DE210529C

DE210529C -

Info

Publication number: DE210529C
Application number: DENDAT210529D
Authority: DE

Description

PATENTAMT.

OT" PATENTSCHRIFT

KLASSE 49«. GRUPPE

SEBASTIAN ZIANI de FERRANTI in LONDON.

Verfahren und Vorrichtung zum Verschweißen von Turbinenschaufeln

mit einem Turbinenrad.

Zusatz zum Patente 184014 vom 22. Mai 1904.

Patentiert im Deutschen Reiche vom 20. Dezember 1905 ab. Längste Dauer: 21. Mai 1919.

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Verschweißen von Turbinenschaufeln mit dem Turbinenkörper, bei dem das die Schaufeln tragende Element am Umfang für jede Schaufel zu beiden Seiten in seinem Metall verschwächt wird, worauf die Schaufeln nacheinander gegen die bezüglichen Elemente des Rades gebracht werden, derart, daß die Schweißhitze des durch die Schaufeln hindurchgehenden Stromes für jede Schaufel genau auf die zu verschweißende Stelle beschränkt und. nicht auf die vorhergehende Schweißstelle abgelenkt wird.

Bei der zur Ausführung jenes Verfahrens dienenden Maschine werden die anzuschweißenden Schaufeln in einem verschiebbar auf einem beweglichen Schlitten angeordneten, als Teil der Stromzuführung dienenden Halter gegen das Turbinenrad bewegt, mit dem sie durch den eingeschalteten Strom verschweißt werden, bis die durch das Weichwerden des Metalles hervorgebrachte Schaufelbewegung den Strom wieder abschaltet, worauf das Turbinenrad weiter vorbewegt wird.

Die vorliegende Erfindung betrifft nun eine Vervollkommnung und Weiterausbildung jenes Verfahrens zum Zweck, eine erheblich festere und glattere Schweißung zu bewirken. Hiernach wird der Umfang des Radkörpers, an den die Schaufel angeschweißt werden soll, durch eine eigenartige Anordnung bzw. Gestaltung von Nuten an beiden Seiten der Schweißstelle in zahnartige Teile geteilt, deren Querschnittsgestalt an der Schweißstelle der der Schaufeln möglichst gleichkommt.

Zugleich wird die Wärmeaufnahmefähigkeit der Schaufel gegenüber der des zahnartigen Teiles durch eine geeignete Ausbildung der die Schaufel während · der Schweißung haltenden stromleitenden Backen derart vergrößert, daß der Schaufelfuß zuerst verhältnismäßig kühler und folglich härter bleibt als der zahnartige Teil, so daß sich der Schaufelfuß in den weicheren Radzahn einpreßt, ehe der Schaufelfuß die zum Verschweißen mit dem Radzahn nötige Erhitzung und Weichheit erreicht hat.

Die Zeichnungen zeigen:

Fig. i, 2 und 3 einen Teil- eines gemäß der Erfindung behandelten Turbinenrades aus zwei Scheiben in Aufsicht, in Schnitt nach der Linie A-B der Fig. 1 und in der Seitenansicht,

Fig. 4 _:teilweise Seitenansicht einer Turbinenschaufel mit einem besonderen Schweißansatz oder Zapfen,.

Fig. 5 und 6 Seitenansicht und Schnitt eines Teiles einer anderen Ausführungsform eines Turbinenrades,

Fig. 7 bis 21 verschiedene Ausführungsformen der Ausbildung von Turbinenrädern .-■ und der damit zu vereinigenden Schaufeln.

Bei der in Fig. ι bis .3 dargestellten Ausführungsform wird ein Turbinenrad in be-' kannter Weise aus zwei Scheiben α gebildet. In jede Scheibe sind dann am Umfang an einer Kante Nuten c durch eine Säge oder ein anderes geeignetes Werkzeug eingeschnitten. Der Schnitt, d. i. bei Verwendung einer Säge die Mittelebene ihres Blattes, liegt ungefähr unter einem Winkel von 45° zur Mittelebene des Rades und geht in radialer Richtung. Die aufeinanderfolgenden Schnitte für jede Scheibe sind nach der Erfindung im Winkel derart angeordnet, daß die Teile d, an die die Schaufeln angeschweißt werden sollen, ungefähr den Querschnitt der Schaufeln annehmen, d. i. in der Mitte breiter werden, während die Teile e, die zwischen den Teilen d stehen bleiben, nach der Mitte zu entsprechend schmäler werden.

Die Schaufeln werden durch Ausstanzen oder auf sonst geeignete Weise mit einem Schaufelfuß f versehen (Fig. 4), der vom Körper der Schaufel etwa 1 bis 2 mm vorstehen kann. Beim Schweißen werden diese Schaufeln dann in dicht passenden Backen gehalten, die derart gestaltet sind, daß sie die benachbarten Schaufeln nicht berühren. Diese Backen werden wiederum von sehr dicken Backen gehalten, die den Strom leiten und die Schaufeln in ihrer Lage auf' die im Hauptpatent beschriebene Weise halten. Die Backen werden dabei so ausgebildet, daß das Ende der anzuschweißenden Schaufeln vollkommen von ihnen umschlossen ist, und daß nur der Schaufelfuß / vorsteht. ·

Die Wirkung dieser Anordnung ist, daß die Wärmeaufnahmefähigkeit des Schaufelfußes vermöge der. raschen Ableitung der Hitze durch die dicken Backen derart gegenüber der des Zahnes, an den die Schaufel angeschweißt werden soll, erhöht wird, daß dieser Zahn zunächst schneller erhitzt und dementsprechend weicher wird als der Schaufelfuß /. Der Schaufelfuß bleibt verhältnismäßig kühler und also härter, weil er lediglich an der Beruhrungsfläche zwischen dem Schaufelansatz und dem Zahn heiß wird. Während des Schweißprozesses wird ein^: beträchtlicher Druck ausgeübt, und dies hat dann bei der angegebenen Arbeitsweise zur Folge, daß der Schaufelfuß in den Radzahn hineingepreßt wird, wodurch eine glatte Schweißung von größter Festigkeit geschaffen wird. Weiter verteilt das Eindrücken des Schaufelfußes in das Rad das geschmolzene Metall und füllt dadurch zum großen Teile die Sägeschnitte in der Felge aus. Dies hat weiter die Wirkung, daß sich der eingepreßte Schaufelfuß den Seiten der Einschnitte anpaßt, in die er eingedrückt ist, um die Schaufel dadurch in hohem Maße gegen seitliche Beanspruchung zu unterstützen.

Die Glätte der Schweißung wird noch dadurch erhöht, daß die Backen mit der Oberfläche des Rades in Berührung kommen und dabei etwaige Rauhheiten um den Schaufelfuß herum glatt drücken.

Bei der Ausführungsform nach Fig: 5 und 6, bei welcher das Rad in bekannter Weise aus drei Scheiben, zwei seitlichen α und einer mittleren n, besteht, ist letztere mit parallelen Einschnitten 0 senkrecht zur Mittelebene versehen. In diesem Falle' läßt sich der Querschnitt der Teile d dem der Schaufeln noch mehr anpassen.

Die Fig. 7 und 8 zeigen jedes Rad aus einer Anzahl von Scheiben zusammengesetzt, die in Fig. 7 denselben Querschnitt besitzen, während sie in Fig. 8 von der; Mitte zu nach beiden Seiten an Stärke abnehmen. Am Umfange dieser Scheiben werden, gerade Quernuten s eingeschnitten, die Zähne t und u stehen lassen. Nach Fig. 7 liegen die Kanten der Zähne der mittleren Scheiben bündig zueinander, während die Zähne u der beiden äußeren Scheiben gegen die inneren Zähne t der Krümmung der Schaufel entsprechend versetzt sind. Bei Fig. 8 sind die Zähne sämtlicher Scheiben der Krümmung der Schaufeln entsprechend gegeneinander versetzt.

Fig. 9 und 10 zeigen zwei Ausbildungen eines Turbinenrades, die sich für Turbinenräder mit geringer Geschwindigkeit eignen. Das Rad besteht hiernach aus verhältnismäßig dünnen Scheiben w bzw. w,z, die an ihren Enden mit nach außen gebogenen Flanschen χ versehen sind. Die winkelförmigen Ein- ·^; schnitte c werden dann an den Flanschen in derselben Weise angeordnet, wie mit Bezug auf die Fig. 1 bis 3 beschrieben wurde.

Bei einer anderen Ausführungsform (Fig. 11) werden am Umfange des Rades 4, der Trommel o. dgl. durch Einschneiden von Nuten 5 vorstehende Ringe 6 gebildet, an die die Schaufeln b angeschweißt werden. Die Nuten werden verhältnismäßig eng ausgebildet und in solchen Abstand voneinander in den Umfang des Rades o. dgl. eingeschnitten, daß die Breite der stehenbleibenden Teile möglichst gleich der Dicke der Schaufel an dieser Stelle ist. Nach Fig. 11 ist der mittlere Teil 6 breiter als die seitlich davon liegenden Teile. Die Anzahl der Einschnitte 5 kann wechseln. Nach den dargestellten Ausführungsformen sind vier Schlitze vorgesehen, die einen breiteren mittleren und zwei engere seitliche Ringe besitzen.

Um eine noch glattere Schweißfläche zu erzielen, kann man die Ringe an ihren oberen Enden, wie Fig. 12 zeigt, durch Walzen o. dgl. stauchen, derart, daß die Einschnitte 11 zum Teil wieder überdeckt werden. Die Einschnitte Ii können zur Erleichterung der Staucharbeit

schwalbenschwanzfÖrmig ausgebildet sein (Fig. 2i), da sich das Metall dann beim Walzen sicherer ausbreitet, um die Nuten oder Einschnitte ii teilweise zu schließen.
Gemäß Fig. 13 werden die zu einem Rade vereinigten, verschieden dicken Scheiben 14 unter Zwischenschaltung von Trennungsstücken 17 zusammengelegt. . Die Dicke der Scheiben muß in diesem Falle wieder derart

ίο gewählt werden, daß der Querschnitt des Metalles an jeder Stelle der Dicke der Schaufeln möglichst gleich ist. Nach Fig. 13 sind äußere Scheiben 19 vorgesehen, mit denen die abgesetzten Teile der Schaufeln in Eingriff kommen. Nach Fig. 14 ist die verschiedene Dicke der Scheiben dadurch erreicht, daß in der Mitte zwei Scheiben 16 von gleicher Dicke zusammengelegt sind. Nach Fig. 15 besteht das Rad aus einer mittleren dickeren Scheiben und zwei äußeren dünneren Scheiben 18, die jedoch an ihrem Ende derart ausgebogen sind, daß Lufträume zwischen den Enden der Scheiben verbleiben.

Nach Fig. 16 und 17 werden zur Bildung von Zähnen 22 Nuten 21 in den Umfang des Rades eingeschnitten. Statt daß diese Nuten jedoch parallel zur Achse des Rades verlaufen, werden sie gekrümmt derart angeordnet, daß die stehenbleibenden Zähne 22 im wesentlichen die Querschnittsform der Schaufeln erhalten. . Nach Fig. 18 werden die Nuten 21 so geformt, daß sie voneinander getrennte Zähne bilden.
Nach der in Fig. 19 gezeigten Ausführungsform sind in eine Trommel tiefere Nuten 26 eingeschnitten, und in diesen Nuten dann kleinere Nuten vorgesehen, die zur Vorbereitung der Schweißstelle dienen. Für diese Anordnung müssen die Schaufeln mit längeren Ansätzen 25 von etwa 10 bis 12 mm Länge versehen sein, die dann in die-Nuten eingesetzt werden. Nach Anschweißen der Schaufeln kann der Zwischenraum zwischen den einzelnen Schaufeln in der Nut 26 durch Einbringen von Versteifungsstücken 27 (Fig. 20) ausgefüllt werden. Diese Anordnung sichert ein Festhalten der Schaufeln.

Claims

Patent-An Sprüche:

i. Verfahren · zum Verschweißen von Turbinenschaufeln mit einem Turbinenrad, wobei das Metall des Rades zu beiden Seiten des Schaufelfußes zahnartig verschwächt wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Schaufel und dem zahnartigen Radteil an der Schweißstelle wesentlich dieselbe Querschnittsgestaltung gegeben und die Wärmeaufnahmefähigkeit der Schaufel derartig gegen diejenige des zahnartigen Radteiles erhöht wird,- daß der Schaufelfuß zuerst verhältnismäßig kühler und daher härter als der zahnartige Rad-.· teil bleibt, so daß sich der Schaufelfuß in den weicheren Radteil eindrücken läßt, ehe er die zum Verschweißen mit dem Radteil nötige Erhitzung und Weichheit erreicht hat.
2. Ausführungsform des Verfahrens nach Anspruch 1 bei aus dünnen Scheiben zusammengesetzten Turbinenrädern, dadurch gekennzeichnet, daß die Scheiben mit Seitenflanschen (x) versehen sind, in denen die Einschnitte (c) zur Bildung der Zähne von dem Querschnitt der anzuschweißenden Schaufeln eingeschnitten werden (Fig. 9 und 10).
3. Ausführungsform des Verfahrens nach Anspruch 1 bei am Umfange mit Einschnitten versehenen Turbinenkränzen, da-· durch gekennzeichnet, daß die Nuten oder Einschnitte (C, S, 21) in solchem Abstande voneinander angeordnet sind, daß die Breite der stehenbleibenden Teile möglichst gleich der Dicke der Schaufeln an dieser Stelle ist (Fig. 1, 5, 7, 8, 17 und 18).
4. Ausführungsform des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Nuten zur Erzeugung der Ringe

- (6), an .die die Schaufeln angeschweißt werden, innerhalb einer größeren Nut (26) angebracht sind (Fig. 19).
5. Ausführungsform des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die am Umfange des Rades vorgesehenen Nuten (11) an ihren oberen Enden zum Teil zugestaucht werden (Fig. 12 und 21).
6. Vorrichtung zur Ausübung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die anzuschweißende Schaufel derart in Backen von größerem Querschnitt eingebracht wird, daß nur der einzuschweißende Schaufelfuß vorsteht, der mit den zur Stromführung dienenden Backen unter zunehmendem Druck gegen den stehenbleibenden Teil des Schaufelrades gepreßt wird.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen.