NO155590B - Vibrasjonsdemper. - Google Patents

Description

Den foreliggende oppfinnelse vedrører en blad-til-blad vibrasjonsdemper for et rotoraggregat i en aksialstrømnings-rotasjonsmaskin omfattende et antall separat monterte blader,

hvert med en plattformseksjon som rager utad i forhold til en rotors rotasjonsakse, hvor blad-til-bladdemperen er innrettet for plassering i et plan vinkelrett mot rotasjonsaksen og innbefatter et øvre parti og et steg hvor det øvre parti kan bringes i anlegg mot et par tilgrensende bladplattformseksjoner, under påvirkning av sentrifugalkraftbelastninger som er frembragt i en drivmaskin.

Et rotoraggregat med en slik blad-til-bladvibrasjonsdemper

er kjent fra DE off. skrift nr. 3.008.890.

En typisk rotor i en aksialstrømturbin omfatter et antall rotorblader som strekker seg utad fra en skive eller trommel-formet konstruksjon. Bladene som forløper på tvers av en ringformet strømningsbane for drivmediet, vil i turbinanordninger ut-vinne energi av de drivmediumgasser som strømmer mot bladene,

Hvert blad består av en aerofoilseksjon som rager inn i strømmen,

en rotseksjon som er sammenlåst med skiven eller trommelen, og en plattformseksjon som danner innergrensen for drivmediets strømningsbane.

Sekvensen av rotorblader som passerer gjennom lokale, aaerodynamiske forstyrrelsessoner i drivmediets strømningsbane forårsaker økte og minskete belastninger på bladene. Disse belastningers variasjoner fremkaller bladutbøyning og påfører bladmaterialet en spenning. Hvis frekvensen for belastnings-variasjoner sammenfaller med den naturlige bladresonansfrekvens vil defleksjonsamplituden bli forsterkende med derav følgende sannsynlighet for vibrasjonsskader.

Vibrasjonsfenomen og nødvendigheten av å ta hensyn til slike problemer i tilknytning til rotasjonsmaskiner har lenge vært viet oppmerksomhet, og mange forsøk har blitt gjort i det siste for å løse problemene i forbindelse med rotorbladvibrasjon.

Det kan f.eks. vises til US patentskrift nr. 2.942.843 hvorfra det er kjent vibrasjonsdempere som tilføres en segmentert bladspissdekselring, hvor demperne er anordnet for å tilveiebringe friksjonsdemping av bladvibrasjonene. Blad-til-blad vibrasjonsdempere er imidlertid ikke vist i US patentskrift nr. 2-942.843 hvori vibrasjonsdemperne er påmontert inntil dekselringselementers ender og rager aksialt i forhold til rotoren. Tilgrensende friksjonsdemperhalvdeler er i friksjons-kontakt med hverandre.

Blad-til-bladvibrasjonsdempere er kjent fra US patentskrift nr. 4.181.598, hvori dempere som er T-formet i en radial tverretning rager aksialt mellom og i inngrep med rotseksjonene til innbyrdes tilgrensende blader nedenfor bladplattformen. Blad-til-bladvibrasjonsdemperen kan benyttes sammen med en trykkdemper opplagret i en fordypning i dekkplaten og påvirkes av sentrifugalkraften mot bladplattformens underside. Tilsvarende dempere som samvirker med individuelle blader er kjent fra US patentskrift nr. 2.999.668.

Det ovennevnte DE off. skrift nr. 3.008.890 vedrører en dekkplateformet blad-til-bladvibrasjonsdemper som vesentlig rager i en radial retning i et radialplan, og er hver utstyrt med en fortykket spiss eller tilspisset ytre parti rettet radialt utad og påvirket av sentrifugalkreftene til inngrep med rotorblad-plattformene ved deres kontaktsidige aksialt ragende side- eller kantoverflater og særlig ved disse side- eller kantoverflåters skrånende innerpartier. Dette krever ikke bare at plattformen utformes på en spesiell måte, men medfører også at de kjente vibrasjonsdempere her en tendens til å presse seg sammen under påvirkning av sentrifugalkreftene.

Formålet med foreliggende oppfinnelse er å tilveiebringe en mer effektiv dekkplatemontert blad-til-bladvibrasjonsdemper.

For å oppnå dette formål er blad-til-bladvibrasjonsdemperen kjennetegnet ved at demperen er stort sett T-formet i maskinens aksialsnittretning og at dens øvre parti omfatter en langstrakt grendel som strekker seg i demperens lengderetning, for avstiving i denne retning, og som i likhet med steget er innrettet for å forløpe i periferiretningen i forhold til maskinen, idet den langstrakte grendel er tilpasset for anlegg mot undersidene av de tilgrensende plattformseksjoner og derved tillate glidende kontakt, for friksjonsbevirket vibrasjonsdemping.

Et fortrinn ved den foreliggende oppfinnelse er den aktive demping av rotorbladvibrasjoner. Vibrasjonsspenninger i bladene på en motor i funksjon vil reduseres. Glidende kontakt mellom dempernes øvre grendel og undersidene av de tilgrensende blad-plattf ormer fremmes som følge av en reduksjon i de glidebe-lastningskrefter som kreves for konstruksjoner i overenstemmelse med de beskrevne prinsipper. Demperens tverrsnittform sikrer den stivhet i lengderetning og den lave tyngde som er vesentlig for oppnåelse av friksjonsdempende sluring mellom demperen og bladplattformene. Foreliggende oppfinnelse avviker således med sin oppbygging og virkemåte fra de tidligere kjente anordninger.

Oppfinnelsen vil bli nærmere beskrevet i det etterfølgende under henvisning til de medfølgende tegninger, hvori:

Fig. 1 viser et forenklet snitt av et parti av turbinseksjonen i en gassturbinraotor. Fig. 2 viser et forenklet del-sideriss av turbinseksjonen ifølge fig. 1, hvor visse partier er utelatt slik at bladvibra-sjonsdemperne er synlig. Fig. 3 viser et perspektivriss av en bladvibrasjonsdemper som er konstruert i overensstemmelse med oppfinnelsens prinsipper. Fig. 4 viser de belastningskrefter som påvirker demperen. Det er i fig. 1 vist et rotoraggregat 10 av den type som anvendes i turbinseksjonen i en gassturbinmotor. Den konstruksjonsmessige hovedkomponent består av rotorskiven 12. Et antall rotorblader, representert ved et enkelt blad 14, befinner seg i låsende inngrep med rotorskiven og rager utad fra denne og inn i en strømbane 16. Hvert rotorblad omfatter en rotseksjon 18 som er forbundet med rotorskiven, og en aerofoilseksjon 20

som strekker seg over strømbanen. En plattformseksjon 22 danner innergrensen for drivmediets strømbane. En dekkplatemontasje 24 som er vist ved forenden av rotorskiven, fastholder rotor-bladenes rotseksjoner i inngrep med rotorskiven, og blokkerer delvis strømmen av drivmediumgasser mot rotoraggregatet under bladplattformene. Et antall rotorbladdempere, representert ved et enkelt blad 26, er fastgjort til dekkplatemontasjen. Demperen har T-formet tverrsnittsflate og er, som vist, fastgjort til dekkplatemontasjen ved hjelp av en nagle 28. Den øvre grendel 30 av den T-formete demper hviler mot undersiden av platt-formseksjonen 20. Demperens stegdel 32 er gjennomtrengt av låse-naglen.

Som vist i fig. 2, er det anordnet en demper 26 mellom hvert par innbyrdes tilgrensende rotorblader 14. Den øvre grendel 30 ligger an mot undersiden av hver av de to innbyrdes tilgrensende plattformseksjoner. Hver av låsenaglene 28 er innført gjennom et motsvarende hull 34 i demperens stegdel. Det er anordnet rikelig klaring mellom hver nagle og det tilhørende steg-hull, slik at demperen uten vanskelighet kan bringes i anlegg mot de tilgrensende bladplattformseksjoner.

Demperen 26 er av "blad-til-blad"-fellestypen. Vibrasjons-utslagene i hvert blad overføres gjennom demperen til det tilgrensende blad. Vibrasjonsenergien avledes fra systemet i grenseflatene A mellom demperen og plattformseksjonene. Friksjons-kreftene fremkaller varme i grenseflatene A, idet demperen bringes til å gli langs undersidene av plattformene.

Det er et vesentlig trekk ved den foreliggende oppfinnelse at glidefriksjon er muliggjort. I dette øyemed er demperens stivhet i lengderetningen meget stor i forhold til tyngden. Det oppnås effektiv overføring av krefter perifert rundt skiven, fra blad til blad langs demperens lengdeakse. Det T-formete tverr-snitt vil motvirke både utbøyning under påvirkning av langsgående krefter som skyldes overføring mellom bladene av vibrasjons-energi, og sidebøyning under innvirkning av sentrifugalkrefter i den operative sone ved grenseflatene A.

Detaljer ved slike dempere fremgår av perspektivrisset ifølge fig. 3. Demperen er fremstilt av nikkellegeringsmateriale og har en vekt av ca. 1,8 g. Det er åpenbart at i motsetning til bladdempere av kjente typer, er demperen ifølge foreliggende oppfinnelse av uvanlig liten størrelse. Ikke desto mindre er materialet fordelt med henblikk på maksimal effekt i forbindelse med lengdestivhet og sidestivhet. Den øvre grendel 30 av demperen har en bredde V?T av ca. etthundreogtyve tusendedels inch (3,05 mm) og en høyde HT av ca. seksti tusendedels inch (1,52 mm). Det konstruksjonsmessige hovedparti av steget har en bredde V?w av ca. åtti tusendedels inch (2,03 mm) og en høyde Hw av ca. etthundre-ogtrettifem tusendedels inch (3,30 mm). Demperens fulle høyde, med innbefatning av det parti hvorigjennom hullet er anordnet, utgjør ca. en halv inch (12,70 mm). Demperens totallengde L er likeledes ca. en halv inch (12,70 mm). I den viste demper er det anordnet avstandsknaster 36 som bidrar til stabilisering av demperen i dekkplatemontasjen.

Hovedprinsippet for demperens virkemåte vil fremgå av fig.

4. Grenseflatene A mellom en demper 26 og bladplattformseksjonene 20 er vist på figuren. For å fungere effektivt må demperen kunne gli langs punktene i grenseflaten A, slik at vibrasjonsenergien kan avledes i form av friksjonsvarme. Den nødvendige kraft F for frembringelse av bevegelse mellom demperen og plattformen er be-nevnt "glidebelastningskraften" og kan beregnes ved hjelp av nedenstående formel:

hvor F = glidebelastningskraften,

u = friksjonskoeffisienten,

N = normalkraften, og

$ = glidebelastningsf aktoren.

Normalkraften som er er en funksjon av demperens tyngde og rotorens rotasjonshastighet, er den dominerende faktor ved bestemmelse av glidebelastningskraf ten. Glidebelastningsf aktoren <t> er nødvendig med henblikk på faseforskyvningseffekter mellom blader i forsprangs-stilling og i forsinkelsesstilling.

Selv om det kan virke usannsynlig, vil demperen , som er vist

i fig. 3 og som bare veier fire hundredels pound (0,02 kg) utvikle en normalkraft at åttifem pounds (38,6 kp) i hvert punkt i grenseflaten A i en typisk høy-ytelsesflymotor. Den motsvarende glidebelastningskraft er atten pounds (8,2 kp). Et vibrerende blad må med andre ord kunne utvikle en kraft, langs demperaksen, av atten pounds (8,2 kp) innen friksjonsdemping og energiavledning kan finne sted.

Denne lave glidebelastningskraft som lar seg oppnå ifølge foreliggende oppfinnelse, representerer et betydelig fremskritt innenfor fagområdet, og er tilstrekkelig til å hindre at demperen låses uten glidning under sentrifugalkraftpåvirkning.

Det bør bemerkes at beskrivelsen og tegningen omfatter foretrukne utførelsesformer av oppfinnelsen og at det, uten å avvike fra oppfinnelsens prinsipp og ramme, kan foretas forskjellige ndringer og modifiseringer i form og detaljer.

Claims (9)

1. Blad-til-bladvibrasjonsdemper for et rotoraggregat i en aksialstrømnings-rotasjonsmaskin omfattende et antall separat monterte blader (14), hvert med en plattformseksjon som rager utad i forhold til en rotors rotasjonsakse, hvor blad-til-bladdemperen (26) er innrettet for plassering i et plan vinkelrett mot rotasjonsaksen og innbefatter et øvre parti og et steg (32), hvor det øvre parti kan bringes i anlegg mot et par tilgrensende bladplattformseksjoner, under påvirkning av sentrifugalkraftbelastninger som er frembrakt i en drivmaskin, karakterisert ved at demperen (26) er stort sett T-formet i maskinens aksialsnittretning og at dens øvre parti omfatter en langstrakt grendel (30) som strekker seg i demperens lengderetning, for avstiving i denne retning, og som i likhet med steget (32) er innrettet for å forløpe i periferiretningen i forhold til maskinen, idet den langstrakte grendel (30) er tilpasset for anlegg mot undersidene av de tilgrensende plattformseksjoner (22) og derved tillate glidende kontakt, for friksjonsbevirket vibrasjonsdemping.

2. Vibrasjonsdemper i samsvar med krav 1, karakterisert ved at den langstrakte grendel (30) omfatter to innbyrdes atskilte og radialt utadrettede knastpartier som kan bringes i anlegg mot bladplattformseksjonene (22) i posisjoner i avstand fra de tilgrensende kanter av bladplattformseksjonene (22).

3. Vibrasjonsdemper i samsvar med krav 1 eller 2, karakterisert ved at dens tyngde er tilstrekkelig liten til å begrense størrelsen av den nødvendige glidebelastningskraf t for frembringelse av relativ bevegelse mellom demperen og plattformseksjonene i en operativ sone, til en verdi under verdien av kraften som fremkalles av bladvibrasjonen, slik at energien i det vibrerende blad kan avledes i form av varme-energi i berøringspunktene mellom demperen og plattformseksjonene.

4. Vibrasjonsdemper i samsvar med krav 3, karakterisert ved at demperens tyngde er ca. 1,8 gram.

5. Vibrasjonsdemper i samsvar med et av kravene 1-4, karakterisert ved at steget (32) omfatter et monteringsparti og et hovedparti, beliggende mellom den øvre grendel (30) og monteringspartiene, med større bredde enn monteringspartiets.

6. Vibrasjonsdemper i samsvar med krav 5, karakterisert ved at den fastholdes i en sliss i en dekkplatemontasj e.

7. Vibrasjonsdemper i samsvar med krav 6, karakterisert ved at det ved den radiale innerende av stegets monteringsparti er anordnet avstandsknaster som medvirker til stabilisering av demperen i dekkplatemontasjen.

8. Vibrasjonsdemper i samsvar med et av kravene 5-7, karakterisert ved at hovedpartiet av steget (32) har en bredde Ww av ca. 2 mm og en høyde Hw av ca. 3,4 mm.

9. Vibrasjonsdemper i samsvar med et av kravene 1-8, karakterisert ved at demperen (26) har en lengde L av ca. 13 mm og at demperens øvre grendel (30), har en bredde WT av ca. 3 mm og en høyde av ca. 1,5 mm.