention.

Der Formling 4 wird zunächst zerspanender Bearbeitung unterzogen, durch die ein mittlerer Schaft 5 zwischen zwei Endteilen entsteht. Auch die Endteile können einer gewissen Bearbeitung durch Zerspanen unterzogen werden. Sie bilden später den Fuß 6 und den Kopf 7, wie aus Fig. 5 und 6 ersichtlich ist. Die Form, die man beim Zerspanen dem Schaft 5 gibt, hängt von der Form und dem Verlauf ab, die die Kühlkanäle erhalten sollen. Das gesamte Volumen des Schaftes wird gleich dem Volumen des herzustellenden Schaufelblattes gemacht.The molding 4 is first subjected to machining, by means of which a central shaft 5 is created between two end parts. The end parts can also be subjected to a certain processing by machining. They later form the foot 6 and the head 7, as can be seen from FIGS. The shape that is given to the shank 5 during machining depends on the shape and the course that the cooling channels are to receive. The total volume of the shank is made equal to the volume of the airfoil to be manufactured.

Der so bearbeitete Formling wird hierauf im Warmverfahren zwischen zwei geschlossenen Gesenken geschmiedet. Dadurch erhalten gemäß Fig. 7 der Fuß 6 und der Kopf 7 rechteckige Form und der Schaft 5 die für das Schaufelblatt verlangte Form sowohl in der Krümmung wie in den Flächenwinkeln. Beim Schmieden ändert sich die Form der Löcher 2 entsprechend den Formänderungen, die die einzelnen Querschnitte des Formlings erfahren. Die Länge des Schaftes 5 bleibt jedoch unverändert. Im Fuß und Kopf werden die Löcher durch das Schmieden geradlinig zueinander ausgerichtet, wie in Fig. 8 und 10 gezeigt ist. Innerhalb des Schaufelblattes ändern sich gemäß Fig. 9 die Form und Lage der Löcher entsprechend den Änderungen, die die Querschnittsform des Schaftes 5 beim Schmieden erfahren hat.The thus processed molding is then forged between two closed dies using a hot process. As a result, according to FIG. 7, the foot 6 and the head 7 are given a rectangular shape and the shaft 5 is given the shape required for the airfoil, both in terms of curvature and in terms of surface angles. During forging, the shape of the holes 2 changes in accordance with the changes in shape which the individual cross-sections of the molding experience. However, the length of the shaft 5 remains unchanged. The holes in the base and head are straightened to one another by forging, as shown in FIGS. 8 and 10. Within the airfoil, according to FIG. 9, the shape and position of the holes change in accordance with the changes which the cross-sectional shape of the shank 5 has undergone during forging.

Um die Eigenschaften der für die Schaufel verwendeten Legierung voll nutzbar zu machen, ist eine nachträgliche Warmbehandlung (Härten, Anlassen od. dgl.) angezeigt. Solcher Behandlung kann die geschmiedete Schaufel unterworfen werden. Anschließend wird der Füllstoff durch Auflösung mittels Säure entfernt. Eine etwa noch nötige weitere Bearbeitung kann anschließend geschehen.To make full use of the properties of the alloy used for the blade is one subsequent heat treatment (hardening, tempering or the like) indicated. Such treatment can be achieved by the forged Shovel to be subjected. The filler is then dissolved by means of Acid removed. Any further processing that may be required can then be carried out.

Wenn gewünscht, kann der Fuß gemäß Fig. 11 durch weitere Bearbeitung auf Tannenzapfenform 8 gebracht werden.If desired, the foot according to FIG. 11 can be brought into the shape of a pine cone 8 by further processing.

Ist ein Kopf zur Bildung eines Deckbandes nicht erforderlich, so wird der Formling so weit bearbeitet, daß der Schaft sich bis zum freien Ende oder der Spitze der Schaufel erstreckt.If a head is not required to form a shroud, the molding is machined to such an extent that that the shaft extends to the free end or the tip of the blade.

Das beschriebene Verfahren liefert eine Schaufel, in der die Kanäle einerseits im Fuß und andererseits im Blatt verschiedene Stellungen zueinander einnehmen. Im Fuß liegen sie, mit dem Blick auf ihre Mündungen gerichtet, mindestens annähernd auf einem geraden schmalen Streifen, wie es vor allem für Tannenzapfenfüße nötig ist. Im Blatt dagegen liegen sie, im Querschnitt gesehen, auf einem gekrümmten Streifen. Sie folgen dabei der gekrümmten, unter Umständen leicht verdrillten und sich verjüngenden Form, die das Blatt aus strömungstechnischen Gründen vielfach hat. Mithin ändert sich die relative Lage der Kanäle beim Übergang vom Fuß in dasThe method described provides a shovel in which the channels on the one hand in the foot and on the other hand take up different positions in relation to each other in the leaf. They lie in the foot with a view of hers Muzzle directed, at least approximately, on a straight narrow strip, as it is above all is necessary for pine cone feet. In the leaf, on the other hand, when viewed in cross-section, they lie on a curved surface Stripes. They follow the curved, possibly slightly twisted and tapered ones Shape that the blade often has for reasons of flow. Thus the relative changes Position of the canals at the transition from the foot to the

Claims (2)

1 Blatt. Auch innerhalb des Blattes verlaufen sie nicht notwendigerweise streng parallel, sondern so, daß sie sich der Form des Blattquerschnittes anpassen. Diese Anpassung wird durch das Schmieden erreicht. Patentansprüche:1 sheet. Even within the leaf, they do not necessarily run strictly parallel, but in such a way that they adapt to the shape of the leaf cross-section. This adaptation is achieved through forging. Patent claims: 1. Verfahren zur Herstellung von Schaufeln für Turbinen oder Kompressoren mit mehreren Kühlkanälen durch Bearbeitung eines Formlings von Stabform mit längsverlaufenden Löchern, die in einer Verteilung wie im Querschnitt des späteren Schaufelblattes nebeneinanderliegen und mit einem verformbaren Stoff gefüllt sind, der am Ende wieder entfernt wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Querschnitt des Formlings (4) über einen Abschnitt (5) von der Länge des Schaufelblattes durch zerspanende Bearbeitung auf einen Inhalt gleich dem Querschnittsinhalt des Schaufelblattes verringert wird, worauf der so erhaltene1. A process for the production of blades for turbines or compressors with several cooling channels by machining a molding of rod shape with longitudinally running holes, which lie next to each other in a distribution as in the cross-section of the later blade and are filled with a deformable substance, which is removed again at the end, characterized in that the cross-section of the molding (4) is reduced over a portion (5) from the length of the airfoil by machining to a content equal to the cross-sectional content of the airfoil, whereupon that obtained in this way 339339 längliche Querschnitt, in dem die Löcher (2) in Richtung seiner längeren Ausdehnung nebeneinanderliegen, durch spanloses Verformen ohne Streckung in Längsrichtung die Profilform des Schaufelblattes erhält.elongated cross-section in which the holes (2) lie next to one another in the direction of its longer extension, the profile shape of the blade is obtained by non-cutting deformation without stretching in the longitudinal direction. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß von einem Formling mit einem Querschnitt ausgegangen wird, der an gegenüberliegenden Seiten von im Sinne der Krümmung des Schaufelblattquerschnittes gekrümmten Kanten begrenzt wird, in dem die Löcher auf einem im gleichen Sinne gekrümmten Bogen liegen und der beim spanlosen Verformen im Bereich des Fußes in ein Rechteck umgeformt wird, in dem die Löcher auf einer Geraden liegen.2. The method according to claim 1, characterized in that of a molding with a Cross-section is assumed to be on opposite sides of in the sense of curvature of the airfoil cross-section curved edges is limited, in which the holes on a arc curved in the same sense and that of non-cutting deformation in the area of the The foot is transformed into a rectangle in which the holes lie on a straight line. In Betracht gezogene Druckschriften:
Britische Patentschrift Nr. 664 614;
»Metal Industry« vom 25. Juni 1954, S. 555.Considered publications:
British Patent No. 664,614;
Metal Industry, June 25, 1954, p. 555. Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings © 909 528/124 5.59© 909 528/124 5.59