DE2915200A1 - Vibration testing of turbine rotor blades - using periodic compressed air injection via mounting rotating in centrifugal - Google Patents

Vibration testing of turbine rotor blades - using periodic compressed air injection via mounting rotating in centrifugal

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DE2915200A1
DE2915200A1 DE19792915200 DE2915200A DE2915200A1 DE 2915200 A1 DE2915200 A1 DE 2915200A1 DE 19792915200 DE19792915200 DE 19792915200 DE 2915200 A DE2915200 A DE 2915200A DE 2915200 A1 DE2915200 A1 DE 2915200A1
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compressed air
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Wilhelm Hoffmueller
Axel Ing Grad Rossmann
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MTU Aero Engines GmbH
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MTU Motoren und Turbinen Union Muenchen GmbH
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    • G01MEASURING; TESTING
    • G01MTESTING STATIC OR DYNAMIC BALANCE OF MACHINES OR STRUCTURES; TESTING OF STRUCTURES OR APPARATUS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01M7/00Vibration-testing of structures; Shock-testing of structures

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  • General Physics & Mathematics (AREA)
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Abstract

A vibration tester for axial flow turbine engine rotor blades using periodic compresed air injection induced resonant vibrations produces representative loadings including superimposed aircraft dependent loads not conventionally applied during test. The most operationally highly stressed components are accurately test loaded to produce more reliable results than conventionally achieved. A disc (2) carrying a blade (1) is mounted coaxially in a rotation symmetrical housing (3) to which it is rigidly attached via a stub axle (2'). The axle and disc have compressed air inlet channels (6, 6') and housing and axle have outlet channels (7, 7'). The disc has peripheral compressed air outlet nozzles. The disc stub axle and a corresp. stub axle (3') on the housing itself (3) run in bearings in an evacuated centrifugal stand chamber (5) within which the disc and housing assembly rotates.

Description

Schwingungs-Prüfvorrichtung für Laufschaufeln Vibration testing device for rotor blades

von Turbomaschinen, mit durch periodische Druckluftanströmung erregter Resonanzschwingung Laufschaufeln von Axialströmungs-Turbomaschinen, also von Turbinen oder Verdichtern, brechen im Betrieb häufig durch Schwingungsermüdung. Dies führt gewöhnlich zu hohen Schadenskosten und oft auch zur Gefährdung von Personen, z. B. of turbo machines, with excited by periodic compressed air flow Resonance vibration of rotor blades of axial flow turbomachinery, i.e. of turbines or compressors, often break during operation due to vibration fatigue. this leads to usually to high damage costs and often to the endangerment of people, z. B.

durch Triebwerksausfall.due to engine failure.

Bei der Untersuchung auf Schwingungsfestigkeit hat man bisher eine festeingespannte ruhende Schaufel entweder mechanisch, elektrodynamisch oder mittels periodisch zugeführter Druckluft zu Resonanzschwingungen angeregt. Die Ergebnisse solcher Untersuchungen sind für die im Betrieb tatsächlich auftretende Belastung jedoch nur beschränkt aussagekräftig, da der Fliehkrafteinfluß, der eine überlagerte Belastung verursacht, nicht berücksichtigt ist.So far, one has had one when examining vibration resistance firmly clamped stationary blade either mechanically, electrodynamically or by means of periodically supplied compressed air excited to resonance vibrations. The results Such examinations are for the load actually occurring in the company however only limited meaningful, because the centrifugal force, which superimposed one Stress caused is not taken into account.

Auch wird bei solchen Laborversuchen die im Betrieb höchstbeanspruchte Bauteilzone nicht richtig geprüft, so daß die ermittelte Lebensdauer oft recht betriebsfern liegt.In such laboratory tests, the one that is subjected to the highest stress in operation Component zone not properly checked, so that the determined service life is often quite out of service lies.

Erfindungsaufgabe ist, eine Prüfvorrichtung der vorstehend genannten Art aufzuzeigen, die diese Nachteile vermeidet, die also eine recht betriebsnahe Schwingungsprüfung der Laufschaufel gestattet.The object of the invention is to provide a test device of the aforementioned To show a way that avoids these disadvantages, that is, a very operational one Vibration testing of the blade is permitted.

Diese Aufgabe wird mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst, während die Ansprüche 2 bis 5 weitere Verbesserungen angeben.This task is with the characterizing features of the claim 1 solved, while claims 2 to 5 indicate further improvements.

Die Erfindung wird anhand der Zeichnung mit einem Ausführungsbeispiel erläutert; dabei zeigt Fig. 1 die erfindungsgemäße Prüfvorrichtung im Längsschnitt und Fig. 2 eine abgeänderte Schwingungsanregevorrichtung.The invention is based on the drawing with an exemplary embodiment explained; 1 shows the test device according to the invention in longitudinal section and FIG. 2 shows a modified vibration excitation device.

Gemäß Fig. 1 ist die Prüfschaufel 1 in eine Scheibe 2 eingehängt, die anschließend ausgewuchtet worden ist. Die Scheibe ist koaxial in ein rotationsymmetrisches Gehäuse 3 mit radial- nach außen verminderter Breite eingesetzt und mit ihm mittels eines Wellenstummels 2' fest verbunden. Das Gehäuse 3 ist mittels des Scheibenwellenstummels 2', der mit einer nicht eigens dargestellten Antriebsvorrichtung verbunden ist und mittels eines an der Gegenseite angebrachten eigenen Wellenstummels 3' in einer Schleuderkammer 5 drehbar gelagert, und zwar vorzugsweise mit senkrecht stehender Achse.According to Fig. 1, the test blade 1 is suspended in a disk 2, which has then been balanced. The disc is coaxial in a rotationally symmetrical one Housing 3 with Radially outwardly reduced width used and firmly connected to it by means of a shaft stub 2 '. The housing 3 is means of the disc shaft stub 2 'with a drive device not specifically shown is connected and by means of its own shaft stub attached to the opposite side 3 'rotatably mounted in a centrifugal chamber 5, preferably with vertical standing axis.

Zur Verminderung der Reibungsverluste ist diese Schleuderstandkammer 5 evakuierbar ausgebildet.This centrifugal stand chamber is used to reduce friction losses 5 designed to be evacuable.

Durch jene Antriebsvorrichtung kann das Gehäuse 3 samt Scheibe 2 mit Prüfschaufel 1 auf die gewünschte Prüfdrehzahl gebracht werden. Die Schaufel wird sodann über am Außenbereich der Scheibe angebrachte Ausströmdüsen (4) periodisch mit Druckluft beaufschlagt und dadurch zu Resonanzschwingungen angeregt. Die dazu nötige Druckluft wird über Kanäle 6, 6' im Wellenstummel 2' und in der Scheibe 2 zugeführt, während die Abluft durch den Gehäuseinnenraum 7' und einen getrennten Kanal 7 abgeführt wird.Through that drive device, the housing 3 together with the disk 2 can also Test blade 1 can be brought to the desired test speed. The shovel will then periodically via discharge nozzles (4) attached to the outer area of the pane pressurized with compressed air and thereby excited to resonance vibrations. The to it The required compressed air is supplied via channels 6, 6 'in the stub shaft 2' and in the disk 2 supplied, while the exhaust air through the housing interior 7 'and a separate Channel 7 is discharged.

Die Schwingungsweite der Schaufel wird durch den Luftdruck bzw. die Luftmenge gesteuert und durch bekannte optische oder elektronische Einrichtungen gemessen.The oscillation amplitude of the blade is determined by the air pressure or the Air volume controlled and by known optical or electronic devices measured.

Bei einem Schaufelbruch tritt lediglich eine beherrschbare Unwucht auf; abgebrochene Schaufelstücke werden an der Umfangswand des umlaufenden rotationssymmetrischen Gehäuses 3 aufgefangen.If the blade breaks, only a controllable imbalance occurs on; Broken blade pieces are attached to the circumferential wall of the circumferential rotationally symmetrical Housing 3 caught.

Wegen der Schwingungsanregung durch Druckluft macht auch eine Prüfung bei hohen Temperaturen keine Schwierigkeiten.Because of the excitation of vibrations by compressed air, I also do a test no problems at high temperatures.

Gemäß Fig. 2 können die Ausströmdüsen 4 für die Druckluft in einer gesonderten Vorrichtung ausgebildet sein, die neben der Prüfschaufel 1 an Schwalbenschwanz- oder Tannenbaumnuten lösbar eingehängt ist. Eine solche Vorrichtung kann auch an. einer eigenen Scheibe oder am rotationssymmetrischen Gehäuse 3 befestigt sein.According to Fig. 2, the discharge nozzles 4 for the compressed air in a be designed as a separate device, which in addition to the test blade 1 on dovetail or fir tree grooves is releasably suspended. Such a device can also be used. be attached to its own disk or to the rotationally symmetrical housing 3.

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Claims (5)

Patentansprüche 1. Schwingungs-Prüfvorrichtung für Laufschaufeln von Axialströmungsturbomaschinen, mit durch periodische - Druckluftanströmung erregter Resonanzschwingung, dadurch gekennzeichnet, daß a) eine Scheibe (2) mit eingehängter Prüfschaufel (1) koaxial in ein rotationssymmetrisches Gehäuse (3) eingesetzt und mit ihm mittels eines Wellenstummels (2') fest verbunden ist, daß b) in diesem Scheibenwellenstummel (2') und in der Scheibe (2) sowie im Gehäuseinnenraum getrennte Kanäle (6, 6' bzw. 7,7') für die Druckluftzufuhr bzw. die Luftabfuhr ausgebildet sind, daß c) am radialen Außenbereich der Scheibe (2) Ausströmdüsen (4) für die Druckluft angebracht sind und daß d) das rotationssymmetrische Gehäuse (3) mittels des mit einer Antriebsvorrichtung verbundenen Scheibenwellenstummels (2') und mittels eines an der Gegenseite angebrachten eigenen Wellenstummels (3') in einer Schleuderstandkammer (5) drehbar gelagert ist. Claims 1. Vibration testing device for rotor blades of axial flow turbomachines, with excited by periodic - compressed air flow Resonance oscillation, characterized in that a) a disc (2) with a suspended Test blade (1) inserted coaxially into a rotationally symmetrical housing (3) and is firmly connected to it by means of a shaft stub (2 ') that b) in this disc shaft stub (2 ') and separate channels (6, 6' or 7.7 ') are designed for the compressed air supply or the air discharge that c) on the radial Outside of the disc (2) there are outflow nozzles (4) for the compressed air and that d) the rotationally symmetrical housing (3) by means of the a drive device connected disc shaft stub (2 ') and by means of a own shaft stub (3 ') attached to the opposite side in a centrifugal stand chamber (5) is rotatably mounted. 2. Prüfvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das rotationssymmetrische Gehäuse (3) mit radial nach außen verminderter Breite ausgebildet ist.2. Test device according to claim 1, characterized in that the rotationally symmetrical housing (3) with a radially outwardly reduced width is. 3. Prüfvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet daß die Schleuderstandkammer (5) evakuierbar ausgebildet ist.3. Test device according to claim 1 or 2, characterized that the centrifugal stand chamber (5) can be evacuated. 4. Prüfvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausströmdüsen (4) für die Druckluft in einer gesonderten Vorrichtung ausgebildet sind, die neben der Prüf schaufel (1) an Schwalbenschwanz- oder Tannenbaumnuten lösbar eingehängt ist (Fig. 2).4. Test device according to one of claims 1 to 3, characterized in that that the discharge nozzles (4) for the compressed air are formed in a separate device that are next to the test shovel (1) on dovetail or fir tree grooves is releasably suspended (Fig. 2). 5. Prüfvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausströmdüsen (4) in einer gesonderten Vorrichtung ausgebildet sind, die an einer eigenen Scheibe oder am rotationssymmetrischen Gehäuse (3) befestigt ist.5. Test device according to one of claims 1 to 3, characterized in that that the discharge nozzles (4) in a separate device formed are attached to a separate disk or to the rotationally symmetrical housing (3) is.
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