DE2016283A1

DE2016283A1 - Turb inens chaufelabdec kung

Info

Publication number: DE2016283A1
Application number: DE19702016283
Authority: DE
Inventors: Victor Stanley Scotia; Quellette Joseph Hermile Albany; N.Y. Musick (V.St.A.)
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 1969-04-11
Filing date: 1970-04-06
Publication date: 1970-10-22
Also published as: GB1270203A; US3572968A; CH521513A; FR2043077A5

Description

HEINZ LINSER · PATENTANWALT PHYSIKER 2016283

8072 DREIEICHENHAIN BERLINER RING170 RUF (0 61 03) 8 18

1433 - 17 - TQ - 1823

General Electric Company

1 River Road

ι"

Schenectady, IT.Y./USA ·"'

Turbinena chauf elabde okung

-S.

Erfindung bezieht sich allgemein auf Turbinenrotoren und insbesondere auf eine verbesserte Ummantelungskonstruktion für Rotorschaufein. /, IT

Benachbarte Rotor-und Laufschaufeln sind normalerweise durch Irgendeine Aueführungsart eines Abdeck-oder eines Ummantelungsbandes um ihren äußeren Umfang verbunden, um das Arbeitsströmungsmittel innerhalb eines bestimmt definierten Pfades zu begrenzen, so daß es nicht nach außen über die Enden der Laufschaufeln verspritzt werden kann, und auch um die Festigkeit der Laufschaufeln zu erhöhen.

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Im allgemeinen verbinden die Abdeckender Gruppen von Schaufeln miteinander, und zwar weil durch das Zusammenfassen von Laufschaufeln in Gruppen irgendwelche Schwingungsanregungen, die im Arbeitsströmungsmittel auftreten können, über eine Gruppe von Laufschaufeln verteilt werden, wodurch die auf eine einzige Schaufel wirkende Anregung verringert wird. Eine ungünstige Wirkung dieser Zusammenfassung in Gruppen besteht darin, daß die Abdeckung selbst durch eine Anzahl von Impulsfrequenzen in Resonanz erregt werden kann, die den verschiedenen Eigenschwingungen der Laufschaufelabdeckkombinationen entsprechen können.

Vom Gesichtspunkt der Verringerung der Anregung pro Laufschaufel ist eine große Anzahl von Laufschaufeln pro Ummantelungsgruppe erwünscht, während andererseits eine kleine Anzahl von Laufschaufeln pro Ummantelungsgruppe von Vorteil ist, um die Zahl der Schwingungen, die in einem einzigen TJmmantelungssegment erregt werden können, auf ein Minimum zu halten und auch um das SchwingungsSpektrum auf hohe Frequenzen zu halten.

Bemühungen zur Lösung dieser Probleme haben bereits in den verschiedensten Ausführungsformen ihren Niederschlag gefunden. Bei einer älteren Konstruktion werden zwei Ummantelungsbänder verwendet, die durch ein loses radiales Spiel getrennt sind, das durch ein Stück Glimmer erzeugt wird, welches dazu dient, die zwei Ummantelungen zu trennen, wenn die Zapfen überwalzt werden. Diese Maßnahme jedoch ist nachteilig. Bei" einer weiteren älteren Ausführungsart werden zwei Ummantelungsbänder verwendet, jedoch werden "beide fest mit den Laufschaufelspitzen verbunden, wobei die äußere Ummantelung vier Laufschaufeln umspannt, so daß der Vorteil einer geringen Anzahl von Laufschaufeln pro Ummantelungeband verloren geht. Ein weiteres und neueres Verfahren, daa aur Lösung der zuvor genannten Probleme angewendet wird, verwendet zwei Ummantelungabänder, die jedoch beide mit den Lauf-Bchaufelapitzen fest verbunden sind, wobei dazwischen kein ..3.

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radiales Spiel "besteht. Der Nachteil dieser Konstruktion "besteht ebenfalls darin, daß nicht eine kleine Zahl von Laufschaufeln pro Ummantelungsband vorhanden ist.

Der Erfindung liegt demzufolge die Aufgabe zugrunde, eine TJmmäntelungskonstruktion vorzuschlagen, bei der die Zahl der Schwingungsfrequenzen, die in einem TJmmantelungs segment erregt werden können, auf ein Minimum gehalten wird und eine Konstruktion, bei der das Schwingungsspektrum auf hohe Frequenzen gehalten wird. - _: "

Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt bei einer Turbinenschaufeluhd Laufschaufelanordnung dadurch, daß sich ein Zapfen von der Spitze jeder Schaufel aus erstreckt, der mit einer Stufe versehen ist. Ein äußeres TJmmantelungsbandteil ist dabei fest mit der Spitze der Zapfenstufe verbunden, während ein inneres TJmmantelungsbandteil mit dem 'TJnterteil'· der Zapfenstufe lose verbunden ist. Die Ummantelungsbandteile überlappen einander an den Z-apfen, um eine wirksame Dämpfung zu erzielen und mindestens eines der Ummantelungsbandteile erstreckt sich bis zur benachbarten Schaufel und ist mit der Spitze seiner ■ Zapfenstufe fest verbunden. Beim Zusammenbau wird die Spitze jeder Zapfenstufe überwalzt, um die notwendige Festigkeit herzustellen.

Zur näheren Erläuterung der Erfindung wird diese an Hand-der Zeichnungen, die ein Ausführungstieispiel wiedergibt, be--.· · schrieben. Hierbei zeigen: ....' . ".

Pigur 1 einen' Aufriss, der die TJmmantelungs abdeckung in .einer Ausführungsform ^;der Erfindung wiedergibt; < v.

Pigur 2 eine ebene Ansicht, die das Überlappen der TJmmante-'"'""". lungsabd eckung-in: dem-gl einen Aus ftihrungsb ei spiel wie in Figur 1 wiedergibt; . . ... _

Figur 3 'eine explodierte perspektivische Ansicht, welche die Einzelheiten einer Laufsehaufelspitze und der Abdeckbänder wiedergibt;

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Figur 4 einen Aufriss, der die Ummantelungsabdeckung in einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung wiedergibt;

Figur 5 eine ebene Ansicht, die das Überlappen der Ummantelungsabdeckung in dem gleichen Ausführungsbeispiel wie in Figur 4 aufzeigt und

Figur 6 eine explodierte perspektivische Ansicht, die Einzelheiten der Laufscaufelspitzen und der Ummantelungsbänder in der alternativen Ausführungsform wiedergibt.

In den Figuren 1 - 5 sind mehrere Laufschaufeln 2 aufgezeigt, die sich von einem nicht dargestellten Rotor radial erstrecken. Von den Spitzen der laufschaufeln 2 gehen Zapfen 4 radial aus, die eine Stufe 5 besitzen, welche den Zapfen 4 in ein Grundteil 6 und ein oberes Teil 7 aufteilen. Dieser Aufbau des Zapfens 4, der in einem späteren Teil dieser Beschreibung näher.ausgeführt wird, dient dazu, ein geeignetes Spiel zu erhalten.

Kreisförmig um die Spitzen der Laufschaufeln 2 und über den Zap*· fen 4 befinden sich zwei Schichten von Abdeck-oder Ummantelungsbändern. Das innere Abdeck-oder Ummantelungsband, das allgemein mit 8 bezeichnet ist, besitzt innere Abdeckbänder 9» von denen jedes zwei benachbarte Schaufeln verspannt. Jedes innere Abdeckband befindet sich über einer Zapfenbasis 6 und ist in solcher Weise konstruiert, daß ein kreisförmiges Spiel 10 zwischen der Zapfenbasis und dem inneren Abdeckband erzielt wird. Ein radiales Spiel 11 ist aufgrund des Aufbaus der Zapfenstufe 5 und der Dicke des Abdeckbandes 9 zwischen den Laufschaufeln 2 tnd den inneren Abdeckbändern 9 vorgesehen. Ein kreisförmiges Spiel 12 wird zwischen den benachbarten inneren Abdeckbändern 9 aufrechterhalten, eo daß eine feste Kopplung zwischen den Laufschaufeln 2 verhindert wird.

Die äußeren Abdeckbänder 13 sind in ähnlicher Feine konstruiert, wie die Abdeckbänder 9 mit der Ausnahme, daß es nur ein geringes Spiel zum Zwecke des Zusammenbaue gibt, das zwischen jeder

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Zapfenspitze 7 und jedem äußeren Abdeckband 13 besteht, d.h. es wird eine im wesentlichen feste Verbindung zwischen jedem Abdeckband 13 und den mit ihm verbundenen Zapfen 4- aufrechterhalten. Beim Zusammenbau wird die Spitze des Zapfens 4 überwalzt, so daß die festigkeit der Kopplung erhöht wird und die Abdeckungen festgehalten werden. Bin kreisförmiges Spiel 13a ist zwischen den benachbarten äußeren Abdeckbändern 13 festgelegt. Die äußesn Abdeckbänder 13 sind in Bezug auf die -inneren Abdeckbänder während des Zusammenbaus versetzt, so daß sie die inneren Abdeckbänder 9 überlappen. .

In den Figuren 4-6 ist eine alternative Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dargestellt, in der gleiche Elemente der ersten Ausführungsform durch gleiche Bezugszi-ffern bezeichnet sind. Hier ist ein fortlaufendes Segmentabdeckband vorgesehen, das aus "Über-und Unter"-Abdeckbändern 14 besteht. Jedes"Über-und Unter"-Abdeckband 14 verläuft von der Zapfenspitze 7 einer Laufschaufel zur Zapfenbasis 6 der benachbarten' Laufschaufel. So wie in dem ersten Ausführungsbeispiel ist ein äußeres Abdeckbandteil über der Spitze des Zapfenteiles 7 in einer relativ festen Weise angeordnet, während das. innere Abdeckbandteil jedes in Segmenten aufgeteilten Abdeckbandes über dem Zapfenbasisteil 6 einer benachbarten Laufschaufel lose angeordnet ist. Bei jedem Zapfen 4 überlappt ein, äußeres Abdeckbandteil ein inneres Abdeckbandteil, wobei das äußere Teil sich bis zur benachbarten Schaufel über ein linear gewölbtes Teil 15 erstreckt, von wo aus es ein inneres Abcleckbandteil wird, das zwischen den,Laufschaufeln 2 und den Abdeckbändern 14 ein Spiel 11 festlegt. Ebenso wie in der AusfUhrungsform nach den Figuren 1~3 ist ein Zapfenspiel 12 zwisohen der Zapfenbasis 6 und den Abdeckbändern 14 vorge-r sehen.

folgenden wird die Betriebsweise der Erfindung beschrieben. In der Auefühnmgaform nach den Figuren 1-3 ist es besonders !vorteilhaft, daß jede» äußere Abdeclcband die zwei benaohbarten laufeohftufelft tatsächlich feet verbindet, während jedes innere

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Abdeckband, die zwei benachbarten Laufschaufeln effektiv lose verbindet, wobei die äußeren Abdeckbänder die inneren Abdeckbänder überlappen. Wenn die Turbine hochgefahren wird, werden die inneren Abdeckbänder wegen der Zentrifugalkraft der sich drehenden Maschine radial nach außen gezwungen. Bei erreichter Geschwindigkeit bildet jedes innere Abdeckband zusammen mit jedem äußeren Abdeckband eine quasi feste Laufschäufelummantelung, die irgendwelche vorkommenden Anregungen in der Strömung des Arbeitsmittels über eine große Laufschaufelgruppe verteilt. Gleichzeitig ftedoch sind die inneren und äußeren Abdeckbänder nicht so fest miteinander verbunden, daß die Abdeckung selbst durch eine Anzahl von Impulsfrequenzen, die den verschiedenen Eigenschwingungen der Laufschaufelabdeckkombination entsprechen, selbst erregt wird. Die Reibungskräfte zwischen den LaufSchaufelabdeckungen tragen dazu bei, unerwünschte Schwingungen zu dämpfen.

Die Betriebsweise der in den Figuren 4-6 dargestellten Ausführungsform ist der in Figur 1-3 dargestellten ähnlich mit der Ausnahme, daß nicht zwei Laufschaufeln fest miteinander verbunden sind. Wenn der Rotor hochgefahren wird, wirken auf die "Über-und Unter"-Abdeckbänder Zentrifugalkräfte, die das innere Abdeckbandteil nach außen in Richtung der Unterseite des nächsten äußeren Abdeckbandteiles bewegen, und zwar wegen des vorgesehenen radialen Spiels 11, wobei an dieser Stelle die Reibungs-und zuvor genannten Zentrifugalkräfte "bewirken, daß das innere und äußere Abdeckbandteil, das sich auf jedem Zapfen befindet, eine dynamisch feste Ummantelung bildet. Besonders vorteilhaft ist es, daß eine kleine Anzahl von Laufschaufeln pro Gruppe erreicht wird, da das innere Abdeckband teil nicht in Btationärer Weise verbunden ist, während gleichzeitig eine große Anzahl von Laufschaufeln erreicht wird, da die Abdeckbänder sich bei der Drehung in Kontakt befinden, so daß auf diese Art irgendwelche auftretenden Anregungen verteilt werden.

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Im Vorangehenden wurden zwei Ausführungsteispiel einer Laufsehauf elummantelungs anordnung dargestellt, die sowohl die Vorteile einer großen als auch einer kleinen Anzahl von Laufschaufeln pro Abdeckgruppe aufweisen. Eine feste Kopplung zwischen den Laufschaufelgruppen wird verhindert, jedoch wird eine wirksame Kopplung durch die Zentrifugal-und Reibungskräfte "bei der Drehgeschwindigkeit erreicht.

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Claims

Patentansprüche

Turbine mit mindestens einer Stufe radialer Laufschaufeln und einer Ummantelungsanordnung, die sich kreisförmig um die Spitzen der Laufschaufeln erstrecken, dadurch gekennzeichnet, daß sich mindestens ein Zapfen (4) radial von der Spitze jeder Laufschaufel aus erstreckt und eine Stufe mit einem .Basisteil (6) und einem Spitzenteil (7) aufweist, daß ein äußeres Abdeckbandteil ("13) mit mindestens einer Öffnung vorhanden ist, welches im wesentlichen fest mit dem Zapfenspitzenteil (7) verbunden ist, daß ein inneres Abdeckbandteil (9) mit mindestens einer Öffnung (9) vorgesehen ist, welches lose mit dem Zapfenbasisteil (6) verbunden ist, wobei die Abdeckbandteile sich einander bei den Zapfen überlappen, um eine Dämpfung zu bewirken und wobei mindestens eines der Abdeckbandteile zwei nebeneinanderliegende Schaufeln verspännt und fest mit dem Zapfenspitzenteil einer benachbarten Schaufel verbindet.
2. Turbine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Zapfenspitzenteil überwalzt ist, um eine nahezu feste Verbindung zu bewirken.
3. Turbine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem inneren Abdeckbandteil und der Laufschaufelspitze ein radiales Spiel (11) und zwischen dem Zapfenbasisteil (6) und der inneren Abdeckbandöffnung ein kreisförmiges Spiel (1O) vorgesehen ist.
4. Turbine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das äußere Abdeckbandteil (13) mit den Zapfenspitzenteilen der zwei, benachbarten Laufschaufeln (2) fest verbunden ist, während das innere Abdeckbandteil (9) zwischen den Zapfenbasisteilen (6) verbunden ist.
5. Turbine nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Enden der inneren und äußeren Abdeckbänder ein Spielraum (12, 13a) vorgesehen ist.

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6. Turbine nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Raum (12) zwischen den inneren Abdeckbandenden durch die äußeren Abdeckbänder (13) überdeckt ist.
7. Turbine nach Anspruch-1, dadurch gekennzeichnet,. daß ein Abdeckbandsegment (H) jeweils zwei benachbarte laufschaufeln verspannt und ein benachbartes Segment an dem Zapfen überlappt, um ein inneres und äußeres Abdeckband-

• teil zu erzeugen, wobei ein Ende des Segments mit dem Zapfenspitzenteil einer anderen Laufschaufel verbunden ist

. und das andere Ende über dem Zapfenbasisteil der benachbarten Schaufel lose angeordnet ist.
8. Turbine nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Abdeckbandsegment (H) ein linear gewölbtes Teil (15) aufweist, um den Übergang von dem Zapfenspitzenteil zum benachbarten Zapfenbasisteil zu ermöglichen". '. *

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