DE1196938B

DE1196938B - Process for the production of gas turbine or compressor blades with longitudinal channels

Info

Publication number: DE1196938B
Application number: DEW32081A
Authority: DE
Inventors: Barclay Keegan; Roderick Charles Mackenzie
Original assignee: Henry Wiggin and Co Ltd
Current assignee: Henry Wiggin and Co Ltd
Priority date: 1961-04-20
Filing date: 1962-04-18
Publication date: 1965-07-15

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLANDFEDERAL REPUBLIC OF GERMANY

DEUTSCHESGERMAN

PATENTAMTPATENT OFFICE

AUSLEGESCHRIFTEDITORIAL

Int. α.:Int. α .:

Nummer:
Aktenzeichen:
Anmeldetag:
Auslegetag:Number:
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Registration date:
Display day:

B 231B 231

Deutsche Kl.: 49i-16German class: 49i-16

1196 938
W32081Ib/49i 18. April 1962 15. Juli 19651196 938
W32081Ib / 49i April 18, 1962 July 15, 1965

Bei der Herstellung von Gasturbinen- oder Kompressorenschaufeln mit Längskanälen ist es gelegentlich erwünscht, die Längskanäle im Querschnitt über die Länge veränderlich zu machen. Soll beispielsweise eine Schaufel mit sehr dünner Spitze und mit Kühlkanälen von beträchtlichem Querschnitt im Hauptteil der Schaufel hergestellt werden, dann muß die Querschnittsfläche des Kanals im Bereich der Schaufelspitze heruntergesetzt werden. Eine ähnliche Forderung entsteht, wenn bei einer stranggepreßten ίο Schaufel das Schaufelblatt und der Schaufelfuß aus einem Stück bestehen und die Kanäle sich bis in den Fuß hinein erstrecken. In diesem Falle fließt das Metall während des Strangpressens der Schaufel in dem Teil, der später den Fuß bildet, nur in geringem Maße, so daß die zuvor gebohrten Löcher, aus denen später die Kanäle werden, im Fuß weniger deformiert werden und viel größer bleiben als im Blatt. Wird der Fuß dann durch Zerspanen auf die übliche Tannenzapfenform gebracht, dann entsteht unter Umständen ein Gebilde, das durch die im Querschnitt übermäßig groß ausgefallenen Kanäle bedenklich geschwächt ist.It is occasional in the manufacture of gas turbine or compressor blades with longitudinal ducts desirable to make the longitudinal channels variable in cross section over the length. Should for example a blade with a very thin tip and with cooling channels of considerable cross-section in the The main part of the blade must be made, then the cross-sectional area of the channel must be in the area of the Blade tip are lowered. A similar requirement arises when an extruded ίο The blade and the blade root consist of one piece and the channels extend into the Extend your foot into it. In this case, the metal flows into the blade during extrusion the part that later forms the foot, only to a small extent, so that the previously drilled holes from which later the canals will be less deformed in the foot and remain much larger than in the leaf. Will the foot is then machined to the usual pine cone shape, which is then created under Under certain circumstances, a structure that is seriously weakened by the channels, which are excessively large in cross-section is.

Um nicht genötigt zu sein, abgestufte Löcher zu bohren, was beträchtliche Mühe machen würde, ist man nach einem bekannten Vorschlage in der Weise vorgegangen, daß man dem Rohblock eine verjüngte Form gibt, also etwa die Form eines Kegelstumpfes, eines Pyramidenstumpfes, oder eines Prismas mit gegeneinander geneigten Seitenflächen. Wird der in dieser Weise geformte Rohblock mit normalen zylindrischen Bohrungen versehen, die über die gesamte Bohrungsfläche mit Füllstäben gefüllt sind, und wird der Block dann zunächst so verformt, daß die Verjüngung verschwindet, dann nehmen wegen des unterschiedlichen Verformungsgrades umgekehrt die zylindrischen Bohrungen eine verjüngte Form an. Der in dieser Weise verformte Block kann dann durch Strangpressen in Schaufelform gebracht werden.In order not to be required to drill stepped holes, which would require considerable effort one proceeded according to a known proposal in such a way that one tapered the raw block Gives shape, such as the shape of a truncated cone, a truncated pyramid, or a prism mutually inclined side surfaces. The ingot shaped in this way will be matched with normal cylindrical Provided bores that are filled with filler rods over the entire bore area, and is the block then initially deformed so that the taper disappears, then take because of the different Deformation degree reversed the cylindrical bores a tapered shape. Of the Block deformed in this way can then be formed into a blade shape by extrusion.

Die Erfindung geht gleichfalls von einem Rohblock aus, in den zylindrische Bohrungen gebohrt werden, die über die gesamte Bohrungslänge mit Füllstäben gefüllt werden, und stellt aus dem Block durch Strangpressen und Entfernen der Füllstäbe die verlangte Schaufel her. Um Längskanäle zu erzeugen, die über die Länge veränderlichen Querschnitt aufweisen, werden erfindungsgemäß Füllstäbe eingesetzt, die über ihre Länge veränderlichen Verformungswiderstand besitzen. Dieses Verfahren hat gegenüber dem bekannten Verfahren den Vorteil, daß es nicht auf Blöcke mit verjüngter Gestalt angewiesen ist. Außerdem entfällt der bei jenem Ver-Verf ahren zur Herstellung von Gasturbinen- oder Kompressorenschaufeln mit LängskanälenThe invention is also based on an ingot into which cylindrical bores are drilled which are filled with filler rods over the entire length of the bore, and are removed from the block the required blade is produced by extrusion and removal of the filler rods. To create longitudinal channels which have a variable cross-section over the length, filler bars are used according to the invention, which have variable deformation resistance over their length. This procedure has compared to the known method the advantage that it does not rely on blocks with a tapered shape is. In addition, that method for the production of gas turbine or gas turbines does not apply Compressor blades with longitudinal channels

Anmelder:Applicant:

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

Vertreter:Representative:

Dr.-Ing. G. EichenbergDr.-Ing. G. Eichenberg

und Dipl.-Ing. H. Sauerland, Patentanwälte, Düsseldorf, Cecilienallee 76and Dipl.-Ing. H. Sauerland, patent attorneys, Düsseldorf, Cecilienallee 76

Als Erfinder benannt:
Barclay Keegan, Glasgow;
Roderick Charles MacKenzie, East Kilbride (Großbritannien)Named as inventor:
Barclay Keegan, Glasgow;
Roderick Charles MacKenzie, East Kilbride (Great Britain)

Beanspruchte Priorität:Claimed priority:

Großbritannien vom 20. April 1961 (14 323) - -Great Britain April 20, 1961 (14 323) - -

fahren notwendige, dem Strangpressen vorangehende Arbeitsschritt der Umformung des verjüngt gestalteten Blocks in einen nicht verjüngt gestalteten Block.carry out the necessary work step, which precedes the extrusion, of reshaping the tapered Blocks into a non-tapered block.

Bei der Herstellung von Ventilen für Brennkraftmaschinen ist es an sich bekannt gewesen, der Längsbohrung eines strangzupressenden Blocks, die einen Innenraum mit über die Länge sich änderndem Querschnitt ergeben soll, zunächst einen über die ganze Länge gleichen Querschnitt zu geben, jedoch einen Endbereich der Bohrung von dem verformbaren Füllkern freizuhalten. Infolgedessen wird in diesem Bereich der Bohrung dem gegen sie gerichteten Radialdruck beim Pressen kein Widerstand entgegengesetzt. Die reine Anwendung dieser Maßnahme zur Herstellung von Schaufeln mit Längskanälen würde nicht zum Ziel führen, weil die Bohrungen in dem erwähnten Endbereich in nicht beherrschbarer Weise zusammengedrückt und in aller Regel an ihrer Mündung geschlossen werden würden.In the manufacture of valves for internal combustion engines, it has been known per se, the longitudinal bore of a block to be extruded, which has an interior space that changes over its length Cross-section should result in initially giving a cross-section that is the same over the entire length, however to keep an end region of the bore free from the deformable filler core. As a result, in This area of the bore does not offer any resistance to the radial pressure directed against it during pressing. The pure application of this measure for the production of blades with longitudinal channels would not lead to the goal, because the holes in the mentioned end area are compressed in an uncontrollable manner and in all Would usually be closed at their mouth.

Es gibt verschiedene zweckmäßige Möglichkeiten,, den Füllstäben einen über ihre Länge veränderlichen Verformungswiderstand zu geben. Beispielsweise kann dies durch die Anordnung einer axialen Bohrung in dem oder den Endbereichen des Füllstabes geschehen. An die Stelle einer Axialbohrung kannThere are various useful ways of changing the length of the filler rods To give deformation resistance. For example, this can be done by arranging an axial bore in the end region or regions of the filler rod happen. Can take the place of an axial bore

509 6OO/I35;509 600/135;

auch ein Längsschlitz oder eine kegelige Verjüngung treten. Sodann kann man den Stäben einen in Längsrichtung gesehen unterschiedlichen Werkstoffaufbau verleihen. Werden Füllstäbe mit Hohlraum in dem oder den Endbereichen der Blockbohrungen verwendet, so können diese Hohlräume mit einem aus Partikeln bestehenden Stoff, wie Ton, ausgefüllt werden. Durch Wahl der Struktur dieses Stoffes kann man den Grad der Zusammendrückbarkeit größer oder kleiner machen.a longitudinal slot or a conical taper can also occur. Then you can one in the bars Lend different material structure seen in the longitudinal direction. Are cross bars with a cavity used in the or the end regions of the block bores, these cavities can with a particulate matter, such as clay, can be filled in. By choosing the structure of this substance you can you can make the degree of compressibility larger or smaller.

In der Zeichnung zeigtIn the drawing shows

F i g. 1 eine perspektivische Darstellung eines Blocks,F i g. 1 is a perspective view of a block,

F i g. 2 bis 4 Längsschnitte durch den Block zur Erläuterung verschiedener Arten der örtlichen Verminderung des Verformungswiderstandes,F i g. 2 to 4 longitudinal sections through the block to explain different types of local reduction the deformation resistance,

Fi g. 5 bis 7 eine Draufsicht auf die Ausschnitte aus den ob^e^en Stijjqflä.ohen der Blöcke nach F i g. 2 bis 4,Fi g. 5 to 7 a plan view of the cutouts from the upper parts of the blocks according to Fig. 2 to 4,

F i g. 8 eine perspektivische, teilweise geschnittene so Darstellung eines Teils einer rohen Schaufel, die durch Strangpressen des Blocks nach F i g. 2 entstanden ist,F i g. Fig. 8 is a perspective, partially cut away, representation of part of a raw blade, the by extruding the block of FIG. 2 was created,

Fig.9 einen Längssqhnitt durch einen weiteren Block und 9 shows a longitudinal section through a further block and FIG

Fig. 10 den Block nach Fig. 9, nachdem er teilweise stranggepreßt ist.Fig. 10 shows the block of Fig. 9 after it has been partially is extruded.

Der rechteckige Block 1 nach F i g. 1 soll durch Strangpressen in eine rohe Schaufel umgeformt werden. In ihm sind eine Anzahl kreisrunder Löcher 2 gebohrt, die sich parallel zur Blocklängsachse erstrecken. In jedes dieser Löcher ist ein Stab 3 aus einem Füllstoff eingesetzt. In der herzustellenden, rohen Schaufel sollen die offenen Enden der nach dem Strangpressen des Blocks und der Entfernung des Füllstoffes entstandenen Kanäle im Bereich der Schaufelspitze in ihrer Querschnittsfiäche vermindert sein. Zu diesem Zweck wird über eine Strecke L jedes Loclj ^ηΡΓ unvollständig gefüllt, während die Füllung über die übrige Länge das Loch vollständig ist. Dies kaoa gemäß Fig. 2 dadurch geschehen, daß jeder Stab 3 durch Bohren eine innere Höhlung 4 erhält, die konzentrisch zur Außenwand des Stabes liegt Dies ist das bevorzugte Vorgehen, und das Bohren kann leicht durchgeführt werden, nachdem die Füllstäbe in die Löcher gesetzt worden sind. Stattdessen kann aber auch gemäß Fig. 3 und 6 ein Schlitz 5 ia jeden Stab 3 geschnitten werden. Schließlich kaiin gemäß Fig.4 und 7 ein Abschnitt6 des Stabes kegelstuaipfförmig statt zylindrisch gestaltet werden. In allen dieses Päflen füllt das Metall des Blöde« bebe Verformen direkt oder indirekt den eatstaadeaen Hohlraum aus, und der endgültig entstandene Kanal list daher ein vermindertes Volumen oder, anders ausgedrückt, sein Querschnitt entspricht ia Längsrichtung gerechnet an jeder Stelle der Vermüideruiig der Ocerscfaaktsfläche des Füllstabs as dem betrachteten Puakt. Fig.8 zeigt die nach dem Strangpressen entstandene, endgültige Form der Kanäle tadk Entfernong des Füllstoffes. Dabei ist der 4a Lange L ka Block entsprechende Kanalabschnitt BHt 7 bezeichnet aod von dem übrigen Kanal 8 nur ein Teü" gezeichnet.The rectangular block 1 according to FIG. 1 is to be formed into a raw blade by extrusion. A number of circular holes 2 are drilled in it, which extend parallel to the longitudinal axis of the block. A rod 3 made of a filler is inserted into each of these holes. In the raw blade to be produced, the cross-sectional area of the open ends of the channels formed after the extrusion of the block and the removal of the filler in the area of the blade tip should be reduced. For this purpose, each Loclj ^η ΡΓ is incompletely filled over a distance L , while the filling over the remaining length of the hole is complete. This kaoa according to FIG. 2 is done by drilling each rod 3 into an inner cavity 4 which is concentric with the outer wall of the rod. This is the preferred procedure, and the drilling can easily be carried out after the filler rods have been placed in the holes are. Instead, however, according to FIGS. 3 and 6, a slot 5, in general, each rod 3 can be cut. Finally, according to FIGS. 4 and 7, a section 6 of the rod can be configured in the shape of a cone instead of a cylindrical shape. In all of these plaques the metal of the stupid deformation directly or indirectly fills the hollow space of the eatstaadeaen, and the canal that finally arises is therefore of reduced volume or, to put it another way, its cross-section corresponds in general to the longitudinal direction at every point of the waste to the ocer surface of the filler rod as the puakt under consideration. FIG. 8 shows the final shape of the channels resulting from extrusion and removal of the filler. The channel section BHt 7 corresponding to 4a length L ka block is denoted aod of the remaining channel 8 only part of the drawing.

Das Ausmaß der errielbareri Verminderung der Quersdinittsiäche des Kanals ist durch die Gefahr der Rißb&dimg begrenzt Dies wiederum hängt teilweise von der Zusammensetzung des Bfocfcwerkstoüs ab. Besfefet beispielsweise der Block aus einer kriechfesten Nickel-Chrom-Kobalt-Legierung, die 18 bis 21 % Chrom und 15 bis 21 % Kobalt und außerdem Aluminium und Titan enthält, wie sie allgemein für die Herstellung von Schaufeln für Gasturbinen verwendet wird, so beträgt die maximal zulässige Verminderung in der Querschnittsfläche nicht mehr als etwa 60%. Bei anderen Nickel-Chrom-Kobalt-Legierungen, wie sie für höhere Betriebstemperaturen benutzt werden und 13,5 bis 16% Chrom, 18 bis 22% Kobalt und 4,5 bis 5,5^o/o Molybdän sowie Aluminium und Titan enthalten, beträgt die maximal zulässige Verminderung nicht mehr als 35%.The extent of the reduction in the transverse spacing of the canal that can be achieved is limited by the risk of cracking. This in turn depends in part on the composition of the material. If, for example, the block is made of a creep-resistant nickel-chromium-cobalt alloy, which contains 18 to 21% chromium and 15 to 21% cobalt and also aluminum and titanium, as is generally used for the manufacture of blades for gas turbines, then the maximum permissible reduction in the cross-sectional area not more than about 60%. In other nickel-chromium-cobalt alloys, such as are used for higher operating temperatures and containing from 13.5 to 16% chromium, 18 to 22% cobalt and 4.5 to 5.5 ^o / o molybdenum, and aluminum and titanium amounts, the maximum permissible reduction not more than 35%.

In F i g. 9 und 10 ist die Anwendung der Erfindung für den Fall dargestellt, daß die gefüllten Löcher im Fußbereich auch eine Querschnittsverminderung erfahren sollen, also nicht nur in dem Teil, der beim Strangpressen in der Preßrichtung vorn liegt. Fig. 9 zeigt einen Teil eines Blocks 9 mit einem Füllstab 10, der an seinem Ende eine Verjüngung 11 erhalten hat. Dieser Block wird beim Strangpressen nur teilweise durch die Matrize gedrückt, so daß ein stranggepreßter Abschnitt 12 entsteht, der das Schaufelblatt bildet, während im Aufnehmer der Presse ein Blockteil 13 zurückbleibt, der gemäß F i g. 10 den Schaufelfuß darstellt.In Fig. 9 and 10 shows the application of the invention in the event that the filled Holes in the foot area should also experience a cross-section reduction, so not only in the part that is forward in the pressing direction during extrusion. Fig. 9 shows part of a block 9 with a Filler rod 10, which has a taper 11 at its end. This block is used in extrusion only partially pushed through the die to form an extruded section 12 which forms the airfoil while in the receiver of the press a block part 13 remains, which according to FIG. 10 represents the blade root.

Während des Strangpressens ist der auf den Block ausgeübte Druck so geartet, daß der Hohlraum, der das verjüngte Endeil umgibt, durch den Fluß des Metalls geschlossen wird, obwohl der Blockteil 13 nicht durch die Matrize gedrückt wird. Der Fußteil 13 muß schließlich auf die durch strichpunktierte Linien 14 angedeutete Tannenzapfenform gebracht werden. Hätte der Füllstab konstanten Durchmesser über seine ganze Länge, dann würde sein in den Fußteil 13 sich erstreckendes Ende sehr dicht an der Wandfläche des Tannenzapfenfußes liegen, weil hier die beinahe unverformte Bohrungsbreite erhalten geblieben wäre. Durch die gezeichnete Verjüngung des Stabendes erhält jedoch das gefüllte Loch nach dem Strangpressen die in Fig. 10 gezeichnete Form, und die Zeichnung zeigt, daß der endgültige Kanal in genügendem Abstand von der Außenfläche des Tannenzapfenfußes liegt. Die Schaufel nach F i g. 10 wird in einer weiteren Operation mit nicht gezeichneten Bohrungen versehen, die die Enden der Kühlkanäle im FußelS mit der äußeren Umgebung verbinden.During extrusion, the pressure exerted on the block is such that the cavity, the surrounding the tapered end portion is closed by the flow of metal, although the block portion 13 is not pushed through the die. The foot part 13 must finally be on the dash-dotted line Lines 14 indicated pine cone shape are brought. If the crossbar had a constant diameter over its entire length, then its end extending into the foot part 13 would be very close to the Wall surface of the pine cone foot, because here the almost undeformed bore width would have been preserved. The tapering of the However, the end of the rod receives the filled hole after extrusion the shape shown in Fig. 10, and the drawing shows that the final canal is sufficiently spaced from the outer surface of the pine cone base lies. The shovel according to FIG. 10 is not shown in a further operation Provide holes that connect the ends of the cooling channels in the base with the outside environment.

Die Hohlräume in den teilweise gefüllten Löchern können mit einem aus einzelnen Partikeln bestehenden Material ausgefüllt werden, beispielweise mit Tonerde. Dann bestimmt das Verhältnis der Hohlräume in diesem Material die Gestalt des schließlich entstehenden Kanals. Diese Maßnahme ist besonders zweckmäßig bei Löchern, die sich in den Schaufelfuß erstrecken, weil dort die Anwesenheit von Luft unerwünscht sein und Anlaß zu Unregeiioafiagkeiten geben kann.The cavities in the partially filled holes can be filled with a material consisting of individual particles, for example with Clay. Then the ratio of the voids in this material determines the shape of the material resulting canal. This measure is particularly useful in the case of holes in the blade root because there the presence of air can be undesirable and give rise to irregularities can give.

Natürlich kann die Erfindung an den beiden Efldefl eines Loches ein und derselben Schaufel Anwendung finden.Of course, the invention can be applied to the two Efldefl of a hole in one and the same shovel Find.

Sollen die Kühlkanäle an ihren in der Schaufel· spitze liegenden Enden einen verminderte» Querschnitt erhalten, dann besteht eine weitere Möglichkeit der Verminderung des VerforrnuagswiderstaBdes dariö, über eine begrenzte Strecke ein Stück eines Füllstabes aus schwächerem oder nachgiebigerem Material als- das Material der übrigen Füllung zu verwenden. Beispielsweise kann der Füllstab im Hauptteil des Loches aus einer Eisen-Mangan-Titao-Should the cooling channels be connected to their in the blade pointed ends get a reduced »cross-section, then there is another possibility the reduction of the deformation resistance dariö, over a limited distance a piece of a filler rod made of weaker or more flexible Material as- to use the material of the rest of the filling. For example, the crossbar in Main part of the hole from an iron-manganese-titao-

Γ 196Γ 196

Legierung bestehen, während in dem im Querschnitt zu vermindernden Abschnitt des Kanals ein Stabstück aus weichem Stahl verwendet wird.Alloy exist, while a rod piece in the section of the channel to be reduced in cross-section made of mild steel is used.

Claims

Patent claims:

1. Process for the production of gas turbine or compressor blades with longitudinal ducts, which have variable cross-section over the length, with cylindrical in the ingot Bores are drilled that are filled with filler rods over the entire xo bore length, whereupon the starting block is extruded and the cross bars are removed, thereby characterized in that cross bars are used which have variable deformation resistance over their length own.

2. Filler rod for the method according to claim 1, characterized by an axial bore (4) in the end region or regions of the block bore.

3. filler rod for the method according to claim 1, characterized by a longitudinal slot (5) in the end region or regions of the block bore.

4. Filler rod for the method according to claim 1, characterized by a conical taper (6 or 11) in the end area or areas of the block bore.

5. filler rod for the method according to claim 1, characterized by a seen in the longitudinal direction different material structure.

6. Filling of the cavities in the end region or regions of the block bores when in use of filler rods according to claims 1 to 4 with a substance consisting of particles, such as. Volume.

Considered publications:
German Patent No. 580 901;
British Patent Nos. 842114, 840 665.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings