DE1947725A1

DE1947725A1 - Vorrichtung zur Schwingungsdaempfung in Staeben oder Schaufeln von Stroemungsmaschinen,insbesondere von Gasturbinen

Info

Publication number: DE1947725A1
Application number: DE19691947725
Authority: DE
Inventors: Albrecht Dr-Ing Ziemer
Original assignee: ZWEIGNIEDERLASSUNG MUENCHEN; MAN Maschinenfabrik Augsburg Nuernberg AG
Current assignee: ZWEIGNIEDERLASSUNG MUENCHEN; MAN AG
Priority date: 1969-09-20
Filing date: 1969-09-20
Publication date: 1971-04-08
Also published as: FR2061413A5; GB1272169A

Description

MASOHINERFABEIK AUGSBURG-NÜRNBERG

Aktiengesellschaft
Zweigniederlassung München

München, den 11. September 1969

Vorrichtung zur Schwingungsdämpfung in Stäben oder Schaufeln von Strömungsmaschinen, insbesondere von Gasturbinen

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Schwingungsdämpfung in Stäben oder Schaufeln von Strömungsmaschinen, insbesondere von Gasturbinen. Die umlaufenden Teile der Strömungsmaschinen, insbesondere die Schaufeln von Turbine und Verdichter sind kritische Teile, da auf sie neben Wärmespannungen und Zugspannungen vor allem Torsions- und Biegewechselspannungen einwirken, welche zu unerwünschten und unkontrollierbaren Schwingungsbeanspruchungen führen. Bei Verdichter- und Turbinenschaufiln ist die Bruchgefahr infolge dieser Schwingungen sehr groß, die noch dadurch erhöht wird, wenn die Ireguenz der durch das Vorbestreichen der Laufschaufeln an den Leitschaufeln auftretenden periodisch wechselnden Kräfte mit der Eigenschwingungszahl der Schaufeln übereinstimmt. Diese Eigenschwingungszahl ist uin so höher, je kurzer die Schaufeln und je größer die auf die Schaufeln einwirkenden Fliehkräfte sind.

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Zur Dämpfung von Schaufel schwingungen bei Strömungsmaschinen sind eine Reihe von Verfahren bekannt geworden. Neben der Wahl günstiger Eigenfrequenz der Schaufeln, welche also nicht mit den Frequenzen der verschiedenen Periodenerreger wie Leitschaufeln, Brennkammern und Zahneingriffe bei Getrieben zusammenfällt, gilt als bekannteste Methode zur Dämpfung von Schwingungen, das Zusammenfassen aller oder mehrerer Schaufeln durch dämpfende Bindedrähte (Dämpfungsdrähte), welche durch die in den Schaufelfüßenangebrachten Bohrungen gezogen werden, so daß die Schaufeln zu einzelnen Paketen aneinander gespannt werden.

Weiterhin ist die Maßnahme bekannt, zur Vermeidung von Schaufelschwingungen die Lauf schaufelspitze mit einem Deckband zu versehen, mit dem zusätzlich auch die Sp alt Verluste. · weitgehend vermieden werden können. Diese Deckbänder können segmentartig oder allseitig geschlossen an den Schaufelspitzen angeordnet sein. Sie sind mit dem Nachteil behaftet, daß sie bei plötzlicher Erhitzung der Schaufeln infolge starker Dehnung aufreißen.

Als weitere Möglichkeit, die Schaufelschwingungen in tragbaren Grenzen zu halten, wird die Anordnung von Anschlägen zur Amplitudenbegrenzung empfohlen.

Alle diese oben genannten Maßnahmen haben den Nachteil, daß die Verschleißaafjü&igkeit der Schaufeln sehr groß ist, wobei im . wesentlichen der Verschleiß durch Beibung und/oder im Schaufel-

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system auftretenden mechanische Spannungen hervorgerufen wird. Die Lebensdauer der Schaufeln wird daher sehr stark herabgesetzt.

Die Erfindung stellt sich die Aufgabe, die Schwingungen der Beschaufelung von Strömungsmaschinen in jedem beliebigen Betriebszustand weitgehend auszuschalten, ohne daß oben genannter Nachteil des hohen Schaufelverschleisses in Kauf zu nehmen ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß ein Hohlkörper, welcher teilweise mit einem im Betriebszustand flüssigen Medium gefüllt ist, an dem Ort großer Schwingungsamplitude einer jeden sich in Schwingung befindlichen Schaufel angeordnet und mit dieser kraft- und formschlüssig verbunden ist.

Daraus ergibt sich, daß diese Flüssigkeit wegen der relativ niedrigen Reibung bei schwingendem System eine Relativbewegung zu dem Hohlkörper und damit zu der schwingenden Schaufel ausführt. Diese Relativbewegung von Masse gegen einen sich in Schwingung befindlichen Körper bewirkt eine Aiplitudenminderung und somit eine Schwingungsdämpfung. Da die erfindungsgemäße Dämpfungsvorrichtung keinem Verschleiß unterliegt und die Schwingungsbeanspruchung der Schaufel weitgehend vermieden wird, ist die Lebensdauer der Beschaufelung gegenüber bisher bekannten Dämpfungsvorrichtungen wesentlich erhöht.

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Dieser vorwiegend zylindrische Hohlkörper, der teilweise vorgefertigt werden kann, ist zweckmäßigerweise in eine Bohrung der Schaufel kraft- oder formschlüssig so eingepasst, daß die Längsachse des Hohlkörpers in der Schwingungsebene der Schaufel liegt.

Von der Flüssigkeit im Hohlkörper wird neben einer relativ großen spezifischen Dichte verlangt, daß siB im Anwendungsbereich nicht verdampft. Diese Forderung wird z.B. für den Gasturbinenbetrieb von dem Metall Gallium (Ga) erfüllt, dessen Siedepunkt bei 2300° Celsius liegt.

Eine erfindungsgemäße Schwingungsdämpfungsvorrichtung für eine Schaufel einer Strömungsmaschine wird beispielsweise anhand der Zeichnungen erläutert. Es zeigen

Fig.1 eine erste Ausführungsform des HohlZylinders, Fig.2 eine zweite Ausführungsform des HohlZylinders,

Fig.3 die erfindungsgemäße Anordnung des HohlZylinders in einer Schaufel einer Strömungsmaschine, wobei die Schaufel im Normalschnitt gezeichnet ist.

In Fig. 1 ist erkennbar, daß der zylindrische Hohlkörper für die Schaufeldämpfung aus einem Rohrstück 1 besteht, in dessen Rohrenden die Wände der näpfchenförmigen Böden 2a und 2b be-

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festigt sind, wobei zwischen den Befestigungsvorgängen der Böden das im Betriebszustand flüssige Hedium eingefüllt wird. Die Verbindung zwischen den Böden und dem Kohrstück - mit 3 bezeichnet - kann mit üblichen Hethoden bewerkstelligt werden.

Das zweite Ausführungsbeispiel eines Hohlkörpers gemäß Figur 2 stellt einen aus einem Vollstück fließgepreßten oder gedrehten topfförmigen Zylinder dar, der in seiner endgültigen Form aus einem flanschartig erweiterten Boden 7 uncL dem Rohrstück 8 besteht. Nach dem Einpassen und Befestigen dieses topfförmigen Zylinders in der Turbiitenschaufel wird die entsprechende Flüssigkeit eingefüllt und der Boden 9 auf dem Zylindermantel befestigt.

Bei dem in Fig. 3 dargestellten erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel ist das Schaufelprofil einer Schaufel 4 im Mormalschnitt erkennbar, welche infolge der im Betrieb auftretenden Beanspruchungen in der eingezeichneten Pfeilrichtung hin und her schwingt. Der in Fig. 1 oder Fig. 2 beschriebene zylindrische Hohlkörper wird in einer in der Schaufel befindlichen Bohrung angeordnet und mit ihr kraft- oder formschlüssig verbunden, was mittels bekannter Verbindungsmethoden z.B. Kleben, Schweißen, Meten, Schrauben geschieht. Der Hohlkörper wird in der Schaufel an einem Ort großer Schwingungsamplitude fest angebracht. Bei dem Hohlkörper nach Fig. 1 werden nach dem Einbau dessen vorstehende Bohr- und Bodenenden gegen den Schaufelwerkstoff umgeschlagen oder gebördelt.

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ORIGINAL INSPECTED

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In dem mit der entsprechenden Flüssigkeit 3 etwa 1/3 des Gesamtvolumens angefüllten Hohlzylinder ist die Grenzschicht bei Schauf el schwingungen nicht in der Lage, die Flüssigkeit exakt mitzuführen. Daher kommt es selbst bei hohen Frequenzen zu einer Relativbewegung zwischen der Flüssigkeit auf der einen Seite und dem Honlzylinder bzw. der Schaufel auf der anderen Seite, sodaß diese Relativbewegung der Schaufel mit einem gewissen Phasenverzug Energie mitteilt. Die Folge davon ist die gewünschte starke Dämpfung der Schaufelschwingungen.

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Claims

maschinenfabrik augsbueg-nübnberg

Akt i enge sells chaft
Zweigniederlassung München

München, den 11. September 1969

Patentansprüche

1. Vorrichtung zur Schwingungsdämpfung in Stäben oder Schaufeln von Strömungsmaschinen, insbesondere von Gasturbinen, dadurch gekennzeichnet, daß ein Hohlkörper, welcher teilweise mit einem im Betriebszustand flüssigen Medium gefüllt ist, an dem Ort hoher Schwingungsamplitude einer jeden sich in SchwingBng befindlichen Schaufel angeordnet und mit dieser kraft- und formschlüssig verbunden ist.

2. Vorrichtung nach dem Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Hohlkörper zylindrische Form aufweist.

3. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Längsachse des Hohlkörpers in der Schwingungsebene der Schaufel liegt.

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4-, Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 3» dadurch gekennzeichnet, daß das flüssige Medium im Hohlkörper eine große spezifische Dichte und einen bei hoher Temperatur, über dem Anwendungsbereich liegenden Siedepunkt besitzt.

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