CH291602A - Einrichtung zum Verhüten von Resonanzschwingungen an Dampfturbinenschaufeln, besonders bei veränderlicher Drehzahl. - Google Patents

Description

      'gäii##htuüg    zum Verhüten von Resonanzschwingungen an     Dampfturbinenschaufeln,     besonders bei veränderlicher Drehzahl.         Sehwingungsbrüche    der Laufschaufeln bei  Dampfturbinen sind bekanntlich     auf        Reso-          iianzerseheinungen    zurückzuführen.

   Zur     Ver-          meidum,-    solcher Schäden wurden daher bei  L,  der     Pestlegung    der     Sehaufelkonstruktion    vor  zugsweise solche Schwingungen     berüeksich-          tigt,    die sieh ergeben, wenn die     Grundeigen-          sehwing.ungszahl    für die einfache Biegung  der     Besehaufelung    der Drehzahl oder ihrem  doppelten Wert entspricht.

   Hierbei legte  man die     Grundeigensehwingungszahl    für die  einfache Biegung der     Besehaufehingen        ge-          nü"-end    weit über das Doppelte der Dreh  zahl und ging sogar, um alle Zufällig  keiten der     Einspannverhältnisse    und     Mass-          abweiehungen    zu berücksichtigen, auf über  (las Drei- bis     Dreielnhalbiaehe    der Betriebs  drehzahl, so     dass    bei Drehzahlminderung die       SieherheitgegenResonanzgefahr    sogar wächst.

         (K'egen        Sehaufelschwingungen    dieser Erre  gungsart dürften somit, Dampfturbinen auch       bei        veränderlieher    Betriebsdrehzahl     hinrei-          eltend    gesichert sein.  



  Ausser dieser     Sehwingungserreg        ng,    bei  <B>,</B>     Li     der die     Sellaufelpakete    als Ganzes     sehwingen,     gibt es aber noch die     sogenannte        Düsenerre-          (yullfr,        die    die Schaufeln zu selbständiger       Sehwingung    innerhalb der Pakete erregt.

    Sie ist, darauf zurückzuführen,     dass    es trotz  aller Feinheiten der Konstruktion nicht     mög-          ]ich    ist, hinter den Düsen und     Leitsehaufeln     einen gleichmässigen Dampfstrahl     zu    erzeu-    gen, der mit gleichmässiger Stärke auf die       Laufsehaufeln        t.,rifft.    Infolge der Reibung des  Dampfes an den Düsenwänden und wegen  der endlichen Stärke der Stege zwischen den  Düsen kann die Verteilung der Dampf     ge-          schwindigkeit    über die Düsenbreite nicht  vollkommen gleichmässig sein.

   Sie wird viel  mehr in Düsenmitte einen grösseren Wert  besitzen als an den Düsenwänden. Hieraus  folgt,     dass    im Betriebe der Turbinen auf die       Laufsehaufeln    von den Düsen bei dem     Vor-          beistreiehen   <B>-</B> überlagert über die mittlere  Dampfkraft<B>-</B> ein wenn auch kleiner zusätz  licher Impuls ausgeübt wird. Da die Düsen  symmetrisch über den Umfang verteilt sind,  erfolgen diese Impulse auf die Schaufeln in  gleichen Zeitabständen aufeinander und bil  den somit für diese eine Schwingungserre  gung, deren Frequenz gleich ist der Anzahl  der Düsen, multipliziert mit der Drehzahl  der Turbine.

   Obwohl diese Erregerkräfte bei  der Sorgfalt, die     auf    das Erzielen eines       gjeiehmässigen    geschlossenen Dampfstrahls  verwendet wird, nur sehr klein sein können,  reichen sie aber infolge der sehr geringen  Eigendämpfung der Schaufeln im Falle der  Übereinstimmung ihrer Frequenz mit einer       Eigensehwingungszahl    der Schaufeln voll  kommen aus, gefährliche Resonanzschwingun  gen der Schaufeln hervorzurufen.  



  Wegen der Verschiedenheit der Anzahl  der Laufschaufeln und der Düsen wirken      diese Erregerkräfte nicht gleichzeitig in     glei-          eher    Stärke auf alle Schaufeln der durch       Deekbänder    und Bindedrähte     zusammenge-          fassten        Sehaufelpakete.    Sie besitzen     vielinehr     von Schaufel     züi    Schaufel     Phaseilversehiebun-          ,        ii,    was       fre    bewirkt,

       dass    ihre resultierende Kraft       auil    die Pakete als Ganzes betrachtet     prak-          tiseh        züi        -Nall    wird und die Pakete als Ganzes,  also auch     Deekbänder    und Bindedrähte, unter  ihrer Einwirkung keine Bewegungen ausfüh  ren werden. Diese Kräfte erregen die Schau  feln nur zu selbständigen Schwingungen  innerhalb der Pakete.  



  In Verkennung dieser Tatsache hat man  aber bisher den     Einfluss    der Düsenerregung  C       ini    allgemeinen nur insofern berücksichtigt,  als man nur die wichtigste     Grundsehwin-          Zungszahl    in Betracht zog.  



  Die entsprechenden     Seh-wingungszahlen     der Schaufeln liegen verhältnismässig hoch.  In der     Heiehen        Grössenanordnung    liegen aber       auch        die        Frequenzen        der        Düsenerreg        ,ung,        so          dass    leicht Resonanzgefahr auftreten kann.

    Da verschiedene dieser     Eigensehwingungs-          zahlen    in diesen Gebieten der     Düsenerregung-          Z,     liegen,     lässt    sieh oftmals schwer eine geeignete  <B>Z,</B>  ungefährliche Lage der     Schaufeleigensehwin-          gungszahl    erreichen. Das trifft insbesondere  zu für Turbinen mit veränderlicher Dreh  zahl,     wie    sie z. B. für     Sehiffsantrieb    und       Kompressorenantriebe    benötigt werden.

   Dies  trifft aber auch zu, wenn eine Verminderung  der Betriebsdrehzahl als Folge der durch be  sondere Verhältnisse bedingten     Frequenzab-          senkungen    in den Netzen auftritt.  



  Um     nun    von vornherein Dampfturbinen       ,uecen        Sehaufelsehäden    dieser Art     züi    sichern,  <B>C</B>  sind Massnahmen bekannt geworden, die eine       Schwinggungserregung    der einzelnen Schau  feln durch den     Einfluss    der Düsen     günzliel-,     oder teilweise ausschliessen. Dieses wurde  z.

   B. dadurch erreicht"     dass    eine Wieder  kehr der Düsenerregung in gewissen     gleich-          i-tiässigen    Zeitabständen vermindert wird  durch entsprechende     Unsymmetrie    der Düsen  verteilung, das heisst unterschiedliche Wahl  der Düsenbreite.    Doch auch bei solcher teilweisen     Unsym-          metrie    besteht die Möglichkeit,     dass    gemein  same     Obersehwingungen    in     ganzzahlige    Ver  hältnisse treten und somit den Schaufeln     ge-          fährlieh    werden.  



  Demgegenüber wird erfindungsgemäss eine  Einrichtung zum Verhüten von     'Resonanz-          sehwingun,gen    an     Dampfturbinensehaufeln     vorgeschlagen, bei der die Seitenwände jeder  Düse so angeordnet sind,     dass    die     Seitenflä-          ehen    des Dampfstrahls die Ebene der     Lauf-          sehaufeleintrittskanten    in Geraden schneiden,  die mit der die     Strahlwand    passierenden       Laufsehaufeleintrittskante    einen solchen Win  kel bilden,     dass    der Dampfstoss auf die Schau  fel stets nahezu gleich gross ist.  



  Wird ein zur     Sehaufeleintrittskante    wink  lig stehender Düsenspalt in unendlich kleine       übereinanderlieaende    Abschnitte unterteilt  n  gedacht und der Stossimpuls auf die Schaufel  von der Mitte dieser Abschnitte ausgehend  angenommen, so treffen diese Impulse auf  eine am Düsenspalt vorbeilaufende Schaufel  örtlich und zeitlich verschieden     auf.    Sollte  selbst eine Resonanz     nvisehen        Sehaufelsehwin-          gung    und Impulsfolge eines Düsenspaltes     züi     den nächsten rein zahlenmässig bestehen, so  wird diese in jedem Falle sicher vernichtet  oder stark gedämpft durch die örtliche und  zeitliche Verschiebung der Impulse längs der  Schaufel.

   Der aus den Düsen ringförmig aus  tretende     Dampistrahl    kann bezüglich der       SehwingungserregLino,    als gleichförmig ange  sehen werden, da der Dampfstoss     auf    die  Schaufeln stets nahezu gleich gross ist.  



  n  In der     Zeiehnmig    ist ein     Ausführung.-          C          beispiel    der Erfindung dargestellt.  



  Es bezeichnen a die     Laufsehaufeln    eines  Turbinenrades,<B>b</B> und c die zugehörigen     Leit-          schaufeln.     



  Die Teilungen sind zwar sämtliche unter  einander gleich, doch verlaufen die Leitschau  feln<B>c</B> nicht radial, sondern sind in der     Dreh-          riehtuno,    geneigt zur Radialen angeordnet,  so     dass    durch     Pliasenverseliiebuny    der     Erre-          (yerkräfte    die resultierende Erregerkraft  dauernd oder annähernd Null wird und somit      der Dampfstoss auf die Schaufeln stets gleich  oder nahezu gleich gross ist.

Claims (1)

1. PATENTANSPRUCH: Einrichtung zum Verhüten von Resonanz- sehwingungen an Dampfturbinenschaufeln, <B>k3</B> gekennzeichnet durch solche Anordnung der Seiten,Wände jeder Düse, dass die Seitenflä- elien des Dampfstrahls die Ebene der Lauf- ,#chaufeleintrittskanten in Geraden schneiden, die mit der die Strahlwand passierenden Laufschaufeleintrittskante einen solchen Win kel bilden,

   dass der Dampfstoss auf die Schau fel stets nahezu gleich gross ist.