DE2550159B2 - Deckband für einen Laufschaufelkranz einer axial durchströmten Turbine - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Deckband für einen Laufschaufelkranz einer axial durchströmten Turbine nach dem Oberbegriff von Anspruch 1.

Es ist bekannt, daß eine einzelne Schaufel einer Turbo-Maschine Eigenschwingungen ausführt, die von der Vibrationsart abhängen, der sie ausgesetzt ist: Tangentialbiegung, Axialbiegung oder Torsion. Wenn mehrere Schaufeln beispielsweise durch eine Bandajierung zu einem Paket zusammengefaßt werden, wird das Verhalten der Schaufeln noch komplexer, da jedem Vibrationsfall so viele Eigenfrequenzen zuzuordnen sind, wie Schaufeln in einem Paket vorhanden sind. Aufgrund der großen Anzahl von Eigenfrequenzen ist es sehr schwierig, Resonanzerscheinungen mit den periodischen Erregungskräften zu vermeiden.

Dagegen führt die durchgehende Verbindung aller Schaufeln eines Rades zu einem vollkommen anderen Verhalten. Da nur die von allen Schaufeln gemeinsam durchgeführten Vibrationen möglich sind, müssen die Erregungskräfte über die gesamte Peripherie des Rades mit der Vibrationsart in Phase liegen, damit überhaupt eine Energieübertragung auf die Schaufel erfolgt. Diese Art der Schaufelverbindung ist besonders interessant für die Regelstufe einer Turbine, deren bewegliche Schaufeln durch periodische Kräfte, die durch die Schaufelsegmente der ersten Leitschaufelstufe erzeugt werden und deren Frequenzen ein Vielfaches der Rotationsfrequenz darstellen, in Schwingung versetzt werden.

So ist eine Verbindung der Schaufeln bekannt, bei der jede der Schaufeln mit einem Deckbandsegment versehen wird, das mit der Schaufel eine Einheit bildet und entweder mit der Schaufel aus einem gemeinsamen Stuck gefertigt oder durch Schweißen oder Nieten auf die Schaufel aufgesetzt ist, und bei dem die Schaufeln unter Vorspannung auf dem Rad der Turbo-Maschine angebracht werden, so daß Jie Segmente sich gegenseitig spannen.

Eine ähnliche Verbindung ist in der CH-PS 4 18 360 beschrieben, dergemäß zwischen die Deckbandsegmente federnde Verbindungsstücke eingesetzt werden. Die Aufrechlerhaltung dieser Einspan.uing setzt

ίο jedoch beim normalen Betrieb und während der Übergangsphasen für die Gesamtheit der auf den Schaufeln sitzenden und sich gegenseitig einspannenden Deckbandsegmente eine Elastizität voraus, die nicht immer einfach erzielbir ist. Das gilt insbesondere für die Schaufeln der ersten Stufe einer Turbine, die im allgemeinen kurz sind und ein hohes Trägheitsmoment aufweisen.

Es liegt die Aufgabe vor, bei einer Anordnung mit sich gegenseitig einspannenden Deckbandsegmenten die elastische Einspannung der Gesamtheit der Segmente auf eine konstruktiv einfache Art zu sichern, so daß unabhängig von der Betriebsweise der Turbine eine dauernde Verbindung der Laufschaufeln erreicht wird.

Dieses Ziel wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs I erreicht.

Vorteilhafterweise ist die Bogenfeder über einen Teil ihrer Länge starr m dem Schlitz angeordnet.

Insbesondere kann diese Feder in ihrer Mitte, wo sie in ihrem Schlitz gehalten wird, gebogen sein, während jedes ihrer Enden sich an das Deckbandsegment einer Nachbarschaufir anlegt.

Im Längsschnitt kann die Bogenfeder insbesondere eine konvexe Seite in Form eines gekrümmten Segments aufweisen, das sich an eine entsprechend

J5 geformte Seite des Schlitzes anschmiegt, während auf der konkaven Seite und außerhalb der Mitte, wo die Bogenfeder ganz genau in die Vertiefung eingepaßt ist, zwischen der Bogenfeder und dem Schlitz, in dem sie sitzt, ein von der Mitte zu den Enden hin zunehmendes

to Spiel vorgesehen ist. Dieses Spiet kann dadurch erreicht werden, daß der Schlitz die Form eines gekrümmten Kreissegments mit gleicher Breite hat und der konkaven Seite der Bogenfeder eine kleinere Krümmung verliehen wird als der konvexen Seite. Auf diese Weise kann

⁴> man eine Bogenfeder erhalten, deren Querschnitt zu den Enden hin abnimmt, so daß die Bogenfeder eine Form annimmt, bei der sie an jeder Stelle angenähert ein gleiches Festigkeitsverhältnis aufweist, damit eventuell die elastische Biegsamkeit der Bogenfeder erhöht

w werden kann. Auch kann eine Bogenfeder mit konstanter Breite vorgesehen werden und dann dem. Schlitz eine Form verliehen werden, bei dem seine Krümmung auf der konvexen Seite größer ist als die Krümmung auf der konkaven Seite der Bogenfeder.

« Vorteilhafterweisc bestehen die Bogenfedern aus einer Legierung mit hohem Ausdehnungskoeffizienten.

Die Bogenfeder wird in radialer Richtung in ihrem

Schlitz entweder mit Hilfe eines Deckelverschlusses gehalten, oder der Schlitz und die in ihm verankerte

^Ml Bogenfeder weisen einen Querschnitt auf, der zur radialen Peripherie abnimmt, beispielsweise einen Querschnitt in Form eines umgekehrten T oder eines Schwalbenschwanzes.

Damit die durch die Zentrifugalkraft zwischen der Bogenfeder und ihrem Schlitz hervorgerufenen Berührungskräfte nicht die Bewegung der Bogenfeder hindern, kann vorgesehen werden, daß die Bogenfeder in radialer Richtung auf den Außenrändern des Schlitzes

lediglich im mittleren Bereich aufliegt und daß an den Enden der Bogenieder ein radiales Spiel eingearbeitet wird.

Die Erfindung wird nun unter Bezugnahme auf die schematischen Figuren anhand einiger Ausführungsbeispiele näher beschrieben.

Fig. 1 zeigt einen Abschnitt eines erfindungsgemäßen Deckbands von vorne gesehen;

F i g. 2 stellt in Vergrößerung eine Aufsicht auf einen Ausschnitt dieses Deckbands dar;

Fig. 3 zeigt einen Anblick wie in Fig.2 für eine erfindungsgemäße Ausführungsvariante;

Fig.4 zeigt einen Teilschnitt durch eine Turbinenschaufel mit einem erfindungsgemäßen Deckbandsegment, wobei die Schnittebene durch die Achse des Rades verläuft, auf dem diese Schaufel sitzt;

F i g. 5 stellt einen Längsschnitt durch ein Deckbandsegment gemäß F i g. 3 dar.

In F i g. 1 ist ein Turbinenrad dargestellt, das eine Gruppe von auf einer Felge 2 sitzenden Schaufeln 1 aufweist.

Jede dieser Schaufeln ist mit einem üeckbandsegment 3 versehen. Die Segmente 3 werden untereinander beim Einsetzen der Schaufeln in die Felge ve; spannt.

Die Fig.2 und 3 zeigen vier aufeinanderfolgende Segmente 3a,3b, 3c, 3d sowie gestrichelt den Körper der entsprechenden Schaufel. Durch das Ineinandersetzen der aufeinanderfolgenden Deckbandsegmenie wird dem aus der Gesamtheit dieser Segmente gebildeten Ring in axialer Richtung Verformungsfreiheii verliehen, jo Gemäß F i g. 2 weist jedes Segment einen Schlitz 4 auf, wobei die Schlitze der aufeinanderfolgenden Segmente versetzt angeordnet sind; gemäß Fig. 3 weist jedes zweite Segment zwei Schlitze 4 auf. Diese Schlitze 4 haben als Querschnitt die Form eines umgekehrten T, wie es in Fig.4 zu sehen ist, die eine Schaufel mit Deckbar.dsegmeni aus F i g. 2 zeigt; als allgemeine Form weisen diese Schlitze die Form von Kurvensegmenten auf. Jeder Schlitz 4 nimmt eine Bogenfeder 5 auf, deren Querschnitt ebenfalls die Form eines umgekehrten T aufweist und dessen allgemeine Form die einer Kurvensegments ist.

Anhand der Fig. 5, die ein Segment gemäß dem Beispiel aus Fig. 3 zeigt, kann die Art und Weise verdeutlicht werden, wie eine Bogenfeder 5 in einem Schlitz 4 angeordnet ist. Im Querschnitt liegt der Schlitz 4 zwischen zwei Kreisbögen 6 und 7 mit unterschiedlichem Radius, die konzentrisch liegen können, so daß der Querschnitt des Schlitzes im mittleren Bereich 8 eng ist und zu den Enden 9 und 10 hin zunimmt. Die Bogenfeder liegt im Querschnitt gesehen ebenfalls zwischen zwei Kreisbögen 11 und 12 mit unterschiedlichen Radien, so daß ihr Querschnitt im mittleren Bereich 13, wo sie in den Schlitz 4 eingesetzt ist, dicker ist als an den Enden 14,15, wo sie sich im Schlitz 4 verf. -men kann.

Die Bogenfedern 5 werden beim Einbau ausreichend stark verformt, um ein eventuelles Spiel, das sich beim Betrieb zwischen den Deckbandsegmenten der aufeinanderfolgenden Schaufeln unter der Einwirkung der Zentrifugalkraft und möglicher Temperaturunterschiede zwischen Felge und Schaufeln ergeben kann, auszugleichen.

Diese Einspannung der Bogenfedern, die bei der versetzten Anordnung gemäß Fig. 2 nicht unbedingt notwendig ist. ist jedoch selbst in diesem Fall vorteilhaft. Das Halten der Bogenfeder im Schlitz könnte auch durch Verkeilung oder Verstiftung erreicht werden.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Deckband für einen Laufschaufelkranz einer axial durchströmten Turbine, wobei das Deckband aus einzelnen, jeweils mit einer Schaufelspitze verbundenen Deckbandsegmenten besteht und die kraftschlüssige Verbindung der einzelnen Deckbandsegmente in Umfangsrichtung durch elastisch verformbare Spannglieder erfolgt, die sich auf die in Umfangsrichtung weisenden Stirnflächen der Deckbandsegmente abstützen, gekennzeichnet durch die Kombination folgender Merkmale:

a) die Spannglieder sind Bogenfedern (5), die in tangentialen Schlitzen (4) mindestens jedes zweiten Deckbandsegments (3) eingesetzt sind;

b) die Bogenfedern (5) sind von einer solchen Länge, daß mindestens eines ihrer Enden sich auf die Stirnfläche des benachbarten Deckbandsegments (3) unter Vorspannung abstützt.

2. Deckband nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Bogenfedern (5) über einen Teil (13) ihrer Länge starr in die Schlitze (4) eingelassen sind.

3. Deckband nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Bogenfedtrn (5) in ihrer Mitte (13), wo sie in ihrem Schlitz (4) gehalten werden, gebogen sind, während jedes ihrer Enden (14, 15) sich an das Deckbandsegment einer jeweils benachbarten Laufschaufel anlegt.