CH271431A - Verfahren zur Herstellung von Turbinenrotoren und nach diesem Verfahren hergestellter Rotor. - Google Patents

Description

  Verfahren zur Herstellung von Turbinenrotoren und nach diesem Verfahren  hergestellter Rotor.         (iegenstand    der vorliegenden     Erfindung-          ist    ein Verfahren     zur    Herstellung von Roto  ren für Turbinen, wie sie z. B. in Gasturbinen  Verwendung finden., Lind ein nach diesem  Verfahren hergestellter Rotor.  



  In solchen Maschinen -weist bei den im  Betrieb vorherrschenden     Bedin-uncen    der       .:iussere    Kranz der     Turbinenseheibe    in der  Zone, wo die Schaufeln an der Scheibe be  festigt sind, eine ziemlich hohe Temperatur  auf, die bei modernen Maschinen<B>700' C</B> und  mehr erreichen kann. Anderseits ist der Mit  telteil der >Scheibe verhältnismässig kühl und       weLst    eine Temperatur im Bereich von etwa  <B>100' C</B> auf, so     dass    in der Scheibe     in    radia  ler     Rivlitun-    ein grosses     Temperaturgefälle     herrscht.  



  Infolge der hohen Beanspruchung, der  solche Rotoren im Betrieb ausgesetzt sind, war  es bisher erforderlich, die Scheiben aus einem  Material mit hoher     Krieehfestigkeit        hermistel-          len.    Da die     Temperiitur    des     -Mittelteils    der  Scheibe niedriger, die Beanspruchung aber  grösser ist als am Kranz, Ist es     anderseibs     erforderlich,     dass    der Mittelteil eine hohe Zug  festigkeit aufweist, ohne notwendigerweise  eine hohe     Krieehfestigkeit    aufweisen zu müs  sen.  



  Bisher war es notwendig, zur     Erreiehung     einer maximalen     Krieehfestigkeit    im Kranz  teil der Scheibe, die ganze Scheibe aus dem  teuren     hoebkrieehfesten    Material herzustellen,    das     seinenseits    wiederum eine unerwünscht  niedrige Zugfestigkeit des mittleren Scheiben  teils verursachen kann.  



  Zur Vermeidung der oben erwähnten  Nachteile wird beim     erfindun-s--emässen    Ver  fahren zur     Ilerstellun--    eines Turbinenrotors  für den Kranzteil der     Rotorseheibe    ein Mate  rial. verwendet, das in     bezug        auf    das Material       cles        Rotormittelteils    eine höhere     Krieehiestig-          k.eit    aufweist,     und    für den     Rotormittelteil    ein  Material,     da-s    in     bezug    auf das Material des  Kranzteils eine höhere Zugfestigkeit aufweist,

    -wobei der eine Teil gegossen wird, wenn der  andere, bereits gegossene Teil sich noch teil  weise in     flüssi-gem    Zustand befindet, -um eine       Verehweissun-    zwischen den beiden Teilen  herzustellen.  



  Unter     Rotormittelteil    ist jener Teil der       Rotorseheibe        züi    verstehen, der sich vom     Rotor-          zentrum    nach aussen bis in eine Zone zwischen       cinem    Drittel. Lind vier Fünfteln des Scheiben  radius erstreckt; der verbleibende Teil der       Rotorseheiben    bildet den     Kranztell.     



  Die Scheibe und die Schaufeln können  nach dem     Schleudergussverfahren    oder als       Gravit,ations,-1,Iss    oder nach einer Kombination  dieser beiden Verfahren erzeugt werden. Man  kann z. B. die Schaufeln. und den Kranzteil  der Scheibe durch     Schleuderguss    herstellen  und den Mittelteil der Seheibe durch     Gravi-          tationsguss.         Ein Ausführungsbeispiel des nach dem  erfindungsgemässen Verfahren hergestellten  Rotors ist in der beiliegenden Zeichnung dar  gestellt, die eine Vorderansicht einer mit  Schaufeln versehenen Turbinenscheibe zeigt.  



  Der in der Zeichnung dargestellte Turbi  nenrotor besitzt einen Mittelteil<B>1</B> aus Mate  rial, das in     bezug    auf das Material des Kranz  teils 2 eine höhere Zugfestigkeit aufweist,  während der äussere     Kranztei,1    2, der mit den  Schaufeln<B>3</B> ein Stück bildet, aus einem an  dern Material besteht, das in     bezug    auf das  Material des Mittelteils<B>1</B> eine höhere Kriech  festigkeit besitzt, wobei das Ganze     zu        einein     Stück gegossen ist.  



  Bei einer Ausführungsart des erfindungs  gemässen Verfahrens wird eine Legierung von  hoher     Kriechfestigkeit    in geschmolzenem     Zu-          ,stand    in eine geeignet, ausgebildete Form ein  geführt, um durch     Schleuderguss    die Schau  feln und den äussern Kranzteil der Scheibe  herzustellen. Die Form wird dann so lange  rotieren gelassen,     dass    der innerste Teil des  Kranzteils (der sich zuletzt verfestigt) noch  flüssig ist. In diesem Stadium wird nun eine  andere Legierung mit hoher mechanischer       Zugfastigkeit,    die den Rest der Turbinen  scheibe bilden soll, in geschmolzenem Zustand  in die Form eingeführt.

   Die Rotation der  Form kann fortgesetzt werden, so     dass    auch  der Rest der Scheibe durch     Schleuderg-Liss    ge  bildet wird, oder man kann auch in     Ruhe-          ,stell-ung    giessen, so     dass    für den restlichen  Teil der Scheibe der     Gravitationsg-Liss    An  wendung findet.  



  Die Legierung mit hoher Zugfestigkeit       verbindetsich    am innern Umfang des Kranz  teils mit der     hochkriechfesten    Legierung, und  da diese Verbindung in einem Zeitpunkt er  folgt, in. welchem der innere Kranzteil noch  flüssig ist, entsteht über den ganzen Umfang  der     Turbinenscheibe    eine solide     Verschwei-          Bung,    welche die beiden Teile fest zusammen  hält.  



  Es ist wichtig,     dass    die beiden Materialien  oder Legierungen, die für die beiden Scheiben  teile gewählt werden, miteinander verträglich       -ind,    das heisst,     dass    sie längs der Verbin-         dungsfläehe    keine schädlichen Bestandteile  bilden, welche die Festigkeit der Verbindung       berabsetzen    könnten. Zu diesem Zwecke kann  man z.

   B. für den     Seheibenkranz        eäne        austeni-          t*Sche    Stahllegierung oder eine     Nichteisen-          legierung    verwenden, deren hohe     Kriechlestig-          keit    durch eine     Alterungshärtung    mit     Hitze-          behandl-Lmg    erreicht wurde;

   für die Scheiben  mitte kann     ein        ferritischer    Stahl oder ein  entsprechend niedrig legierter Stahl     bzw.    eine  andere Legierung verwendet werden, bei der  die oben genannte     Hitzebehandlung    im Tem  peraturbereich bis     ni   <B>500'C</B> hohe     Zugfestig,-          keitsel-enschaften    hervorruft.  



  <B>0</B>  Als Beispiel für eine kriechfeste Legierung  wird folgende Zusammensetzung angeführt.  
EMI0002.0046     
  
    Chrom <SEP> <B>10-9200/0</B>
<tb>  Nickel <SEP> <B>15-200/0</B>
<tb>  Titan <SEP> bis <SEP> zu <SEP> <B>30/,</B>
<tb>  Molybdän <SEP> <B>  <SEP>   <SEP> 5 <SEP> Oh</B>
<tb>  Kupfer <SEP> <B>  <SEP>   <SEP> 5</B> <SEP> %
<tb>  Kobalt <SEP> <B>  <SEP>  </B> <SEP> 20%
<tb>  Kohlenstoff <SEP> <B>  <SEP>  </B> <SEP> 0,5%
<tb>  Rest <SEP> Eisen       Eine geeignete Legierung kann wie<B>f</B>     olgt     zusammengesetzt sein:

         Chrom        181/o,        Nickel        181/o,        Titan        2,25%,          11,lolybdän        0,2()/o,    Kupfer     0,21/o,    Kobalt     811/o,     Kohlenstoff 0,2     11/o,    Rest Eisen.  



  Für den Mittelteil der Scheibe ist folgende  Legierung geeignet:  
EMI0002.0059     
  
    Chrom <SEP> bis <SEP> zu <SEP> 141/o
<tb>  Molybdän <SEP> <B>  <SEP>   <SEP> 1,5 <SEP> 0/0</B>
<tb>  Vanadin <SEP> <B>  <SEP>   <SEP> 1,5 <SEP> 0/0</B>
<tb>  Wolfram <SEP> <B>  <SEP>   <SEP> 1,51/0</B>
<tb>  Silicium <SEP> <B>  <SEP>   <SEP> 8 <SEP> 0/0</B>
<tb>  Kohlenstoff <SEP> <B>  <SEP>  </B> <SEP> 0,61/o
<tb>  Rest <SEP> Eisen       Eine typische Legierung besteht z.

   B. aus  Chrom 2,8     1.7o,        Molybdän    0,4 Oh,     Vanadin          0,8        1/o,        Wolfram        0,4        %,        Silicium        0,4        1/o,        Koh-          lenstoff    0,2     1/o,    Rest Eisen.  



       Auf    diese Weise ist es möglich, einen Tur  binenrotor herzustellen, der den     erforderli-          ehen    Festigkeitseigenschaften entspricht und      sieh gleichzeitig wesentlich billiger stellt als  die zur Zeit bekannten Rotoren.  



  Durch Wärmebehandlung der zusammen  gesetzten Scheibe im     Temperaturbereieh    von  <B>1000</B> bis<B>11501 C</B> und anschliessende     Kühluno-          in    der Luft oder     Abschrerkung    oder eine  Kombination der beiden Massnahmen, und  Wiedererhitzung auf<B>500</B> bis<B>800' C</B> können in  beiden     Te#ilen    der Scheibe die erforderlichen  Eigenschaften erreicht werden.

   Wenn aber die  Zusammensetzung der beiden Legierungen so  gewählt wird,     dass    die -"-],eiche     Hitzehehandlung     nicht in beiden     Le-ierungen    die erwünschten       Eig        -ensehaften    entwickelt, kann man den  Kranzteil der Scheibe für sieh einer getrenn  ten     Ilitzebehandlung    unterwerfen, z. B. durch       Hoehfrequenz-Induktionserhitzung    oder durch  Erhitzung mit der Flamme, unter geeigneter       Küh-lung    des Mittelteils.

Claims (1)

1. PATENTANSPRUCH I: Verfahren zür Herstelluno- eines Turbinen rotors, dadurch gekennzeichnet, dass zur Her stellung des Kranzteils der Rotorseheibe ein Material verwendet wird, das in bezu'n, auf das Material des Rotormittelteils eine höhere Krieehfestigkeit aufweist" und für den Rotor- mittelteil ein Material, das in bezug auf das T -ial des Kranzteils eine höhere Zugfesti- keit aufweist,

   wobei der eine Teil gegossen wird, wenn der andere, bereits gegossene Teil sieh noch teilweise in flüssigem Zustand be findet, um eine Versehweissung zwischen den beiden Teilen herzustellen. UNTERAN-SPRÜCHE: <B>1.</B> Verfahren nach Patentansprueh <B>1,</B> da- durch (), ge kennzeichnet, dass der Kranzteil vor alem Rotormittelteil gegossen wird. 2.

   Verfahren nach Unteranspruch<B>1,</B> da# durch ekennzeiehnet, dass der Kranzteil nach dem Sehleudergussverfahren hergestellt wird. <B>3.</B> Verfahren nach Unteransprueh 2, da durch gekennzeichnet.. dass der Rotormittelteil als, Gravitationsguss hergestellt wird. <B>PATENTANSPRUCH</B> II: Turbinenrotor, hergestellt nach dem Ver fahren gemäss Patentangpruch <B>1.</B> UNTERANSPRüCHE: 4.

   Turbinenrotor nach Patentansprueh II, hergestellt nach dem Verfahren gemäss Unter- ansprueh <B>1.</B> <B>5.</B> Turbinenrotor nach Pat-entansprueh II, hergestellt nach dem Verfahren gemäss Unter- ansprueh 2. <B>6.</B> Turbinenrotor nach Patentanspruch<B>11,</B> hergestellt nach dem Verfahren gemäss Unter- an"-,pr-uieh a'.

   <B>7.</B> Turbinenrotor nach Unteransprueh <B>5,</B> dadurch gekennzeichnet, dass der Kranzteil und die Schaufeln aus einer Legierung beste hen, die 10--2011/o Chrom, 15-201/o Niekel, bis zu<B>3</B> 14 Titan, bis zu<B>5</B> % Molybdän, bis zu<B>5</B> % Kupfer und bis zu 20 % Kohalt ent hält. <B>8.</B> Turbinenrotor nach Unteransprueh <B>7,</B> dadurch gekennzeichnet, dass der Kranzteil und die Sehaufeln aus einer Legierung fol gender Zusammensetzung bestehen.

   Chrom 18 '/o, Niekel 18 "/o, Kobalt <B>8</B> %, Titan 2,25 %, Molybdän 0,22 %, Kupfer 0,2 1/o, Kohlenstoff 0,2 1/o, Rest Eisen.

   <B>9.</B> Turbinenrotor naeh Untera-nspruch <B>5,</B> dadurch gekennzeichnet, dass der Rotormittel- teil aus einer Legierung besteht, die bis zu 14 1/o Chrom, bis zu<B>1-,5</B> D/o Molybdän, bis zu <B>1,5</B> % Vanadium, bis zu<B>1,5</B> % Wolfram, bis zu<B>8</B> Oio Silieium, bis zu<B>0,6</B> % Kohlenstoff, Rest Eisen aufweist.

   <B>10.</B> Turbinenrotor nach Unteransprueli <B>9,</B> dadurch gekennzeichnet, dass der Rotormittel- teil aus einer Legierung folgender Zusammen- set7ung besteht:

   Chrom 2,8 %, Molybdän 0,4 1/o, Vanacli-Lim 0,8 %, 'Wolfram 0,4 O/o, Sili- eium 0,4 %, Kohlenstoff 0,2 Oh, Rest Eisen.