HU218551B - Szerkezeti elrendezés turbinalapátok rezgéseinek csillapítására - Google Patents

Abstract

A találmány szerkezeti elrendezés axiális áramú turbinalapátrezgéseinek csillapítására. Ezen elrendezésben a forgó lapátvégek(8) tömítenek a turbinaház (1) áramláshatároló falához képest. Aturbinaház (1) ezen áramláshatároló falán a lapátvégekkel (8) szembensugárirányban állandó mágneses anyagból készült gyűrű (4) vanelrendezve, amely egy vagy több, azonos vagy eltérő mágnesespolaritású (7a, b, c) gyűrűelemből (6) áll. A lapátvégek (8) egy-egyelektromosan jól vezető anyagból készült borítólemezzel (3) vannakfölszerelve. ŕ

Description

A találmány axiális áramlási irányú turbina lapátrezgéseinek csillapítására szolgáló szerkezeti elrendezés. A forgó turbinalapátok végei turbinaház áramláshatároló falához tömitő módon illeszkednek.

Turbinák esetében a forgó lapátok méretezése meghatározott üzemi körülmények között rezonanciamentes üzemet tesz lehetővé. Változó üzemi körülmények következtében, például az áramló közeg térfogatváltozásai vagy ellennyomásos üzem esetén a teljesítményhatáron a lapátok sztochasztikusan rezgésre kényszerülnek. Mechanikai rezgési rezonancia esetén ez az igénybevétel tönkreteszi a lapátokat.

Az ilyen rezgések csillapítására különböző szerkezeti elrendezéseket fejlesztettek ki, amelyek rezgéscsatolják egymással a lapátokat, és ezáltal rezgéscsillapító hatásúak. Ismert intézkedések például a csillapító szeghuzalok, csillapító csapszegek, lapátborító lemezek, valamint peckekkel ellátott, rákovácsolt gömbvégződések alkalmazása.

Lapátrezgések csillapítására szolgáló ilyen szerkezeti elrendezések ismeretesek a DE Β 1 299 004 és az US 3 185 441 számú szabadalmi leírásokból. Mindeközben a javasolt rezgéscsillapitó eszközök felhasználhatósága korlátozott. A csillapító szeghuzalok vagy a csillapító csapszegek rögzítésére szolgáló furatok hátrányosan befolyásolják a lapátprofilok szilárdságát, maguk a csillapító szeghuzalok és csillapító csapszegek pedig rontják az áramló közeg áramlási tulajdonságait.

Hátrányos a nagy centrifugális erők fellépése lapátborító lemezek használata esetén, amelyek a szomszédos lapátfejeket zárt gyűrűvé csatolják, és a súrlódási kapcsolat következtében csillapítóhatást fejtenek ki. Az ilyen lapátborító lemezek kivitelezése és megmunkálása, valamint a lapát fölszerelése ezen borítólemezekkel ráfordításigényes és drága a szükséges méretpontosság miatt.

Ezenkívül a szomszédos lapátok súrlódási kapcsolatán alapuló csillapítóeszközök esetén az érintkezési felületek kopása következtében romlik a szükséges csillapítás, ami felújításokat tesz szükségessé.

A találmány alapjául az a feladat szolgált, hogy a bevezetésben említett turbinalapátokhoz olyan rezgéscsillapító eszközt hozzunk létre, amely lehetővé teszi minden lapát egyedi és súrlódásmentes csillapítását. A találmány értelmében ezt azáltal érjük el, hogy a turbinaház áramláshatároló falán, a lapátvégekkel szemben sugárirányban állandó mágneses anyagból levő gyűrűt helyezünk el, amely egy vagy több azonos vagy különböző mágneses polaritású gyűrűelemből áll, továbbá hogy a lapátvégeken jó elektromos vezetőképességű anyagból készült borítólemezek vannak elhelyezve.

A találmány előnye többek között abban van, hogy a lapátok nincsenek csatolásban egymáson súrlódó csillapítóelemekkel, mint például borítólemezekkel, csillapító szeghuzalokkal vagy csillapító csapszegekkel. A javasolt csillapító szerkezeti elrendezés a lapátok rezgéseit súrlódásmentesen, ezáltal kopásmentesen és egyedileg csillapítja. Előnyös továbbá, hogy az egyes lapátoknak turbinakerékbe történő axiális irányú beépítése esetén az egyes lapátok szerelése egyszerűsödik, mivel a szomszédos lapátok érintőirányú csillapítószerkezeti elrendezései nem lapolják át egymást.

Különösen célszerű, ha a lapátborító lemezek alumíniumból készülnek, mivel ez az anyag jó elektromos tulajdonságú, egyúttal kis fajsúlyú is. A fellépő centrifugális erők kisebbek az ismert borítólemezek erőihez képest a találmány szerinti lényegesen kisebb és ezért könnyebb borítólemezes szerkezet miatt. Ez a turbinalapát részére csökkentett mechanikai igénybevételt jelent.

A találmány kiviteli példáját a mellékelt rajzok ábrázolják leegyszerűsített módon.

Az 1. ábra egy lapátcsúcs részbeni hosszmetszetét ábrázolja vele szemben sugárirányban elhelyezkedő mágneses gyűrűvel.

A 2. ábra az 1. ábra II—II vonal szerinti metszete. Az ábrákon csak a találmány megértéséhez lényeges elemek láthatók. A rajzon nem látható a turbinalapáttő, és nem látható a turbinalapát szerkezeti (szerelési) elhelyezkedése a turbinakerékben.

Az 1. ábra 1 turbinaház olyan részletét mutatja, amely 2 turbina-járólapát 8 lapátvégével sugárirányban van szemközt. Amint ez a 2. ábrán a szuperszonikus lapátprofilból kivehető, az ábrázolt lapát véglapát, például egy kisnyomású gőzturbinában. Az 1. turbinaház jelölt helyén kerületi irányban egy nem ábrázolt, lapátokkal fölszerelt turbinakerék körül állandó mágneses anyagból készült 4 gyűrű van elrendezve.

Ez a 4 mágnesgyűrű 6 gyűrűelemekből áll, amelyeket ausztenites acélból készült 5 ház foglal össze, amely 5 ház viszont az 1 turbinaházban van rögzítve. Itt a 4 mágnesgyűrű három darab, váltakozó mágneses 7a, b, c polaritású 6 gyűrűelemből épül fel, a polarizáció pedig SNS (DÉD).

A 4 mágnesgyűrűvel sugárirányban szemben fekvő turbinalapát 8 lapátvégén - a 2. ábrán látható módon - 3 borítólemez van. Ez a 3 borítólemez sugárirányú felülnézetben megközelítően rombusz alakú, amelynek hegyesszögű sarkai a 2 turbinalapátok 9 forgásirányával párhuzamosan letompítottak (lekerekítettek). A 2 lapátok szabadon állóak, vagyis szomszédos 2 lapátok borítólemezei úgy méretezettek, hogy érintőirányban nem lapolják át és nem érintik egymást.

A nem ábrázolt turbinakerék 9 forgásirányban történő forgásakor az állandó mágneses 4 gyűrűnek a 3 borítólemezhez tartozó 10 mágneses mezeje állandó erősségű marad addig, ameddig a 2 lapát nem végez rezgőmozgást. Ha azonban a 2 turbinalapát rezeg, a 3 borítólemezben a mágneses fluxus időben változó. Ez az időben változó mágneses fluxus a 3 borítólemezben örvényáramokat indukál, amelyek Joule-féle hőképződéshez vezetnek. Ennek az energiadisszipációnak következménye a lapátrezgés csillapodása. A Joule-féle hőmennyiség és ezzel a rezgéscsillapítás mértéke együtt nő a 3 borítólemez anyagának elektromos vezetőképességével.

Az állandó mágneses 4 gyűrű anyaga előnyösen kobalt szamárium (Co-Sm) ötvözet.

A 3 borítólemez előnyösen alumíniumból készülhet, annak jó elektromos tulajdonságai és a fémek közötti kis fajsúlya miatt. A kis fajsúly lehetővé teszi a centrifugális erővel terhelt 2 lapátok 3 borítólemezének

HU 218 551 Β kis súlyú kivitelezését. Az alumínium jó elektromos vezetőképessége elősegíti az örvényáramok kialakulását és folyását, és ezáltal - mint fönt említettük - az előnyösebb csillapodási viselkedést.

A találmány természetesen nem korlátozódik az ábrázolt és leírt kiviteli példára. így a 4 mágnesgyűrűt alkotó 6 gyűrűelemek száma és azok 7a, b, c mágneses polarizációja más elrendezésben is elképzelhető, továbbá a CoSm mágneses anyag helyett előnyben részesíthető lenne egyéb mágneses anyag is. Továbbá a 6 gyűrűelemek kivitelezhetők elektromos geijesztésű toroid tekercsekkel is. A találmány értelmében a 3 borítólemez más anyagból is készülhet, mint alumíniumból. Ferromágneses anyagok és ötvözeteik nagyobb fajsúlyának számításbavétele mellett ezek az anyagok szintén rendkívül előnyösen alkalmazhatók 3 borítólemezek gyártására. Kiemelkedő mágneses tulajdonságaik lehetővé teszik a mágneses légrés nagymértékű csökkentését a borítólemez és az áramláshatároló fal között. így a disszipált rezgési energia megnövekedhet a mágneses fluxusnak a borítólemezben történő könnyebb, előnyösebb folyása miatt. Természetesen a találmány alkalmazható kiegészítő csillapításra is borítóvasalatos lapátkerekek esetében.

Claims (6)

1. SZABADALMI IGÉNYPONTOK

   1. Szerkezeti elrendezés turbinalapátok rezgéseinek csillapítására axiális áramlási irányú turbinához, amelyben forgó lapátvégek áramláshatároló turbinafalhoz tömítően illeszkednek, azzal jellemezve, hogy a turbinaház (1) áramláshatároló falán a turbina lapátvégeivel (8) szemben állandó mágneses anyagból készült gyűrű (4) van elrendezve, amely gyűrűt (4) egy vagy több, azonos vagy eltérő mágneses polaritású (7a, b, c) gyűrűelem (6) alkotja, és a lapátvégeken (8) egy-egy, elektromosan jól vezető anyagú borítólemez (3) van.
2. 2. Az 1. igénypont szerinti elrendezés, azzal jellemezve, hogy az állandó mágneses anyagú gyűrűt (4) három NSN vagy SNS polaritás-sorrendű gyűrűelem (6) alkotja, és ezt a gyűrűt (4) nem mágneses anyagú ház (5) veszi körül.
3. 3. Az 1. igénypont szerinti elrendezés, azzal jellemezve, hogy a lapátok (2) szomszédos borítólemezei (3) egymást nem érintően vannak elrendezve.
4. 4. Az 1. igénypont szerinti elrendezés, azzal jellemezve, hogy a lapátok (2) borítólemezeinek (3) anyaga alumínium.
5. 5. Az 1. igénypont szerinti elrendezés, azzal jellemezve, hogy a lapátok (2) borítólemezeinek (3) anyaga ferromágneses.
6. 6. Az 1-5. igénypontok bármelyike szerinti elrendezés, azzal jellemezve, hogy a lapátok (2) szabadon álló elrendezésűek.