DE971286C

DE971286C - Einrichtung zur Schwingungsdaempfung an Schaufeln fuer mit elastischem Arbeitsmittel betriebene Turbinen oder fuer Geblaese

Info

Publication number: DE971286C
Application number: DEP8253A
Authority: DE
Inventors: Ivor Macaulay Davidson
Original assignee: Power Jets Research and Development Ltd
Current assignee: Power Jets Research and Development Ltd
Priority date: 1951-08-31
Filing date: 1952-08-29
Publication date: 1959-01-08
Also published as: FR1068776A; US2917274A; CH313851A; NL81240C

Description

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Schwingungsdämpfung an Schaufeln für mit elastischem Arbeitsmittel betriebene Turbinen oder für Gebläse, wobei die Schaufel aus wenigstens zwei Teilen besteht, welche sich in Schaufellängsrichtung von der Spitze bis zum Fuß erstrecken und so gegeneinander verspannt sind, daß sie in Längsrichtung aufeinander reibend gleiten können.

Bei einer bekannten Schaufel dieser Art geschieht die Verspannung der zwei Teile gegeneinander durch ein oder mehrere Niete, die im Schaufelblatt an einer bzw. an mehreren, über die Länge des Schaufelblattes verteilten Stellen angeordnet sind, sowie — in unbestimmter Weise — durch die'Befestigung der Schaufel in der Umfangsnut des Läufers. Unbestimmt ist die Größe dieser zweiten Verspannung, weil sie von der Kraft, mit der beim Beschaufein des Läufers die Schaufelteile gegeneinandergepreßt worden sind, und von der jeweiligen Dehnung der Läuferscheibe durch Wärme und durch Fliehkraft abhängt. Daher ist auch das Schwingungsverhalten jener bekannten Schaufel nicht eindeutig bestimmt.

Die Erfindung will diese Unbestimmtheit beheben. Sie besteht darin, daß die beiden Teile am Schaufelfußende miteinander fest verbunden sind und auf der übrigen Schaufellänge durch ihre eigene elastische Spannung aneinander anliegen.

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Da also die feste, also genau bemeßbare Verspannung an die Befestigungsstelle, also an die Stelle jener unbestimmten Verspannungskraft, gerückt ist, so sind nun klare Spannungsverhältnisse geschaffen.

In Weiterentwicklung des Erfindungsgedankens können die Trennflächen zwischen den Schaufelteilen in an sich bekannter Weise im wesentlichen in oder parallel zu den Skelettlinien der Schaufelprofile angeordnet werden.

Einem anderen Merkmal "der Erfindung zufolge kann ein Reibungsbelag, ebenfalls in an sich bekannter Weise, zwischen den metallenen Schaufelteilen vorgesehen werden.

Schließlich ist es erfindungsgemäß noch vorteilhaft, wenn eine Schicht aus gummiartigem Werkstoff in an sich bekannter Weise zwischen den metallenen Schaufelteilen vorgesehen und auf jedem dieser Teile angeordnet werden kann. Gewöhnlich genügt eine Aufteilung in zwei Schichten. Solch eine Schaufel ist in der Zeichnung dargestellt, und zwar zeigt

Fig. ι eine Ansicht auf einen längsweise durch die gesamte Schaufel gelegten Schnitt, Fig. 2 einen Querschnitt gemäß der Schnittlinie II-II in Fig. 1, während

Fig. 3 eine derjenigen nach Fig. 1 entsprechende Ansicht auf die Teile der Schaufel, wie sie zusammengebaut werden sollen, wiedergibt. In der Zeichnung besteht die Schaufel aus zwei Teilen 1 und 2; in welche die Schaufel der Länge nach geteilt ist, und zwar vom Schaufelfuß bis zur Spitze, wobei die Teilung (wie Fig. 2 zeigt) im wesentlichen in den Skelettlinien des Schaufelprofils erfolgt. Diese Trennung setzt sich durch das Fußstück der Schaufel hindurch fort, welches so in zwei Teile i_a und 2_a aufgetrennt ist. Diese Teile sind gegen radiale Bewegung relativ zueinander gesichert, z. B. mittels einer Feder 2j,, welche in einer Nut i_& des anderen Schaufelteils sitzt.

Die Teile 1 und 2 werden am Fuß, nicht aber an einer anderen Stelle miteinander verbunden, und daher sind die Schaufelteile in der Lage, eine geringe Gleitbewegung aufeinander beim Durchbiegen der zusammengebauten Schaufel ähnlich wie bei einer geschichteten Blattfeder auszuführen; es werden die Fußteile i_a und 2_a miteinander vernietet, z. B. mittels der Niete 3 und 4.

Die Schaufelteile 1 und 2 sind anfänglich gebogen, so daß sie, wie Fig. 3 zeigt, beim Zusammenbringen etwas zueinander geneigt sind; wenn sie miteinander vernietet und dadurch auf der ganzen Länge in Berührung gebracht worden sind, dann sind die Schaufelteile elastisch verformt und in einem solchen Ausmaß vorgespannt, daß sie sich auch unter der Wirkung des Gasdrucks nicht voneinander trennen.

Zwecks Bestimmung der Gestalt, in welche die Schaufelteile vorzuformen siad (wie dies in Fig. 3 gezeigt ist), um die erforderliche Vorspannung zu erreichen, kann eine Musterschaufel aus Schaufelteilen aufgebaut .werden, welche schon von vornherein in die erwünschte Endform gemäß Fig. 1 gebracht worden sind, derart, daß sie ohne Verformung und Vorspannung zusammenpassen, und so die gewünschte Schaufelform ergeben. Jeder Schaufelteil wird dann unabhängig vom anderen getrennt belastet, um ihm die für nötig erachtete Kontaktkraft zu vermitteln, jedoch in einem solchen Sinne, daß Beanspruchungen entgegen der gewünschten Vorspannung hervorgerufen werden; dies verformt dann die Schaufelteile zu der Gestalt, in welcher sie vorgeformt hergestellt werden müssen. Infolgedessen kann der verformte Schaufelteil als Musterstück für die richtige Gestalt benutzt wenden, in welcher der Schaufelteil herzustellen ist.

Da die Erfindung sich in erster Linie für Metallschaufeln eignet, sind auch die Teile 1 und 2 meistens aus Metall. Die Reibung zwischen den metallenen Schaufelteilen kann künstlich durch Aufrauhen oder durch Belegen oder Überziehen der reibenden Flächen vergrößert'werden. Es kann also ein Reibungsbelag, üblicherweise nichtmetallischer Art, wie er durch die Linie 5 in Fig. 3 gezeigt ist, zwischen den benachbarten Metallschaufelteilen eingefügt werden. Wenn die Schaufeln nicht zu hohen Gastemperaturen ausgesetzt werden, kann dieser Reibungsbelag z. B. aus Fasergewebe bestehen. Zusätzlich oder alternativ kann eine dünne Schicht 6 (durch gestrichelte Linie angedeutet) aus gummiartigem Werkstoff, wie beispielsweise natürlichem oder Kunstgummi, wenigstens auf einem der Metallschaufelteile aufgebracht werden. Wenn diese Gummischicht 6 bis zum Fußstück, wie in Fig. 3 gezeigt, durchgeführt und der Reibungsbelag 5 weggelassen wird, so kann diese Gummischicht in Verbindung mit den Nieten 3 und 4 oder an Stelle dieser Nieten als ein Bindemittel dienen, um die Schaufelteile wenigstens bis 1°° zum Einbau zusammenzuhalten. Die Gummischicht 6 kann entweder nur so dick gemacht werden, daß bei der Biegung der Schaufel das Bindemittel· unter der Scherbeanspruchung zerreißt, woraufhin es als bloßer Reibungsüberzug zwischen den dann relativ zueinander gleitenden Schaufelteilen zu dienen vermag, oder die Gummischicht 6 kann so dick sein, daß sie trotz der notwendigen Relativbewegung der Schaufelteile die Scherbeanspruchung, ohne zu zerreißen, aushält, also dauernd die Schaufelteile miteinander verbindet, und durch die innere Reibung die erforderliche Dämpfung hervorruft.

Der Schaufelfuß kann von beliebiger Gestalt sein; in der Zeichnung ist er in sogenannter Tannenbaumform ausgebildet.

Bei der vorbeschriebenen Schaufel werden dank dieser Reibungsdämpfung die Beanspruchungen infolge stoßweise auftretender dynamischer Gasdrücke ungefährlich, da durch eine richtige Formgebung der Schaufelteile und durch richtige Wahl der Vorspannung selbst bei langanhaltendem und starkem Flattern sichergestellt werden kann, daß die Dämpfung zwischen den Schaufelteilen genügend groß ist, um gefährliche Vibrationen zu 1*5 verhindern.

Die Trennfläche durch die Schaufel hindurch verläuft quer zur Schaufeldickenabmessung. Die Trennfläche ist in der Zeichnung so dargestellt, daß sie entlang den Schaufelprofilskelettlinien verläuft, also die Vorderkante und die" Hinterkante der Schaufel durchdringt; doch ist dieses nur als ein Beispiel für eine der verschiedenen möglichen Ausführungen der Trennfläche anzusehen. Die Schaufelform kann eine solche sein, daß die durch die Skelettlinien der Schaufelprofile gebildete Fläche im wesentlichen auch eine Fläche ist, welche durch Halbmesser, also durch zur Maschinenachse senkrechte Geraden, erzeugt wird; die bloßen Zentrifugalkräfte rufen dann im wesentlichen kein Biege- oder Verdrehungsmoment auf einer unverformten Schaufel hervor und haben die Neigung, eine verformte Schaufel wieder zurückzuformen. In solchem Falle empfiehlt es sich, als Trennfläche zwischen den Schaufelteilen ι und 2 diese S'kelettlinienfläche zu wählen. Da jedoch die Stoßkante zwischen den Schaufelteilen ι und 2 Unstetigkeit des Außenprofils der Schaufel bildet, so kann es sich auch empfehlen, in an sich bekannter Weise die Trennfläche so zu wählen, daß sie die Außenfläche der Schaufel abseits der Schaufelkanten schneidet, derart, daß die Außenfläche der Schaufel wenigstens rund um die Vorderkante ununterbrochen bleibt, insbesondere dann, wenn es sich um eine Verdichterschaufel handelt. Alternativ kann man den Kanten der Schaufelteile, wo sie in der Nähe der Vorderkante der Schaufel zusammentreffen, durch leichte Rundung ihre scharfen Formen nehmen. Die abschließende maschinelle Bearbeitung der Schaufel und ihres Fußstückes, z. B. das Schleifen, kann nach dem Zusammenbau der verschiedenen Teile vorgenommen werden.

Durch die Erfindung wird dank der Herabsetzung der Beanspruchungen in den Schaufeln erreicht, daß Aluminium- oder ähnliche Leichtmetall- bzw. Leichtlegierungsguß teile als Kompressorschaufeln zu verwenden sind, und diese können dann im Präzisionsmaschinenguß gefertigt werden und benötigen dann wenig oder gar keine maschinelle Bearbeitung.

Claims

Patentansprüche:

1. Einrichtung zur Schwingungsdämpfung an Schaufeln für mit elastischem Arbeitsmittel betriebene Turbinen oder für Gebläse, wobei die Schaufel aus wenigstens zwei Teilen besteht, welche sich in Schaufellängsrichtung von der Spitze bis zum Fuß erstrecken und so gegeneinander verspannt sind, daß sie in Längsrichtung aufeinander reibend gleiten können, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Teile (1,2) am Schaufelfußende (3,4) miteinander fest verbunden sind und auf der übrigen Schaufellänge durch ihre eigene elastische Spannung aneinander anliegen.

2. Schaufel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Trennfläche zwischen den Schaufelteilen (1, 2) in an sich bekannter Weise im wesentlichen in oder parallel zu den Skelettlinien der Schaufelprofile gelegen ist.

3. Schaufel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in an sich bekannter Weise ein Reibungsbelag (5) zwischen den metallenen Schaufelteilen (1, 2) vorgesehen ist.

4. Schaufel nach Anspruch r. dadurch gekennzeichnet, daß in an sich bekannter Weise eine Schicht (6) aus gummiartigem Werkstoff zwischen den metallenen Schaufelteilen (1, 2) vorgesehen und auf jedem dieser Teile aufgebracht ist.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Britische Patentschrift Nr. 606 151;
USA.-Patentschriften Nr. 2317338, 2394124.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen