DE1773500C - Testing device to determine the force fit and deformation as well as weak points def blade fastening of turbine blades - Google Patents

Testing device to determine the force fit and deformation as well as weak points def blade fastening of turbine blades

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DE1773500C
DE1773500C DE1773500C DE 1773500 C DE1773500 C DE 1773500C DE 1773500 C DE1773500 C DE 1773500C
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DE
Germany
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blade
blade root
segment
rotor segment
yoke
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German (de)
Inventor
Klaus Dr.-Ing.; Lipp Hans-Jochen Dipl.-Ing.; Winschuh Erich; 6078 Neu-Isenburg. GOIm 7-00 Detert
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Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Original Assignee
Licentia Patent Verwaltungs GmbH
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Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Prüfeinrich- Fig. 2 eine Verbindung Schaufel - Welle mittelsThe invention relates to a Prüfeinrich- Fig. 2 a connection blade - shaft by means

tung zur Bestimmung der Kraftschlüssigkeit und Ver- Reiterfuß und Radkopf,device for determining the frictional connection and rider foot and wheel head,

formung sowie von Schwachstellen der Schaufel- Fig. 3 eine bei der Prüfeinrichtung verwendeteFormation as well as weak points of the blade Fig. 3 a used in the test device

befestigung von Turbinenschaufeln an einem Läufer- lichtoptische Meßeinrichtung.attachment of turbine blades to a rotor - light-optical measuring device.

segment mit einem verspannbaren Rahmen, bei wel- 5 Die Prüfeinrichtung nach der Fig. 1 besteht aussegment with a clampable frame, in which 5 The test device according to FIG. 1 consists of

chem der Prüfling zwischen zwei Jochen angeordnet einem verspannbaren Rahmen 1 zur Aufnahme einerchem the test object between two yokes arranged a clampable frame 1 for receiving a

ist und durch eine an dem einen Joch angeordnete Schaufel 2 mit Radkopfsegment 3 und Schaft 4. Deris and by a arranged on the one yoke blade 2 with wheel head segment 3 and shaft 4. The

Spannvorrichtung mit einer statischen Last bcauf- Rahmen 1 hat Joche 5,8 und ist auf Tragsäulen 9,10Clamping device with a static load bcauf- frame 1 has yokes 5, 8 and is on support columns 9, 10

schlagt wird. aufgesetzt. Im Mittelteil des Rahmens 1 ist am Joch 5is beat. put on. In the middle part of the frame 1 is on the yoke 5

Durch die USA.-Patcntschrift 2 999 382 ist eine in die Schaufel 2 befestigt. Die Abstützung 6 besteht aus Verspannungsprüfeinrichtung bekannt, bei der ein Federclementenil und einer Slützhülse 12, und die verspannbarer Rahmen vorgesehen ist, bei welchem Abstützung 7 besteht ebenfalls aus Federelementen der Prüfling zwischen zwei Jochen angeordnet ist und 13 und einer Stützhülse 14. Am Joch 8 ist eine durch eine an dem einen Joch angeordnete Spann- hydraulische Spannvorrichtung 15 mit einer Zugvorrichtung mit einer statischen Kraft beaufschlagt 15 stange 16 angeordnet, deren eines Ende mit dem wird. Die Einrichtung gestattet nicht, eine Biege- Schaft 4 des Radkopfsegmentes 3 verbunden ist. Der wechsellast auf den Prüfling aufzubringen. Durch die Schaft 4 ist in einer auf dem Joch 8 befestigten USA.-Patentschrift 2 660 881 ist es auch bekannt, Buchse 17 geführt.US Pat. No. 2 999 382 has one attached to the blade 2. The support 6 consists of Known tension testing device in which a Federclementenil and a Slützhülse 12, and the tensionable frame is provided, in which support 7 also consists of spring elements the test specimen is arranged between two yokes and 13 and a support sleeve 14. On yoke 8 is a by a tensioning hydraulic tensioning device 15 arranged on one yoke with a pulling device acted upon by a static force 15 rod 16, one end of which with the will. The device does not allow a flexible shaft 4 of the wheel head segment 3 to be connected. the to apply alternating load on the test object. The shaft 4 is attached to a yoke 8 in a US Pat. No. 2,660,881 it is also known to guide bush 17.

daß auf Turbinenschaufeln Dampfkräfte, Zentrifugal- Der Schaft 4 des nachgebildeten Radkopfsegmenkräfte der rotierenden Schaufel und periodisch ver- 20 tes 3 wird also von der Spannvorrichtung 15 aufänderliche Kräfte ausgeübt werden. Durch die USA.- genommen, die gegen das Joch 8 abgestützt ist.
Patentschrift 2 938 273 ist es schließlich bekannt. Um die Schaufel 2 gegenüber dem Radkopf-Schaufelfüße auszumessen. segment 3 verspannen zu können, ist an die Deck-that on turbine blades steam forces, centrifugal forces, the shaft 4 of the simulated wheel head segment forces of the rotating blade and periodically distributed 3 will thus be exerted by the tensioning device 15. Taken by the U.S.A. supported against yoke 8.
Finally, it is known from US Pat. No. 2,938,273. To measure the blade 2 against the wheel head blade root. to be able to clamp segment 3, is to the deck

Beim Bau von Großturbinen stellt sich unter platte 18 der Schaufel 2 eine Platte 19 angeschweißt, anderem das Problem der Ausbildung der Beschauf- 35 die an das Joch 5 auc U-Profil angeschraubt ist. Das lung und der Vermeidung von Schaufelfußbrüchcn. Joch 5 ist gegen das Joch 8 durch die beispiels-Um derartige SJ.iäden an fertigen Anlagen zu ver- weise aus Metall-Gummi-Paketen bestehenden Femeiden, besteht der Wunsch na>-h einer Einrichtunc. dcrelemente 11,13 abgestützt, die beim Verspannen mit welcher die Beanspruchungsverbältnisse, die auf dem Joch 5 und damit der Schaufel 2 in horizontaler die Turbinenschaufel während de Betriebes wirken, 30 Richtung, d. h. in tangentialer und axialer Richtung nachgebildet werden können, so daß sich eine ex- zum angenommenen Läufer, eine ausreichende Beperimcntclle Überprüfung der berechneten Bcanspru- wegungsfreiheit lassen. Mittels der Spannvorrichtung chungen ergibt. 15 kann die Schaufelbefestigung mit einer statischenIn the construction of large turbines is located at the plate 18 of the blade 2 is welded a plate 19, including the U-profile is screwed to the problem of the formation of the Beschauf- 35 c au to the yoke. 5 The development and avoidance of blade root fractures. The yoke 5 is against the yoke 8 by means of the Femeiden consisting of metal-rubber packages, for example, in order to refer to such SJ.iäden on finished systems, there is a desire for a facility. dcrelemente 11,13 supported, which when bracing with which the stress conditions that act on the yoke 5 and thus the blade 2 in the horizontal direction of the turbine blade during de operation, can be simulated, ie in the tangential and axial direction, so that a In addition to the assumed runner, allow a sufficient verification of the calculated stress freedom. Using the jig results in chungen. 15 the blade attachment can be done with a static

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Kraft beaufschlagt werden, die der ZentrifugalkraftThe invention has for its object to be applied a force that is the centrifugal force

entsprechende Einrichtung zu schaffen, mit welcher 35 der rotierenden Schaufel entspricht. Die Höhe dieserto create a corresponding device with which 35 corresponds to the rotating blade. The amount of this

die in der Praxis auftretenden Zentrifugal- und Kraft kann mittels des Druckes in der Spannvorrich-the centrifugal and force occurring in practice can be controlled by means of the pressure in the clamping device

Dampfkräfte simuliert und die elastischen Verfor- tung 15 eingestellt werden. Neben der nicht weiterSteam forces are simulated and the elastic deformation 15 can be adjusted. In addition to the no further

mungen im Schaufelfuß, ein Kippen oder Rutschen dargestellten Druckanzeige der Spannvorrichtung 15ments in the blade root, tilting or sliding shown pressure display of the clamping device 15

der Schaufel und die Schwachstellen, bei denen durch ergibt der Federweg der Federelemente 11,13 einthe shovel and the weak points at which the spring deflection of the spring elements 11,13 results

Überheanspruchung plastische Verformungen oder 40 Maß für die wirkende Kraft.Overstressing, plastic deformations or a measure of the force acting.

Anrisse oder Brüche auftreten, ermittelt werden Um den Betriebsfall nachzubilden, ist, wie in derCracks or fractures occur, are determined To simulate the operating case, is as in the

können. Fig. 1 nicht weiter dargestellt, die Verbindungbe able. Fig. 1 not shown further, the connection

Diese Aufgabe wird crfihdurigsgemäß dadurch ge- Schaufel 2, Läufersegment 3 durch geeignete MittelThis task is accomplished in accordance with the present invention by using suitable means for blade 2, rotor segment 3

löst, daß an dem anderen Joch die Schaufel oder ein aufheizbar.solves that the shovel or a heatable on the other yoke.

Schaufelteil mit Schaufelfuß und ein nachgebildetes 45 Um den Angriff der Dampfkräfte auf die Schau-Läuferbegment befestigbar ist, während der mit der fei 2 zu simulieren, kann, wie nicht weiter dargestellt Spannvorrichtung verbundene Schaft des Radkopf- ist, um das Schaufelblatt die Schlaufe eines Drahtsegments des Läufers in einer auf dem einen Joch seiles gelegt werden. Aus der Dehnung des Seiles befestigten Buchse geführt wird, daß das andere Joch wird die Kraft bei Anspannung des Seiles entnomauf dem gegenüberliegenden Joch durch Feder- 50 men. Je nach der Stellung der Schaufel 2 zum Joch 5 elemente abgestützt wird, daß cine an jeder in der kann die Kraft in axialer und/oder tangentialer Richl.angsachse beliebigen Stelle der Verbindung Rad- tung auf das Schaufelblatt wirken. Die Kraft in kopfscgment Schaufel angreifende Last je nach axialer Richtung bewirkt eine Biegung in Maximum-Stellung der Schaufel zum Joch eine wechselnde oder richtung und gegebenenfalls ein Kippen. Bei der statische Kraft auf das Schaufelblatt in axialer oder 35 Kraftrichtung in tangentialer Richtung wird eine Bie· langcnttaler Richtung zum Läufer ausübt und daß gung in Minimumrichtung bewirkt und gegebenen* Meßglieder vorgesehen sind, welche die durch zeit- falls rutscht die Schaufel 2. liehe Belastung der Schaufel auftretende Relativ* Um den Betriebsfall nachbilden zu können, bei bewegung von Schaufelfuß und Läufersegment und welchem die Dampfkräfte oszillieren, kann ein Seil, die Verformung in der Verbindung zwischen Schau· βο wie ebenfalls nicht weiter dargestellt ist, durch einen fcl und Läuferscgmcni messen. Exzenter verspannt werden, der durch einen Motor Blade part with blade root and a simulated 45. In order to be able to fasten the attack of the steam forces on the show runner segment, while simulating the one with the fei 2, the shank of the wheel head connected to the tensioning device (not further shown) can be used around the blade as a loop of a wire segment of the runner are laid in a rope on one yoke. The socket attached to the cable is stretched so that the other yoke is relieved of the force when the cable is tensioned, on the opposite yoke by means of springs. Depending on the position of the blade 2 relative to the yoke 5 elements are supported so that at each point the force can act on the blade in the axial and / or tangential direction of any point of the connection. The force acting on the head segment of the blade depending on the axial direction causes a bend in the maximum position of the blade to the yoke, a changing or direction and possibly tilting. With the static force on the blade in the axial direction or in the tangential direction, a bending lengthwise direction to the rotor is exerted and that movement is effected in the minimum direction and given measuring elements are provided which the load caused by the blade 2 Relative * in order to be able to simulate the operating case when the blade root and rotor segment move and the steam forces oscillate, a rope can measure the deformation in the connection between sight βο, as is also not shown further, by an fcl and rotor scgmcni . The eccentric is braced by a motor

Zweckdienliche Weiterbildungen des Erfindungs* mit einer Frequenz von beispielsweise 3 Hz bewegtAppropriate developments of the invention * moved at a frequency of 3 Hz, for example

gegenstandes sind den IJmcransprUchen zu ent· wird. Da die Dampfkräfte in axialer Richtung Im·subject matter are to comply with the IJmcransprUchen. Since the steam forces in the axial direction Im

nehmen. pulse hervorrufen, die einmal in Dampfaustrittsrich·to take. pulse, which once in the steam outlet direction

Die Erfindung wird nachstehend an Hand eines in 65 tung und dann in entgegengesetzter Richtung wirken,In the following, the invention will act on the basis of one in 65 direction and then in the opposite direction,

der Zeichnung schematisch dargestellten Ausfüh* kann die Schaufel 2 auch nach der entgegengesetztenThe embodiment shown schematically in the drawing, the blade 2 can also according to the opposite

«ttmshcispiclt» nühcr erläutert. Es zeigt Richtung durch ein weiteres, nicht weiter dargcstell·«Ttmshcispiclt» explained in more detail. It shows direction through another, not further shown

Fig. I die Prüfeinrichtung, tcsSeil verspannt werden.Fig. I the testing device, tcs rope are tensioned.

Claims (2)

Die Bewegung des Schaufelfußes gegenüber dem Radkopf bei der seitlichen Belastung der Schaufel 2 durch Seilzug wird mittels der Winkeländerung gemessen, die zwischen zwei geeigneten Außenflächen des Läufersegmentes und des Schaufelfußes auftritt. Diese Winkelfänderung wird lichtoptisch mittels aufgebrachter Spiegel ermittelt. In Fig.2 ist die Anordnung der beiden Spiegel 20,21 an den Elementen, 2,3 dargestellt. Die Fig. 1 zeigt den schematischen Aufbau der Meßanordnung. Es ist eine 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 dem Schirm 23 führen. Eine starre Verbindung Schaufelfuß - Läufersegment führt zu gleichartigen Bewegungen der abgebildeten Spalte. Bei Relativbewegungen von Schaufelfuß und Läufersegment 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 Abstands veränderung 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 Läufersegment anpreßt. Es treten elastische Verformungen im Schaufelfuß und Läufersegment auf. Dadurch vergrößert sich der Abstand an der Oberseite des Läufersegmentes zur Unterseite des Füllstücks in der Schaufel. An Hand von Meßfühlern, wie beispielsweise Meßuhren, wird die Veränderung dieses Abstandes Λ von der mit der Spannvorrichtung IS aufgebrachten Kraft Z gemessen. Der Abstand h wird sowohl an der Bauchseite als auch auf der Seite des Rückens der Schaufel gemessen. Es können so Setzerscheinungen und durch elastische Dehnung der Schaufel hervorgerufene Abstandsvergrößeningen erkannt werden. Durch das Wirken der Zentrifugalkraft spreizen auch die Schenkel des Schaufelfußes auf. Auch dieses Aufspreizen wird durch Anbringen von Meßfühlern, wie beispielsweise Meßuhren, an den Stellen 24 in der Mitte der Schaufel 2 (Fig. 2) gemessen. Aus den Messungen kann erkannt werden, wann eine 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 F i g. 3 beobachtet wvrd, ob sich die Lage der Außen· flächen an der Bauchseite der Schaufelfußwangen gegenüber der Schnittfläche des Läufersegraentes meßbar verändert hat. Die Dampfkräfte üben auch in axialer Richtung auf die Schaufel Kraftimpulse aus. Durch Drehung 5' der Schaufel mit ihrer Befestigung um 90° zur Angriffsrichtung der Seilspannung kann untersucht werden, welche Biege- oder Kippbewegung von der Schaufel im Schaufelfuß ausgeführt wird, wenn 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 Schemel in ihrer Befestigung gemacht werden. Schließlich können durch Änderung von Seilspannung und Zugkraft Z Kippbewegungen der Schaufel festgestellt werden. ϊ0 Patentansprüche:The movement of the blade root relative to the wheel head when the blade 2 is laterally loaded by a cable pull is measured by means of the change in angle that occurs between two suitable outer surfaces of the rotor segment and the blade root. This change in angle is determined optically by means of an attached mirror. The arrangement of the two mirrors 20, 21 on the elements 2, 3 is shown in FIG. Fig. 1 shows the schematic structure of the measuring arrangement. A light source 22 and a measuring screen with a scale 23 are provided. The mirrors 20, 21 reflect the beam path of the light source 22 onto the screen 23. The forces acting on the blade 2 lead to small movements of the blade attachment, which lead to shifts of light marks on the screen 23. A rigid connection between the blade root and the rotor segment leads to similar movements in the gaps shown. With relative movements of the blade root and rotor segment, the distance between the light marks on the screen changes. This change is small with elastic movements. However, if the shovel 2 tilts or slips, this change in distance is considerable. During operation in the turbine, a centrifugal force acts on the blades, which means that the blade is pressed against the rotor segment with the support shoulders. Elastic deformations occur in the blade root and rotor segment. This increases the distance between the top of the rotor segment and the bottom of the filler piece in the blade. The change in this distance Λ from the force Z applied by the clamping device IS is measured using measuring sensors such as dial gauges. The distance h is measured both on the belly side and on the side of the back of the shovel. Settlement phenomena and distance enlargements caused by elastic expansion of the blade can thus be recognized. The action of the centrifugal force also spreads the legs of the blade root. This spreading is also measured by attaching measuring sensors, such as dial gauges, to the points 24 in the middle of the blade 2 (FIG. 2). From the measurements it can be recognized when a one-sided contact of the blade root cheek takes place in the hooking in the rotor segment and at what tensile force the cheeks of the blade root would spread apart by a certain amount if they are not prevented by the hooking of the rotor segment. The main part of the steam forces act in the circumferential direction. With different tensile forces Z, the test device can be used to determine that rope tension which leads to the blade 2 slipping. It can also be investigated whether an elastic bend in the blade root becomes noticeable when a force is applied in the circumferential direction by means of the measuring device according to FIG. 3 it is observed whether the position of the outer surfaces on the ventral side of the blade root cheeks in relation to the cut surface of the rotor segment has changed measurably. The steam forces also exert force impulses on the blade in the axial direction. By rotating the blade with its attachment by 90 ° to the direction of application of the rope tension, it is possible to investigate which bending or tilting movement is carried out by the blade in the blade root when forces acting in the axial direction are simulated by the rope tension. When the rope tension is varied, the angular change in the position of the two outer surfaces of the blade root and rotor segment is determined. The measured change in angle depends on the tensile force Z. By changing the tensile force Z, statements can be made about the seat of the stool in its attachment. Finally, by changing the rope tension and tensile force Z, tilting movements of the shovel can be determined. ϊ0 claims: 1. Prüfeinrichtung zur Bestimmung der Kraftschlüssigkeit und Verformung sowie von Schwachstellen der Schaufelbefestigung von Turas binenschaufeln an einem Läufersegment mit1. Test device to determine the force fit and deformation as well as weak points of the blade attachment of Turas bin blades to a rotor segment einem verspannbaren Rahmen, bei welchem der Prüfling zwischen zwei Jochen angeordnet ist und durch eine an dem einen Joch angeordnete Spannvorrichtung mit einer statischen Last beaufschlagta clampable frame in which the test item is arranged between two yokes and acted upon by a clamping device arranged on the one yoke with a static load wird, dadurch gekennzeich net, daß an dem anderen Joch (5) die Schaufel (2) oder ein Schaufelteil mit Schaufelfuß und ein nachgebildetes Läufersegment (3) befest;gbar ist, während der mit der Spannvorrichtung (15) verbundeneis, characterized in that on the other yoke (5) attach the blade (2) or a blade part with a blade root and a simulated runner segment (3) ; is gbar, while connected to the clamping device (15) Schaft (4) des Radkopfsegments (3) des Läufers in einer auf dem einen Joch (8) befestigten Buchse (17) geführt wird, daß das andere Joch (5) auf dem gegenüberliegenden Joch (8) durch Federelemente (11,13) abgestützt wird, daß eineShank (4) of the wheel head segment (3) of the rotor in a mounted on one yoke (8) Socket (17) is guided that the other yoke (5) on the opposite yoke (8) through Spring elements (11,13) is supported that a an jeder in der Längsachse beliebigen Stelle der Verbindung Radkopfsegment (3) - Schaufel (2) angreifende Last je nach Stellung der Schaufel zum Joch eine wechselnde oder statische Kraft auf das Schaufelblatt in axialer oder tangcntialer . Richtung ium Läufer ausübt und daß Meßglieder (20 bis 23,24) vorgesehen sind, welche die durch zeitliche Belastung der Schaufel auftretende Relativbewegung von Schaufelfuß und Läufersegment und die Verformung in der Verbindungat any point in the longitudinal axis of the connection wheel head segment (3) - blade (2) acting load depending on the position of the blade to the yoke an alternating or static force on the blade in an axial or tangcntialer. Direction ium runner exerts and that measuring elements (20 to 23,24) are provided, which the relative movement of the blade root and runner segment and the deformation in the connection occurring due to the temporal loading of the blade zwischen Schaufel (2) und Läufersegment (3) messenMeasure between blade (2) and rotor segment (3) 2. Prüfeinrichtung nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindung Schaufel (2) _ Läufersegment (3,4) beheizbar ist.2. Testing device according to claim I, characterized in that the connection blade (2) _ the runner segment (3, 4) can be heated. SS 3. Prüfeinrichtung nash Anspruch 1 und 2, daSS 3. test device nash claim 1 and 2, there durch gekennzeichnet, daß dks Meßglied für die Erfassung der durch zeitliche Belastung der Schaufel (1) auftretenden Relativbewegung von Schaufelfuß und Läufersegment (3) aus einercharacterized in that dks measuring element for the Detection of the relative movement of Blade root and rotor segment (3) from one lichtoptischen Meßvorrichtung (20 bis 23) be· steht.optical measuring device (20 to 23) exists. Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings

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