DEP0008253MA - - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

Tag der Anmeldung: 28. August 1952 Bekamitgemacht am 23. August 1956

DEUTSCHES PATENTAMT

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Schwingungsdämpfung an Schaufeln für ' mit elastischem Arbeitsmittel betriebene Turbinen oder für Gebläse, und zwar in erster Linie solche mit Axial- oder Halbaxialbeschaufelung.

Ein Vorteil der Erfindung ist, daß dabei die Schaufeln leichter und dünner als zuvor ausgeführt werden können.

Die Schaufel z. B. eines Axialverdichters hoher Umfangsgeschwindigkeit hat vier Haupterfordernissen zu genügen: Sie muß dünn sein aus aerodynamischen Erwägungen heraus; sie muß leicht sein, um Schwierigkeiten bezüglich der Schaufelbefestigung zu vermeiden; sie muß starken statischen Belastungen infolge der Verdichtung des Gases gewachsen sein, und sie muß eine dauernde Vibration aushalten und möglicherweise sogar Perioden ausgesprochenen Flatterns infolge Abreißens widerstehen können.

Die Schaufel, welche am Schaufelfuß festsitzt und an ihrer Spitze frei ist, stellt einen einseitig eingespannten, belasteten Balken dar. Dieser muß ziemlich stark sein, um sowohl der statischen Belastung durch den Gasdruck als auch der dynamischen Belastung durch Schwingungen gewachsen zu sein, eine Bedingung, welche den beiden Er-

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fordernissen der leichten und der dünnen Bauart widerspricht.

Hauptzweck der Erfindung ist das Dämpfen von Schwingungen. Sie besteht darin, daß eine Schaufei aus wenigstens zwei Teilen besteht, die aneinander in Flächen anliegen, welche sich in Schaufellängsrichtung von der Schaufelspitze zum Schaufelfuß erstrecken, und die an dem einen Ende fest miteinander verbunden sind, jedoch auf der übrigen

ίο Schaufellänge in Längsrichtung reibend aufeinander gleiten können, und daß wenigstens einer der Teile so geformt ist, daß die beiden Teile, wenn zu einer Schaufel zusammengebaut, elastisch gegeneinander verspannt sind.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung wird vorgeschlagen, daß die Trennfläche zwischen den Schaufelteilen im wesentlichen in oder parallel zu den Skelettlinien der Schaufelprofile gelegen ist. Besonders vorteilhaft wird auch ein Reibungsbelag zwischen den Metallschaufelteilen vorgesehen, und/ oder eine Schicht aus gummiartigem Werkstoff wird zwischen den Metallschaufelteilen vorgesehen und auf jedem dieser Teile aufgebracht.

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 H-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_ö und 2_a aufgetrennt ist; diese sind gegen radiale Bewegung relativ zueinander gesichert, z. B. mittels einer Feder 2_b, welche in einer Nut i_& des anderen Schaufelteiles 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. Zwecks Erleichterung des Zusammenbaus werden die Fußteile i_a und 2_a miteinander vernietet, z. B. mittels der Niete 3 und 4; jedoch brauchen diese Niete nur genügend fest zu sein, um die Teile während des Zusammenbaus zu halten; wenn die Schaufeln in der Maschine sitzen, so werden die Teile durch die Einspannung des Fußes in seinem Sitz zusammengehalten.

Die Schaufelteile 1 und 2 sind anfänglich gebogen derart, daß dann, wenn sie, wie in Fig. 3 gezeigt, zusammengebracht werden, sie 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 sind (wie dies in Fig. 3 gezeigt ist), um die erforderliche Vorspannung zu erreichen, kann eine Musterschaufel aus Schaufelteilen aufgebaut werden, welche schon von vorn- ' herein in die erwünschte Endform gemäß Fig. 1 gebracht worden sind derart, daß sie ohne Verformung und Vorspannung so zusammenpassen, daß sie die gewünschte Schaufelform ergeben. Jeder Schaufelteil wird dann unabhängig vom anderen getrennt belastet, um ihm die für nötig erachtete Kontaktkraft zu vermitteln, jedoch dies 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 go 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, dann 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 zumFußstück, 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 Niete als ein Bindemittel dienen, um die Schaufelteile wenigstens bis 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, also durch innere Reibung die erforderliche Dämpfung hervorruft.

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

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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

ίο 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 Skelettlinienfläche zu wählen.

Da jedoch die Stoßkante zwischen den Schaufelteilen ι und 2 Unstetigkeit des Außenprofils der Schaufel bildet, so kann es sich auch empfehlen, 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 Leichtmetallbzw. Leichtlegierungsgußteile als Kompressorschaufeln zu verwenden sind, und diese können dann im Präzisionsmaschinenguß gefertigt werden und benötigen dann wenig oder gar keine maschinelle Bearbeitung.

Claims (4)

PATENTANSPRÜCHE:

1. Einrichtung zur Schwingungsdämpfung an Schaufeln für mit elastischem Arbeitsmittel betriebene Turbinen oder für Gebläse, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaufel aus wenigstens zwei Teilen (1,2) besteht, welche aneinander in Flächen anliegen, welche sich in Schaufellängsrichtung von der Spitze zum Fuß hin erstrecken, wobei diese Teile (1, 2) an einem Ende fest miteinander verbunden sind (3, 4), jedoch auf der übrigen Schaufellänge in Längsrichtung reibend aufeinander gleiten können, und daß wenigstens einer der Teile so geformt ist, daß die beiden Teile (1, 2), wenn zu einer Schaufel zusammengebaut, elastisch gegeneinander verspannt sind.

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

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

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

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen