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Turbinenrad Die Erfindung bezieht sich auf ein integrales Turbinenrad
mit auf dem Radlcranz aufgeschweißten Schaufeln und ein Verfahren. zu seiner Herstellung.
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Es sind integrale Turbinenräder mit aufgeschweißten Schaufeln bekannt,
bei denen die Schaufeln mit Fußsegmenten beispielsweise in Feingußverfahren hergestellt
und dann auf den Radkranz aufgeschweißt werden. Dabei werden die Schaufelfüße als
Kreisbogensegmente ausgebildet, genau bearbeitet, dann wie ein Ring um den Radkörper
gelegt und mit diesem meist von zwei Seiten elektronenstrahlverschweißt.
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Solche Räder sind, verglichen mit gegossenen Rädern gleicher Art,
vor allem hinsichtlich der Schaufelform genauer und bei großen Ausführungen - gleiche
Genauigkeit vorausesetzt - billiger herzustellen. Darüber hinaus können bei solchen
Rädern Radkranz und Schaufeln aus verschiedenen
Werkstoffen hergestellt
sein, wodurch die Möglicheit einer optimalen Werkstorfauswahl für beide Komponenten
gegeben ist.
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Allerdings kommen diese Vorteile nur bei höchstbelasteten Rädern voll
zum Tragen, während bei niedrigbelasteten Rad dern der große Aufwand zur Herstellung
von genauen Schaufeln mit segmentartigen Fußplatten, welche nur im Feingußverfahren
möglich ist, und weiter auch der Aufwand der genauen Bearbeitung nicht gerechtfertigt
erscheint und man trotzdem auf die hiermit erzielbare Genauigkeit nicht verzichten
will.
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Aufgabe der Erfindung ist es, ein integrales Turbinenrad zu schaffen,
das einerseits hohe Genauigkeit vor allem hinsichtlich der Schaufelvorder- und hinterkanten,
bei optimaler Wahl des Schaufel- bzw. Scheibenwerkstoffes gestattet und welches
andererseits auch für weniger hohe Anforderungen hinsichtlich der Betriebsbeanspruchungen
mit noch vertretbarem wirtschaftlichem Aufwand gefertigt werden kann.
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Die Lösung der gestellten Aufgabe besteht erfindungsgemäß darin, daß
die Schaufeln aus kaltgezogenem Profilmaterial abgelängt, nach Anpassung des Fußes
an den Radkranz auf diesen stumpf aufgesetzt, dazwischen die gesamte Radaußenfläche
mit satt aufliegendem Füllblech vollkommen abgedeckt uiid dann Schaufeln und 31ech
TI t dem Rad gleichzeitig elektronstrahlverschweißt werden.
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Die zusätzlichen Vorteile hierbei, verglichen mit den aufgeschweißten
Schaufeln mit Fußplatte - sind die weiter vereinfachte und verbilligte Herstellung
der Turbinenräder mit sehr genauen Schaufeln sowie die aufgabe gemäß dadurch erzielbaren
niedrigen Herstellkosten.
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In weiterer Ausgestaltung der Erfindung wird auf den Radkranz ein
je nach seiner Außenform zylinder- oder kegelmantelförmiger Füllblechring, hergestellt
aus einem Stück und aus geeignetem Material, aufgeschoben, wobei der Blechring gleichmäßig
verteilt eine der Schaufelzahl entsprechende Anzahl profilierter Durchbrüche aufweist,
die gerade noch ausreichend bemessen sind, um das Durchstecken der vorgefertigten
Schaufeln bis auf den Radkranz vor dem Verschweißen zu gestatten.
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Die Verwendung eines Blechringes zum Abdecken der zwischen den Schaufeln
freibleibenden Radkranzoberfläche erlaubt die sehr einfache Herstellung des Füllbleches
durch Rollen und Verschweißen eines Blechstreifens und Einstanzen der profilierten
Durchbrüche.
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In weiterer Ausgestaltung werden statt eines Deckbandes eine der Schaufelzahl
entsprechende Anzahl von passend geformten Blechteilen verwendet, in den Radkranz
eine zur Aufnahme der Schaufeln und Blechteile passende Ringnut eingedreht, Schaufeln
und Formbleche abwechselnd in diese Ringnut eingesetzt und mit dem Rad kranz verschweißt.
Die Herstellung der Blechteile ist vor allem bei größerem Durchmesser
vorteilhafter
als die Herstellung eines ganzen Ringes.
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In weiterer Ausgestaltung wird die axiale Ausdehnung von Radkranz
und Blechabdeckung so gewählt, daß der Radkranz sowohl vor der Schaufeleintrittskante
als auch hinter der Schaufelaustrittskante noch um ein gewisses Maß, beispielsweise
1 bis 2 mm übersteht. Dadurch werden Beschädigungen der SchauSelkanten, die beim
Schweißen z.B. durch Überhitzung entstehen können, vermieden.
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Im folgenden wird eine Verfahren zur Herstellung eines Turbinenrades
nach der Erfindung beschrieben.
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In einem ersten Arbeitsgang wird die Radscheibe mit Kontur gefertigt
und der Radkranz an der Außenseite zylindrisch oder konisch überdreht. Daneben werden
aus Profilstangen die Schaufeln roh abgelängt, in eine kreisförmige Vorrichtung
in gleicher Lage, die sie später am Radkranz einnehmen sollen, befestigt und am
anzuseißenden Ende so bearbeitet (z.B. abgedreht), daß sie nach dem Aufheben der
Vorrichtung auf den überdrehten Radkranz und Andrücken gegen diesen satt aufsitzen
können. Daneben wird das Abdeckband oder ein Satz entsprechender Blechteile und
eine der Schaufelzahl entsprechende Anzahl kupferner Anpreßstücke vorgefertigt.
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In einem zweiten Arbeitsgang wird auf einer entsprechend
geformten
Montagefläche die Turbinenscheibe aufgelegt, drumherum abwechselnd in die Ringnut
eine Schaufel, dann ein Füllblech und radial darüber ein Anpreßstück, dann wieder
eine Schaufel und so weiter eingelegt, bis sämtliche Schaufeln, Füllbieche und Anpreßstücke
ringsum angeordnet sind. Um diese Anordnung wird ein Spannring mit geringem radialen
Abstand gelegt und zwischen Spannring und Schaufeln bzw. Anpreßstücke wird ein passender
Elastomerring so einpreßt, daß durch dessen radialen Anpreßdruck Schaufeln und Formbleche
ausreichend an den Radkranz angedrückt werden. Danach wird die ganze Vorrichtung
in eine Elektronenstrahlschweißanlage drehbar eingebaut und nach Ausrichten des
Elektronenstrahls auf die Berührungsstelle zwisehen Radkranz und Blechring bzw.
Schaufelfüße in umlaufendem Arbeitsgang verschweißt. Dieses Verfahren sichert eine
rationelle Fertigung mit geringstem Herste llungsaufwand für die Einzelteile, wenig
Wärmeverzug und kurzer Schweißzeit in der Schweißanlage, da nur eine in Umfangsrichtung
verlaufende Schweißnaht erforderlich ist.
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Zur Verbesserung der Qualität wird in weiterer Ausgestaltung des Verfahrens
die Schweißung durch zwei Elektronenstrahlen aus entgegengesetzten Richtungen durchgeführt,
wodurch vor allem die radiale Stärke der Schweißnaht und damit der- Energieaufwand
vermindert oder die zulässige Radkranzstärke erhöht wird.
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In erfindungsgemäßer Weise können auch Turbinenleitkränze ebenso wie
Verdichterlaufräder oder VerdiLchterlauSkränze hergestellt werden.
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In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt;
es zeigen: Fig. 1 Einen Mittelschnitt durch ein Turbinenrad mit Füllring, wobei
die linke Hälfte nur vormontiert und die rechte Hälfte bereits geschweißt ist, Fig.
2 den abgewickelten Schnitt 2 - 2 in Fig. 1, Fig. 5 den Schnitt durcn das Turbinenrad
nach der Schnittlinie 3 - 3 in Fig. 1, Fig. 4 einen Mittelschnitt durch ein Turbinenrad
mit Füllblechteilen, wobei wie in Fig. 1 wieder die linke Hälfte vormontiert und
die rechte Hälfte bereits geschweißt ist, Fig. 5 Schnitt nach Linie 5 - 5 in Fig.
4 und Fig. 6 Mittelschnitt nach Schnittlinie 6 - 6 in Fig. 4.
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Bei der Ausführung mit Füllblechrin; wird als Vorbereitun zum Verschweißen
auf die vollbearbeitete Radsc@eibe 1 mit dem zylindrisc@ überdrehten Außenkranz
der Füllblechring @ aufgeschoben, so daß er den Außenkranz voll bedeckt, dann werden
die mindestens am Fuß vorbearbeiteten @chaufel@ in die profilierten Durchbrüche
eingesteckt, ferner zwischen je zwei Schaufeln 3 ein @upfernes Zwischenstück eingesetzt,
welches die Aufgabe hat, das Füllblec@ fest gegen
den Radkranz zu
drücken (in der Zeichnung durch Pfeile 4 symbolisch dargestellt). Diese Zwischenstücke
sind in ihrer radialen Ausdehnung so bemessen, daß sie mit den Schaufeln æn Außendurchmesser
bündig abschließen. Zum Festhalten und Andrücken vor dem Verschweißen dient ein
das Ganze umschließender Ring (nicht gezeigt), wobei zwischen Ring und Schaufeln
bzw. Zwischenstücken ein Elastomerring ein-,gepreßt wird. Der radiale Anpreßdruck
dieses Elastomerringes genügt, um alle Teile ausreichen fest zusammenzuhalten, bis
der Schweißvorgang beendet ist (Fig. 1, 2 und 5).
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Bei der Ausführung mit Füllblechteilen weist der Radkranz i4 an beiden
Stirnseiten je einen radialen Schulterring 6 auf und zwischen beiden Schulterringen
werden wieder auf einer Vorrichtungsplatte abwechselnd je eine Schaufel 3 ein Füllblechteil
7 und auf letzterem ein Zwischenstück, dann wieder eine Schaufel usw. eingesetzt,
bis der Schaufelkranz vollstandig eingesetzt ist. Das radiale Anpressen geschieht
wie bei der Ausführung mit Füllblechring (Fig. 4, 5 und 6).
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Bei der Herstellung von Verdichterlaufrädern wird analog verfahren,
die Fertigung von Turbinen oder Verdichterleitkränzen mit oder ohne Innenring ist
in gleicher Weise möglich, bei Leitkränzen ohne Innenring nur mit dem Unterschied,
daß das radiale Anpressen hier von innen her vorgenommen
werden
muß. Hierzu aber wird wieder wie bereits beschrieben ein Halterring und ein EladDmerring,
der jedoch hier außen um den Halterring gelegt und so gegen die Schaufeln samt Zwischenstücken
gepreßt wird und dabei diese gegen den außen befindlichen Leitschaufelkranzring
andrückt.