DE1773500A1

DE1773500A1 - Pruefeinrichtung zur Bestimmung der Kraftschluessigkeit,Verformung und Schwachstellen der Schaufelbefestigung von Turbinenschaufeln

Info

Publication number: DE1773500A1
Application number: DE19681773500
Authority: DE
Inventors: Dr-Ing Klaus Detert; Dipl-Ing Hans-Jochen Lipp; Erich Winschuh
Original assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Current assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Priority date: 1968-05-25
Filing date: 1968-05-25
Publication date: 1970-11-12
Also published as: US3603143A; GB1226894A; DE1773500B2; CH480627A

Description

Licontia Pü'Cönt-Verwaltungs-G.ra.b.II. Frankfurt/Main, Theodor-Stern-Kai 1

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Prüfeinrichtung zur Bestimmung der Kraftschlüssigkeit, Verformung und Schwachstellen der Schaufolbefestigung von Turbinenschaufeln

Die Erfindung bezieht sich auf eine Prüfeinrichtung zur Bestimmung der Kraftschlüssigkeit, Verformung und Schwachstellen der Schaufelbefestigung von Turbinenschaufeln.

Beim Bau von Großturbinen stellt sich u.a. das Problem der Ausbildung der Beschauflung und der Vermeidung von Schaufelfußbrüchen. Um derartigo Schäden an fertigen Anlagen zu vermeiden, besteht der Wunsch nach einer Einrichtung, mit welcher uie Beanspruchungsverhältnisse, die auf die Turbinenschaufel .Garend des Betriebes wirken, nachgebildet werden können, so dali sich eine experimentelle Überprüfung dor berechneten Bon^on ergibt.

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Der Erfindung liegt die Aufgab© zugrunde, eine entsprechende Einrichtung zu schaffen, mit welcher die in der Praxis auftretenden Zentrifugal- und Dampfkräfte simuliert und die elastischen Verformungen im Schaufelfuß, ein Kippen oder Rutschen der Schaufel und die Schwachstellen, bei denen durch Überbeanspruchung plastische Verformungen oder Anrisse oder Brüche auftreten, ermittelt werden können.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß ein verspannbarer Rahmen vorgesehen ist, bei welchem an einem Joch die Schaufel oder ein Schaufelteil tait einem Schaufelfuß und ein nachgebildetes Läufersegment befestigbar ist und daß die Abstützung des Joches auf das gegenüberliegende Joch durch Federelemente erfolgt und daß mm gegenüberliegenden Joch «in« Vorrichtung angeordnet ist, welch« eine der Zentrifugalkraft der rotierenden Schaufel entsprechende Kraft auf das Läufer* segment ausübt und eine weitere Vorrichtung vorgesehen ist, welche Kräfte auf die Schaufel ausübt, die -<*n in axialer und tangentialer Richtung zum Läufer auftretenden Dampfkräften entsprechen. Einer weiteren Ausbildung entsprechend sind Mittel vorgesehen, welche auf die Schaufel oder das Schaufelteil periodisch veränderliche Kräfte wirken lassen· Biner weiteren Auebildung entsprechend ist die Verbindung Schaufel-Läufersegment beheizbar ausgebildet. Zweckmäßig erfolgt di» Erfassung der durch zeitliche Belastung der Schaufel auftretenden Relativbewegung von Schaufelfuß und Läufersegment durch «in·

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lichtoptische Meßvorrichtung. Einer weiteren Ausbildung entsprechend sind Meßglieder vorgesehen, die die Verformungen in der Verbindung Schaufel-Läufersegment messen.

Die Erfindung wird nachstehend anhand einem in der Zeichnung nchematifich dargestellten Ausführungsbeispieles näher erläutert.

Es zeigen:

Fig.l die Prüfeinrichtung, ^ Fig.2 eine Verbindung Schaufel - Welle mittels Reiterfuß und

Radkopf, Fig.3 eine bei der Prüfeinrichtung verwendete lichtoptische

Meßeinrichtung.

Die Prüfeinrichtung nach der Fig.l besteht aus einem verspannbaren Rahmen 1 zur Aufnahme einer Schaufel 2 mit Radkopf segment 3 und Schaft 4. Der Rahmen 1 hat Joche 5, 8 und ist auf Tragsäulen 9, 10 aufgesetzt. Im Mittelteil des Rahmens 1 ist am Joch 5 die Schaufel 2 befestigt. Die Abstützung 6 I besteht aus Federelementen 11 und einer Stützhülae 12 und die Abstützung 7 besteht ebenfalls aus Federelementen I3 und einer Stützhülse 14. Aa Joch 8 ist eine hydraulische Spannvorrichtung 15 mit einer Zugstange l6 angeordnet, deren eines Ende mit den Schaft 4 des Radkopfsegmentes 3 verbunden ist. Der Schaft 4 ist in einer auf dem Joch 8 befestigten Buchse geführt.

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Der Schart k des nachgebildeten RadkopfSegmentes 3 wird also von der Spannvorrichtung 15 aufgenommen, die gegen das Joch β abgestützt ist.

Um die Schaufel 2 gegenüber dem Radkopfsegment 3 verspannen zu können ist an die Deckplatte 18 der Schaufol 2 eine Platte 19 angeschweißt, die an das Joch 5 aus Ü-Profil angeschraubt ist. Das Joch 5 ist gegen das Joch 8 durch die bei-

_k spielsweise aus Me tall-Gumnii-Paketen bestehenden Federelemente 11, 13 abgestützt, die beim Verspannen dem Joch 5 und damit der Schaufel 2 in horizontaler Richtung, d.h. in tangentialer und axialer Richtung zum angenommenen Läufer, eine ausreichende Bewegungsfreiheit lassen. Mittels der Spannvorrichtung I5 kann die Schaufelbefestigung mit einer etatischen Kraft beaufschlagt werden, die der Zentrifugalkraft der rotierenden Schaufel entspricht. Die Höhe dieser Kraft kann mittels des Druckes in der Spannvorrichtung 15 eingestellt werden. Neben der nicht weiter dargestellten Druckanzeige der Spannvorrich-

• tung 15 ergibt der Federweg der Federelemente 11, I3 ein Maß für die wirkende Kraft.

Um den Betriebsfall nachzubilden, ist, wie in der Fig.l nicht weiter dargestellt, die Verbindung Schaufel 2, La" ufer segment 3 durch geeignete Mittel aufheizbar.

Um den Angriff der Dampfkräfte auf die Schaufel 2 zu simulieren, kann, wie nicht woitor dargestellt iat, um das Schaufelblatt die Schlaufe eines Drahtseiles gelegt werden. Aue der

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Dehnung dee Seilee wird die Kraft bei Anspannung das Seiles entnommen. Je nach der Stellung der Schaufel 2 zum Joch 5 kann die Kraft in axialer und/oder tangentUler Richtung auf das Schaufelblatt wirken. Die Kraft in axialer Richtung bewirkt ein· Biegung in Maximumrichtung und gogebonenfalls ein Kippen. Bei der Kraftrichtung in tangentialer Richtung wird eine Biegung in Minimumrichtung bewirkt und gegebenenfalls rutscht die Schaufel 2.

Um do.i Bo trieb υfall nuchbilden zu können, bei welchem die Dampfkräfte oszillieren, kann ein Seil, wie ebenfaliu nicht weiter dargestellt ist, durch einen Exzenter verspannt werden, der durch einen Motor mit einer Frequenz von buiapieleweiae 3 Hz bewegt wird. Da die Dämpfkraft θ in axialur Richtung Impulse hervorrufen, die einmal in Dampfaustrνttsrichtung und dann in entgegengesetzter Richtung wirken, kann die Schaufel 2 auch nach Jar entgegengesetzten Richtung durch win weiter··, nicht weiter dargestelltes Seil vernponat werden.

Di« Bewegung de« Schauiwlfußos gegenüber dem Radkopf bei d«r seitlichen Belastung der Schaufel 2 durch Seilzug wird mittels der Vinkeländerung gemessen, die zwischen zwei geeigneten Außenflächen des Laufersegmentes und des Schaufelfulles auftritt.. Dies· Winkeli>ndarung wird lichtoptisch mittels aufgebrachter Spiegol ermittolt. In Fig.2 ist die Anorduur.g dax· beiden Spiegel P.0, 21 an den Elementen 2, 3 dargestellt.

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Die Fig.3 zeigt den schematischen Aufbau der Meßanordnung. . Es ist «ine Lichtquelle 22 und ein Meßschirm mit Skala 23 vorgesehen. Die Spiegel 20, 21 reflektieren den Strahlengang der Lichtquelle 22 auf den Schirm 23. Die auf die Schaufel 2 wirkenden Kräfte führen zu kleinen Bewegungen der Schaufelbefestigung, die zu Verschiebungen von Lichtmarken auf den Schirm 23 führen. Eine starre Verbindung Schaufelfuß/LKuferaegment führt zu gleichartigen Bewegungen der abgebildeten Spalte. Bei Rolativbewegungen von Schaufelfuß und Läuferseginent verändert sich der Abstand der Lichtmarken auf dem Schirm. Bei elastischen Bewegungen ist diese Veränderung gering. Wenn die Schaufel 2 kippt oder rutscht, ist diese Abstandsveränderung jedoch erheblich.

Im Betrieb in der Turbine wirkt auf die Schaufeln eine Zentrifugalkraft, die dazu führt, daß sich die Schaufel mit den Tragschultern an das Laufersegment anpreßt. Es treten elastische Verformungen im Schaufelfuß und Läufersegment auf. Dadurch vergrößert sich der Abstand an der Oberseite des Läufersegmentes zur Unterseite des Fülletücke in der Schaufel. Anhand von Meßfühlern, wie beispielsweise Meßuhren, wird die Veränderung dieses Abstandes h von der mit der Spannvorrichtung 15 aufgebrachten Kraft Z gemessen. Der Abstand h wird sowohl an der Bauchseite als auch auf der Seit· des Rückens der Schaufel gemessen. Es können so Setzerscheinungen und durch elastische Dehnung der Schaufel hervorgerufene Abatandevergröße-

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rungen erkannt werden. Durch das Wirken der Zentrifugalkraft spreizen auch die Sehe nie el des Schaufelfußes auf. Auch dieses Aufspreizen vird durch Anbringen von Meßfühlern, wie beispielsweise Meßuhren, an den Stellen 2k in der Mitte der Schaufel 2 (Fig.2) gemessen. Aus den Messungen kann erkannt werden, wann «ine einseitige Anlage der Schaufelfußwange in der Verhakung im Läufersegment erfolgt und bei welcher Zugkraft sich die Wangen des Schaufelfußes um einen bestimmten Betrag aufspreizen würden, wenn sie nicht von der Verhakung des Läufersegmentes daran gehindert werden.

Der Hauptanteil der Dampfkräfte wirkt in Umfangsrichtung. Mit der Prüfeinrichtung kann bei verschiedenen Zugkräften Z diejenige Seilspannung bestimmt werden, die zu einem Rutschen der Schaufel 2 führt. Es kann ferner untersucht werden, ob sich bei der Belastung durch eine Kraft in Umfangsrichtung eine elastische Biegung im Schaufelfuß bemerkbar macht, indem mittels der Meßvorrichtung nach der Fig.3 beobachtet wird, ob sich die Lage der Außenflächen an der Bauchseite der Schaufelfußwangen gegenüber der Schnittfläche dos Läufersegmentes meßbar verändert hat.

Die Dampfkräfte üben auch in axialer Richtung auf die Schaufel Kraftimpulse aus. Durch Drehung der Schaufel mit ihrer Befestigung um 90 zur Angriffsrichtung der Seilspannung kann untersucht werden, welche Biege- oder Kippbewogung von der Schaufel

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im Schaufelfuß ausgeführt wird, wann in axialer Richtung wirkende Kräfte durch die Seilspannung simuliert werden.

Bei einer Variation der Seilspannung wird die Winkeländerung der Lage der beiden Außenflächen Von Schaufelfuß und Läufersegment bestimmt. Die gemessene Winkeländerung hängt von der Zugkraft Z ab. Durch Änderung der Zugkraft Z können Aussagen über den Sitz der Schaufel in ihrer Befestigung gemacht werden. Schließlich können durch Änderung von Seilspannung und Zugkraft Z Kippbewegungen der Schaufel festgestellt werden.

8 Seiten Beschreibung 5 Patentansprüche 3 Blut tor Zpichnu.vy,, ν>_λ,Ι i;»h,im

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Claims

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Pa t en tan Sprüche

Prüfeinrichtung zur Bestimmung der Kraftschlüsaigkeit, Verformung und Schwachstellen der Schaufelbefestigung von Turbinenachuui'aln, dadurch gekennzeichnet, daß ein verspannbarer Hahn en (l) vorgueeheu ist, bei welchem an einem Joch (5) di« Schaufel. (2) oder oin Schaufolteil mit Schaufelfuß und ein nachgebildetes Laufersegment (3) dos Läufers befestigbar ist und daß die Abstützung des Joches (5) auf dan gegenüberliegende Joch (8) durch Kotiere Lwmentu (H₁ I3) erfolgt und daß am gegenüberliegenden Joch (8) eine Vorrichtung (15) angeordnet ist, welche oiiio der Zentrifugaikr/tft der rotierenden Schaufel entsprechende Kraft auf das Laufersegmont (3) ausübt und daß eine woitore Vorrichtung vorgoaohon ist, wolcho Kräfte auf die Schaufel (2) ausübt, υιό den in axialox" und tangentiaIer Richtung xura Läufer utif tretenden Dämpfkraft on entwprechon.

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2. Prüfeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Mittel vorgesehen sind, welche auf die Schaufel oder das Schaufelteil periodisch veränderliche Kräfte wirken lassen.
3. Prüfeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindung Schaufel (2) - Läufersegment (3, k) beheizbar ist.
4. Prüfeinrichtung nach Anspruch 1 bis 3« dadurch gekennzeichnet, daß die Erfassung der durch zeitliche Belastung dar Schaufel (2) auftretenden Relativbewegung von Schaufelfuß und Läufersegment durch eine lichtoptisch«» Meßvorrichtung erfolgt.
5. Prüfeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Meßglieder vorgesehen sind, die Verformungen in der Verbindung Schaufel (2) - Läufersegment (3) messen.

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