DE2442739A1

DE2442739A1 - Turbine rotor with welded-on blades separated by axial bores - having bolts inserted before welding across their cross-section

Info

Publication number: DE2442739A1
Application number: DE2442739A
Authority: DE
Inventors: Walter Leonhardt
Original assignee: MTU Motoren und Turbinen Union Muenchen GmbH
Current assignee: MTU Aero Engines AG
Priority date: 1974-09-06
Filing date: 1974-09-06
Publication date: 1976-03-18

Abstract

The gas turbine rotor is of the type in which the rotor blades are welded-on and axial bores are provided bridging the gaps between adjacent blades to avoid notch stress cracks in the region of the weld. When using electron beam laser, pressure welding or similar processes, bolts are inserted in these bores in the direction of the blade entry. The weld is then laid up to the cross-sections of the bolts. If the rotor disc is in a crack sensitive Nickel alloy with trace elements, e.g. a Ni-Co alloy, the bolts are preferably in a material which tends to alloy with the trace elements, such as pure iron or nickel.

Description

Turborotor insbesondere für Gasturbinen Die Erfindung bezieht sich auf einen turbomotor mit aufgeschweißten Axiallaufschaufeln, bei dem die- Spalte zwischen je zwei aneinanderstoßenden Schaufeln zur Vermeidung von-Eerbspannungsrissen im Bereich der Schweißnahtenden in Schaufelstoßrichtung ausgebohrt sind. Turbo rotor especially for gas turbines The invention relates to on a turbo engine with welded axial blades, in which the column between two adjoining blades to avoid inherent stress cracks are drilled out in the area of the weld seam ends in the direction of the blade joint.

Ein solches Ausbohren der Zwischenspalte zwischen den einzelnen Schaufeln dient dazu, eine glatte Oberfläche mit relativ großem Krümmungsradius zu schaffen, um so an diesen durch Fliehkräfte und Wärmespannungen besonders gefährdeten Stellen Rißbildung zu vermeiden. Dabei muß wegen der im Triebwerkbau für Turborotoren verwendeten Werkstoffe die Ausbohrung vor dem Schweißen ausgeführt werden, da aufgrund der ext-remen Härte dieser Werkstoffe eine Bearbeitung nach dem Schweißen zu aufwendig wäre.Such a drilling out of the gap between the individual blades serves to create a smooth surface with a relatively large radius of curvature, all the more so at these points, which are particularly endangered by centrifugal forces and thermal stresses To avoid cracking. It must because of the turbo rotors used in engine construction Materials the bore must be carried out before welding, as due to the extreme Hardness of these materials processing after welding would be too expensive.

Bei konventioneller Schweißung mit Zusatz von Schweißwerkstoff ist ein solches Ausbohren vor der Schweißung auch sinnvoll, da durch MaterialanhäuSung von Schweißwerkstoff am Ende der Schweißnaht die Ausbildung von Kerben vermieden werden könnte.In the case of conventional welding with the addition of welding material such a boring before welding also makes sense, because by Material accumulation of welding material at the end of the weld seam results in the formation of Notches could be avoided.

Aufgrund verschiedenartigster Vorteile, sowohl was den Herstellungsvorgang als auch die erzielbare Festigkeit anlangt, ist für die gattungsgemäßen Turborotoren die Anwendung des Elektronenstrahlschweißverfahrens bereits bekannt geworden (DU-OS 1 953 663). Dieses neuartige an sich viele Vorteile aufweisende Flektronenstrahlschweißverfahren und ähnliche Verfahren haben sich aber bisher für den gattungsgemäßen Anwendungsfall nicht durchsetzen können, da das Problem der Rißbildung aufgrund großer Kerbspannungen nicht bewältigt werden konnte. Da beim Elektronenstrahl- Laser- oder Preßschweißen kein Schweißwerkstoff zugegeben wird, bilden sich nämlich nach dem Schweißen am Ende der Schweißnaht zwischen den Schaufelstoßkanten Einbrandkerben aus, so daß eine vor der Schweißung eingebrachte Bohrung am Spalt zwischen zwei aufeinanderfolgenden Schaufeln wirkungslos wird und somit der Vorteil höherer erzielbarer BestigEeitbei den hochwertigen Verfahren Elektronenstrahlschweißung-, Laser-, Preßschweißen durch die am Schweißnahtende auftretende Kerbspannuegswirkung wieder zunichte gemacht wird.Due to various advantages, both in terms of the manufacturing process as well as the achievable strength is important for the generic turbo rotors the use of electron beam welding has already become known (DU-OS 1 953 663). This new type of electron beam welding process, which in itself has many advantages and similar methods have so far been used for the generic application cannot prevail because of the problem of cracking due to large notch stresses could not be mastered. As in electron beam laser or pressure welding no welding material is added, namely form after welding on End of the weld seam between the blade joint edges undercuts so that a hole made before welding at the gap between two consecutive ones Shoveling becomes ineffective and thus the advantage of higher achievable efficiency the high-quality processes electron beam welding, laser welding, pressure welding the notch stress effect occurring at the end of the weld is nullified will.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es deshalb, einen gattungsgemäßen Turbomotor so auszubilden, daß Schweißverfahren ohne Materialzusatz wie z.B. die Elektronenstrahl-, Laser-, Preßschweissung oder ähnliche Verfahren ohne Inkaufnahme einer Verminderung -der damit erzielbaren Festigkeit durch Kerbspannungswirkung anwendbar wird.The object of the present invention is therefore to provide a generic The turbo engine must be designed in such a way that welding processes without material additives such as the Electron beam, laser, pressure welding or similar processes without acceptance a reduction of the thus achievable strength through notch stress effect becomes applicable.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird gemäß der vorliegenden Erfindung vorgeschlagen, daß bei Anwendung eines solchen Schweißverfahrens in die Bohrungen der Scheibe Bolzen in Richtung der Schaufelstoßkanten eingesetzt sind, bis in deren Querschnitt die Schweißnaht jeweils hineingeführt ist.To solve this problem, it is proposed according to the present invention, that when using such a welding process in the bores of the disc bolts are used in the direction of the blade abutment edges until the cross-section Weld is introduced in each case.

Durch die erfindungsgemäße Ausbildung ist es möglich, für die Befestigung von Laufschaufeln und zwar einzeln oder in Gruppen auf Rotorscheiben die vorteilhaften Schweißverfahren (z.B. Laser-, Preßschweißen) ohne Materialzufuhr anzuwenden und gleichzeitig Kerbspannungswirkung dadurch zu vermeiden, daß im Bereich der Schweißnahtenden die Spalte zwischen zwei aneinanderstoßenden Schaufeln in Schaufelstoßrichtung ausgebohrt sein können. Der in die Bohrung eingesetzte Bolzen wird nämlich jeweils mit der Scheibe bzw. dem Schaufelfuß verschweißt, so daß jeweils zwei Kerben entstehen, nämlich eine zwischen der Scheibe und dem Bolzen, die zweite zwischen dem Schaufelfuß und dem Bolzen, d.h.The inventive design, it is possible for the attachment of rotor blades, individually or in groups on rotor disks, the advantageous To use welding processes (e.g. laser, pressure welding) without material supply and at the same time to avoid the notch stress effect in that in the area of the weld seams the gap between two abutting blades is drilled out in the direction of blade impact could be. The bolt inserted into the hole is namely each with the The disc or the blade root is welded so that two notches are created in each case, namely one between the disk and the bolt, the second between the blade root and the bolt, i.e.

beide Kerben in einem Bereich, der beim Betrieb des Turborotors praktisch keiner Belastung ausgesetzt ist. Dagegen wird eine Kerbe in der belasteten Zone der Schweißnaht zwischen dem Schaufelfuß und der Rotorscheibe nicht mehr gebildet. Ein weiterer wesentlicher Vorteil der erfindungsgemäßen Gestaltung eines Turborotors liegt in ihrer Einfachheit, die nicht nur geringste zusätzliche Herstellkosten verursacht, sondern auch die Gewichtszunahme des Rotors minimal hält.both notches in an area that will come in handy when the turbo rotor is running is not exposed to any stress. On the other hand, there is a notch in the stressed zone the weld seam between the blade root and the rotor disk is no longer formed. Another essential advantage of the design of a turbo rotor according to the invention lies in their simplicity, not the slightest additional Manufacturing costs but also keeps the weight gain of the rotor to a minimum.

In weiterer Ausbildung eines erfindungsgemäßen Turborotors sollen bei einer Rotorscheibe aus einer riBempfindlichen Nickelgußlegierung mit Spurenelementen z.B. einer Ni-Co-Legierung die Bolzen aus Materialien bestehen, die mit den Spurenelementen zu Legierungsbildung neigen, wie z.B. aus Reineisen oder Reinnickel.In a further development of a turbo rotor according to the invention in the case of a rotor disk made of a crack-sensitive cast nickel alloy with trace elements E.g. a Ni-Co alloy the bolts are made of materials that are compatible with the trace elements tend to form alloys, e.g. from pure iron or pure nickel.

Aufgrund einer solchen Werkstoffwahl kann erreicht werden, daß falls aufgrund der Schweißung Rißbildung auftritt, sich diese Risse in jedem Fall in den Bolzen hineinerstrecken, nicht aber in das Scheiben- oder Schaufelmaterial.Due to such a choice of material can be achieved that if Due to the weld cracking occurs, these cracks are in any case in the Extend the bolt into it, but not into the disc or blade material.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Turborotors schematisch dargestellt. Die Rotorscheibe ist dabei mit 1 bezeichnet, während die Laufschaufeln das Bezugszeichen 2 tragen. Die Spalte 3 zwischen je zwei aneinanderstoßenden Schaufeln 2 sind jeweils mit Bohrungen 4 versehen, in die der Schweißstoßspalt 5 zwischen dem Fuß der Schaufel 2 und der Scheibe 1 hineinläuft. Vor dem Schweißen wird in die Axialbohrungen 4 jeweils ein Bolzen 6 eingesetzt. Die Schweißung entlang dem Spalt 5 ist bis in den Querschnitt der Bolzen 6 hineingeführt. Der Bolzen 6 kann auch soweit in die Rotorscheibe 1 hineinverlegt sein, daß der Schweißstoßspalt 5 ihn etwa tangential trifft, wie es beim Spalt 3a gezeigt ist.In the drawing is an embodiment of an inventive Turbo rotor shown schematically. The rotor disk is denoted by 1, while the rotor blades bear the reference number 2. Column 3 between every two abutting blades 2 are each provided with holes 4 into which the Weld joint gap 5 between the foot of the blade 2 and the disk 1 runs into it. Before welding, a bolt 6 is inserted into each of the axial bores 4. The weld along the gap 5 extends into the cross section of the bolts 6. The bolt 6 can also so far into the rotor disk 1 moved inside be that the weld joint gap 5 hits him approximately tangentially, as is the case with gap 3a is shown.

Claims

1. Turbo engine with welded-on axial blades, in which the Gaps between each two adjoining blades to avoid notch stress cracks are bored out in the axial direction in the area of the weld seam ends, characterized in that that when using electron beam laser or pressure welding or the like. In the The bores (4) of the disc bolts (6) are inserted in the direction of the shovel joint edges, up to the cross-section of which the weld seam is introduced.

2. Apparatus according to claim 1, characterized in that at one Rotor disk made of a crack-sensitive nickel alloy with trace elements e.g. a Ni-Co alloy the bolts are made of materials that interact with the trace elements tend to form alloys, e.g. from pure iron or pure nickel.