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Fliehkraftsimulator für Schwinungsmessungen an Turbinenschaufeln
Bei Dampf- und Gasturbinen werden durch den Dampf- bzw, Gasstrahl in der Laufschaufel,
die im Radkranz der Radscheibe eines Laufrades oder direkt in der Radscheibe bei
EinstücklEufern, bei denen Radscheibe und Welle ein Werkstück bilden, angeordnet
ist, Schwingungen senkrecht zur Radscheibe hervorgerufen. Die Laufschaufel, die
mittels des Schaufelfusses mit einem Hammerkopf oder Tannenzapfenprofil im Rad kranz
bzw.
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in der Radscheibe befestigt ist, bildet als einseitig eingespannter
Träger ein schwingungsfähiges System. Die Eigenfrequenz der Schwingung wird durch
die Art der Einspannung des Schaufelfusses beeinflußt. Bei einer fehlerhaften Einspannung
stimmt die berechnete Eigenfrequenz der Laufschaufel mit der tatsächlich auftretenden
Eigenfrequenz nicht überein. Fällt die Impulszahl der Schwingungserregungen aus
dem Dampf- bzw. Gasstrahl mit der Eigenfrequenz der Schaufel zusammen, so daß Resonanzerscheinungen
auftreten, dann besteht die Gefahr von Schwingungsbrtlchen.
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Wegen der Unsicherheit bei der rechnerischen Ermittlung der Eigenfrequenz
benutzt man Schwingungserzeuger, die aus Elektromagneten bestehen, mit welchen man
beliebige Frequenzen erzeugen kann. Auf diese Weise können einzelne Schaufeln und
auch ganze Schaufelpakete auf ihre Widerstandfähigkeit gegen Schwingungen gepraft
werden und es läßt sich ihre Eigenfrequenz bestimmen.
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Zur Simulation der bei Betrieb der Turbine auftretenden Fliehkräfte
wird in eine im Radkranz bzw. der Rad scheibe befindliche Nut unterhalb des Schaufelfusses
der Laurschaufel ein Keil mit dem Hammer eingetrieben, wobei die senkrecht zur Eintreibkraft
wirkende Keilkraft die Fliehkraft darstellt.
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Diese Simulation hat den Nachteil, daß die aus der Eintreibkraft resultierende
Keilkraft weder geregelt noch gemessen werden kann. Um einen festen Sitz und ein
gleiches Schwingungsverhalten der einzelnen Laufschaufeln zu erhalten, müssen die
Laufschaufeln mehrfach ein- und ausgebaut werden, bis der tragende Anteil des Schaufelfußprofiles
80 bis 90 % beträgt, da dieser geforderte tragende Anteil des Schaufelfußprofiles
aufgrund von Fertigungsfehlern und Fertigungstoleranzen äußerst selten beim ersten
Einbau der Laufschaufel erreicht wird.
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Der Erfindung liegt vor allem die Aufgabe zugrunde, einen Fliehkraftsimulator
zu schaffen, dessen in einem bestimmten Verhältnis zur tatsächlich auftretenden
Fliehkraft stehende simulierte Fliehkraft genau regelbar und meßbar ist.
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Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe im wesentlichen durch einen Fliehkraftsimulator
gelost, der eine als Handgerät ausgebildete Spreizvorrichtung zur Druckbeaufschlagung
des Schaufelfusses aufweist, die an einen Fluiddruckerzeuger angeschlossen ist.
Die Spreizvorrichtung besitzt einen Flachkeil, der durch einen doppelt3irkenden,
in einem Druckzylinder laufenden Druckkolben betätigbar ist, und der Flachkeil wirkt
mit zwei SpreizstUcken zusammen, die im wesentlichen senkrecht zur Bewegungsrichtung
des Flachkeils aufspreizbar sind.
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Einem weiteren Merkmal der Erfindung zufolge weisen die Spreizstücke
ein L-Profil auf, dessen Spreizschenkel federnd ausgebildet ist.
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Eine sehr vortellhart Ausgestaltung ist schlleßllch noch darin zu
sehen, daß die Spreizvorrichtung am freien Ende eines
Handgriffs
schwenkbar angelenkt ist und daß an dem Handgriff die elektrischen Schalter zur
Betätigung der Wegeventile zur Steuerung der Druckkolben angeordnet sind.
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Der erfindungsgemäße Fliehkraftsimulator ermöglicht die stufenlose
Einstellung und Messung der simulierten Fliehkraft in Abhängigkeit von der Schaufelgröße
und der Turbinendrehzahl, wobei die simulierte Fliehkraft in einem bestimmten Verhältnis
zur tatsächlichen Fliehkraft steht. Der Simulator zeichnet sich durch eine kompakte
Bauweise aus sowie durch eine sehr gute Handlichkeit durch die schwenkbare Anordnung
der Spreizvorrichtung am freien Ende eines Handgriffes, so daß das Gerät ohne Schwierigkeiten
in dem engen Raum zwischen zwei benachbarten Radkränzen oder Radscheiben einer Turbine
in Betriebsstellung gebracht werden kann.
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Der erfindungsgemäße Fliehkraftsimulator ist zur Schwingungsmessung
an Turbinenschaufeln von großen Turbinen vorgesehen, bei denen die Laufschaufeln
im Radkranz der Laufräder oder bei Einstückläurern in den mit der Turbinenwelle
einstückig ausgebildeten Radscheiben befestigt sind. Bei Turbinen, bei denen die
Laufschaufeln unmittelbar auf dem Umfang des Trommelläufers befestigt sind, ist
der erfindungsgemäße Fliehkraftsimulator aufgrund der in diesem Falle vorgesehenen
Schaufelfußbefestigung nicht verwendbar.
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Weitere Einzelheiten der Erfindung sind der nachfolgenden Beschreibung
eines in der Zeichnung dargestellten Ausrührungsbeispiels zu entnehmen. Es zeigen
Fig. 1 den bei einer Turbinenschaufel in Betriebsstellung gebrachten erflndungsgemäßen
Fliehkraftsimulatr s während Figo 2 einen Schnitt nach Linie II-II der Fig. 1 veranschaulicht.
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Der Fliehkraftsimulator 1 nach Fig. 1 besteht aus zwei Handgeräten
2,
3,die bei einer Laufschaufel 4 einer Turbine, an der Schwingungsmessungen vorgenommen
werden, in Betriebsstellung gebracht sind. Die Laurschaufel 4 ist mit dem Schaufelfuß
5, der ein Tannenbaumprofil 6 aufweist, in dem Radkranz 9 der Radscheibe 8 eines
Laufrades 7 (Fig. 2) oder in der strichpunktiert dargestellten Radscheibe 10 eines
Einstückläurers befestigt, bei dem die Radscheiben 10 und die Turbinenwelle 11 einstückig
ausgebildet sind.
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Die Handgeräte 2, 3 weisen eine Spreizvorrichtung 12 mit einem Flachkeil
13 auf, der durch einen doppeltwirkenden, in einem Druckzylinder 14 laufenden Druckkolben
15 betätigbar ist, und der Flachkeil 13 wirkt mit zwei Spreizstücken 16, 17 zusammen,
die im wesentlichen senkrecht zur Bewegungsrichtung a, b des Flachkeils 13 aufspreizbar
sind. Die Spreizstücke 16, 17 besitzen ein L-Prbfil aus Federstahl, dessen Spreizschenkel
18 federnd ausgebildet ist. Die Arbeitsraume 19, 20 der Druckzylinder 14 sind an
die ölpumpe eines nicht dargestellten Hydraulikaggregates angeschlossen. Die Spreizvorrichtung
12 ist am freien Ende eines Handgriffs 21 schwenkbar angelenkt, an dem die elektrischen
Schalter 22, 23 zur Betätigung der nicht dargestellten Wegeventile zur Steuerung
des Druckkolbens 15 angeordnet sind.
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Bei der SchwingungsprUfung an einer Laufschaufel 4 werden die Handgeräte
2, 3 zunächst in die Zwischenräume 24 zu beiden Seiten der Laufschaufel 4 zwischen
benachbarten Radkränzen 9 bzw. Radscheiben 8 angebracht und anschließend werden
die Spreizvorrichtungen 12 von den beiden Kopfseiten der Laufschaufel 4 her in Längsnuten
25, 26 eingeführt, die im Radkranz 9 bzw.
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der Radscheibe 8 an der Wurzel des Gegenprofils .27 fUr das Tannenbaumprofil
6 in Richtung der Turbinenachse 28-28 angeordnet sind.
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Zur Simulation einer bestimmten Fliehkraft werden die Druckkolben
15 mit einem vorwählbaren Druck beaufschlagt, der in der Spreizvorrichtung 12 eine
auf den Schaufelfuß 5 wirkende Spreizkraft P bewirkt, die einer bestimmten Fliehkraft
entspricht.
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Die schwenkbare Anordnung der Spreizvorrichtung 12 am Handgriff 21
erleichtert das Einbringen der Handgeräte 2, 3 in die Zwischenräume 24 zwischen
den Radkränzen 9 bzw. Radscheiben 10.
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Die Höhe 29 der Spreizvorrichtung 12 ist durch die Einstellung der
wirksamen Länge 30 des Spreizkeiles 13 durch entsprechendes Einschrauben desselben
in den Druckkolben 15 entsprechend der vorhandenen Tiefe der Längsnuten 25, 26 verstellbar.
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In Abänderung des beschriebenen Ausführungsbeispiels kann der Fliehkraftsimulator
mit Druckluft betrieben werden.
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Patentansprüche