NO161818B - Spenningsreduserende svalehaleforbindelse. - Google Patents

Description

Den foreliggende oppfinnelse angår en anordning

ved løpehjul for turbomaskiner ifølge kravenes innledning.

Den foreliggende oppfinnelse angår roterende maskiner og især roterende maskiner av den type som har blader festet med svalehaleprinsipp, til et roterbart hjuls periferi.

I aksiale strømningskompressorer og -turbiner er det vanlig å fremstille en samlet konstruksjon bestående av en svalehale som kan monteres inn i et svalehalespor i et hjul, med et utad ragende blad eller skovl som strekker seg radialt utad derfra. Spenningskonsentrasjoner kan oppstå ved forbindelsen mellom det utad ragende blad og svalehalen, som kan føre til bruddanvisning og i ekstreme tilfeller, til konstruksjonens svikt. Slike spenningskonsentrasjoner kan henføres til det stive feste av svalehalen i hjulet, i kombi-nasjon med bøyepåvirkning av bladet når dette vibrerer i én av dets vibrasjonsfrekvenser, eksempelvis dets basisvibra-sjonsfrekvens.

I noen slike roterende innretninger har det vært vanlig å benytte låsetapper, festetråder eller midtspente vanger på store blader i et forsøk på å låse bladene og enten endre deres resonansfrekvens eller å dempe vibrasjonene.

Forutsigelse av vibrasjonsproblemer er meget vans-kelig, for ikke å si umulig, ved konstruksjonstrinnet, da rotorbladets dynamiske karakteristika i mange tilfeller først kan spesifiseres fullstendig etter at en funksjonell prototyp i full størrelse er bygd og testet. Korreksjon av vibrasjonsproblemene på dette trinn er meget kostbart.

Videre er en forestående svikt i et blad en typisk høyfrek-vent tretthetshendelse som ikke vil fremgå klart før innret-ningen har vært i drift en relativt lang periode. Det er mulig at et kommende bruddproblem i et blad ikke blir oppdaget før flere driftsår er gått.

Utforming av svalehaleforbindelsen mellom rotor og skovler er kjent bl.a. fra SE 126 169, DE 826 332 og DE 3

221 925 uten at disse i vesentlig grad har vist seg å dempe spenningsspisser.

Noen av de mulige festeanordninger, tapplåsing, vaier, vanger og andre teknikker inkludert, er ikke bare kostbare og medfører forsinkelser, men kan også resultere i dårlig effektivitet og krafttap som et kompromiss for innret-ningens definerte aerodynamiske karakteristika, i hvilken bladene er anordnet.

Slike andre løsninger kan eksempelvis omfatte bevegelige blader som kan frembringe uensartet belastning av de festede svalehaler, til tross for nøyaktig maskinering av buesegmentene. Bevegelige blader kan også føre til problemer med tetningen mellom de forlengede plattformer for bladene, noe som kan føre til nedsettelse av kompressorens effektivitet.

Det er følgelig et mål for den foreliggende oppfinnelse å frembringe et blad- og svalehalesystem som overvinner ulempene ved kjent, teknikk.

Det er et ytterligere mål ved oppfinnelsen å frembringe et blad og svalehale med selektiv fleksibilitet i svalehalens område for reduksjon av spenninger som oppstår på grunn av vibrasjon og/eller for endring av modus og naturlige frekvenser for vibrasjon.

Det er et ytterligere mål for oppfinnelsen å redusere muligheten til kommende brudd i en relativt stiv forbin-delse mellom bladets rot og svalehalen, ved selektiv reduksjon av den mekaniske understøttelse som gis til svalehalen av svalehalesporet.

Det er et ytterligere mål ved oppfinnelsen å frembringe en anordning for dempning av vibrasjon i en svalehaleplattform.

Et ytterligere mål ved den foreliggende oppfinnelse er å frembringe en anordning som med friksjons-

kontakt mellom en dempningsmasse og en svalehaleplattform demper vibrasjonsbevegelsen i svalehaleplattformen. Dette oppnås med anordningen ifølge oppfinnelsen slik den er be-skrevet med de i kravene anførte trekk.

På tegningen viser fig. 1 et perspektivriss av et delvis demontert kompressortrinn i henhold til kjent teknikk, fig. 2 viser et tverrsnitt langs II-II på fig. 1 hvor det problem fremgår som søkes løst ved den foreliggende oppfinnelse, fig. 3 viser perspektivisk et parti av et rotorblad med en modifisert svalehale ifølge én utførelse av foreliggende oppfinnelse, fig. 4 viser perspektivisk et parti av et ytterligere rotorblad og dets tilhørende avstandsstykker i henhold til en andre utførelse av oppfinnelsen, fig. 5 viser et tverrsnitt av en modifisert svalehale med et par dempningsmasser i henhold til én utførelse av oppfinnelsen, fig. 6 viser et sideriss av et rotorblad med dempningsmassene i en midtre plassering, fig. 7 viser et sideriss av et rotorblad med dempningsmassene i en endeplassering, fig. 8 viser et tverrsnitt av en ytterligere utførelse av oppfinnelsen, med dempningsmassen i ett stykke, fig. 9 viser et tverrsnitt av en modifisert svalehale og en enkelt dempningsmasse som gir asymmetrisk dempning og understøttelse for et aerodynamisk parti, og fig. 10 viser en ytterligere utførelse av oppfinnelsen med asymmetrisk understøttelse og dempning.

Selv om den foreliggende oppfinnelse kan benyttes

i enhver egnet innretning hvor et utragende blad understøttes på et hjul ved hjelp av en svalehale, begrenses denne beskri-velse til eksempelvis å beskrive bruken i ett trinn i en gassturbinkompressor med aksial strømning. Bortsett fra noe av den benyttede terminologi kan oppfinnelsen på samme måte benyttes til andre innretninger av denne prinsipielle type.

Fig. 1 viser et parti 10 av et kompressortrinn ifølge kjent teknikk, hvor et hjul 12 omfatter svalehalespor 14 som er maskinert i hjulets periferi. Flere rotorblader 16 har en svalehale 18 som nøyaktig kan innpasses i tilhørende svalehalespor 14. Et aerodynamisk parti 20 er utformet sam-menhengende med svalehalen 18.

På kjent måte er svalehalen 18 kortere enn svalehalesporet 14. Avstandsstykker 22 og 24 med et tverrsnitt tilsvarende svalehalen 18, er innsatt i svalehalesporet 14

i motstående ender av svalehalen 18. Avstandsstykkene 22 og 24 er festet i svalehalesporet 14 på kjent måte, eksempelvis ved plugging (ikke vist) for derved å holde svalehalen 18 i

lengderetningen.

Fig. 2 viser et rotorblad 18 hvor dets aerodynamiske parti vibrerer i sin grunnleggende vibrasjonsmodus mellom en likevektsstilling vist med uttrukne linjer og ekstreme stillinger, vist sterkt overdrevet, med stiplede linjer. Svalehalen 18 holdes festet relativt stivt til hjulet 12 ved hjelp av dens innpasning i svalehalesporet 14. Således vil belastningene fra det aerodynamiske partis 20 vibrasjon konsentrere seg i roten 26 hvor det aerodynamiske parti 20 er forbundet med svalehalen 18. Roten 26 represen-terer således et sannsynlig punkt for bruddanvisning som der-etter kan utvides til et risp 28.

For kort å gå tilbake til fig. 1, indikerer analy-ser og erfaring at bruddanvisning mest sannsynlig oppstår nær midten 30 eller ved den ene eller begge ender 32 av det aerodynamiske parti 20, hvor dette er forbundet med svalehalen 18.

Fig. 3 viser en utførelse av oppfinnelsen, innrettet for å nedsette spenningskonsentrasjonene i midten 30.

Et aerodynamisk parti 20 er forbundet med en modifisert svalehale 34 som har et parti 36 som er fjernet og som forbinder endepartiene 38 og 40. Det fjernede parti 36 reduserer det aerodynamiske partis 20 understøttelse slik at et plattformparti 4 2 opptar vesentlig mindre understøttelse fra svalehalesporet

14 i forhold til endepartiene 38 og 40 som opptar den fulle understøttelse. Ved redusering av midtens 30 understøttelse i det aerodynamiske parti 20, kan spenningsfordelingen i roten 26 og det aerodynamiske partis 20 dynamiske respons, inkludert dets modus, resonanser og naturlige frekvenser, endres. Ved selektivt valg av plassering og mengde materiale som fjernes i det fjernede parti 36, kan spenningsfordelings-mønstret i roten 26 utformes for å utjevne spenningsmønstret og derved redusere muligheten for bruddanvisning. Den foreliggende oppfinnelses evne til å modifisere eller skreddersy rotorbladets 16 dynamiske respons, tillater endring av de steder hvor maksimal spenning kan oppstå, til områder hvor deres innvirkning kan tolereres. I tillegg vil den foreliggende oppfinnelse ved å tillate endring i bladets dynamiske responsfrekvenser, kunne unngå mekaniske resonanser som ellers sterkt vil påvirke rotorbladet 16. Utførelsen av oppfinnelsen, vist på fig. 4, kan benyttes til å tilpasse spenningene i et rotorblad 16' hvor det er funnet at meget store spenninger oppstår i forbindelsen mellom endene 32 i det dynamiske parti 20, med en modifisert svalehale 44. Ved denne utførelse reduserer de første og andre fjernede partier 46 og 48 det aerodynamiske partis 20 understøttelse under endene 32 av det aerodynamiske parti 20. Som i den foregående utførelse kan denne reduksjon i understøttelse på ett eller flere spesifikke steder, tilpasse spenningsfordelingen til en forbedret ensartethet.

Utførelsene på fig. 3 og 4 kan naturligvis kombine-res i spesielle tilfeller. Dette vil si at et fjernet parti i en ende kan benyttes i én ende av svalehalen og et midtre fjernet parti kan benyttes i samme svalehale uten at det benyttes et fjernet parti i den andre ende.

Fig. 5 viser ytterligere tiltak for å redusere vibrasjon og å modifisere spenningsfordelingen i det aerodynamiske partis 20 rot. Første og andre dempningsmasser 50

og 52 er plassert i svalehalesporet 14, i det uthulede område på fig. 3 eller 4. Dempningsmassene 50 og 52 presses radialt utover av sentrifugalkraften til friksjonskontakt med flatene 54 og 56 i svalehalesporets 14 periferi og i friksjonskontakt med plattformpartiets 42 flater 58 og 60. Når plattformpartiet 42 dreies ved det aerodynamiske partis 20 vibrasjon, innføres friksjonstap til plattformpartiet 42 av dettes friksjonskontakt med flatene 58 og 60. I tillegg oppnås ytterligere friksjonstap i friksjonskontakten mellom flatene 54 og 56 og de anliggende partier av svalehalesporet 14. Som nevnt kan dempningsmasser 50 og 52 benyttes i utførelsen på fig. 3, slik det er vist på fig. 6, og også i utførelsen på fig. 4, slik det er vist på fig. 7. Fig. 8 viser en dempningsmasse 62 i ett stykke som kan anordnes i ulike plasseringer for å oppnå det ønskede tap av kinetisk energi fra det aerodynamiske parti 20. Fig. 9 viser en utførelse av oppfinnelsen som gir asymmetrisk dempningsegenskaper. Ved denne utførelse er en modifisert svalehale 64 kun delvis fjernet for å motta en enkelt dempningsvekt 66 som av sentrifugalkraften presses mot en flate 68 på den modifiserte svalehale 64 og mot en flate

70 i svalehalesporet 14. Det vil for fagfolk klart fremgå

at den stivhet som gis det aerodynamiske parti 20 med en modi-fisering av svalehalen 64, adskiller seg i to sideretninger ved det aerodynamiske partis 20 bevegelse. Således kan utførelsen på fig. 9 benyttes hvor en slik asymmetrisk dempning er ønsket.

Fig. 10 viser en ytterligere utførelse av oppfinnelsen hvor en modifisert svalehale 72 omfatter et fjernet parti som mottar en dempningsvekt 74. 1. Anordning ved løpehjul (12) for turbomaskiner, med minst ett svalehalespor (14) i hjulets periferi, i hvilken er anordnet minst ett rotorblad (16) med et radialt utadragende blad (20) og et svalehaleformet rotparti (18) som er innrettet til innsetting i svalehalesporet for å understøtte rotorbladet, KARAKTERISERT VED at en del av rotpartiet (18) er fjernet over minst en del av rotpartiets lengde slik at rotorbladets gjenblivende rotparti (26) på dette eller disse steder danner et broparti (42), i det vesentlige uten anlegg mot svalehalesporet, idet spenningsspisser fra rotorbladet på grunn av utformingen av bropar-tiet, fordeles slik at spenningsspisser reduseres i svalehalesporet, og at minst en dempningsmasse (50, 52) kan monteres løst i svalehalesporet i den fjernede del av rotpartiet slik at i det minste en del av rotorbladets bevegelse dempes.

2. Anordning ifølge krav 1, KARAKTERISERT VED

at dempningsmassen omfatter første (50) og andre (52) demp-ningsmassedeler som er symmetrisk anordnet i svalehalesporet i den fjernede dels sted.

3. Anordning ifølge krav 1, KARAKTERISERT VED

at dempningsmassen omfatter kun en symmetrisk utformet del (62).

4. Anordning ifølge krav 1, KARAKTERISERT VED

at den fjernede del av rotpartiet er asymmetrisk i forhold til svalehalens (72) lengdeakse og at en dempningsmasse (74) er asymmetrisk anordnet i svalehalesporet (14) i det fjernede dels sted, idet det fjernede partis asymmetri og plassering av dempningsmassen (74) medvirker til å dempe rotorbladets (20) bevegelse ulikt i en første retning og en annen retning.

Claims (2)

1. Fremgangsmåte til termisk forbehandling av jernsilikater som kan inneholde Cu, S, As, Ti eller Mn for å gjøre dem egnet til direkte reduksjon til svampjern, karakt eri-

s e r t ved at silikatenes jernforbindelser omdannes til magnetitt (Fe^O^) ved å opphete jernsilikatene til temperaturer like under deres smeltepunkt, fortrinnsvis til ca. 980°C, i minst én time i oksyderende atmosfære når de inneholder toverdige jernforbindelser, i svakt reduserende atmosfære når de inneholder treverdige jernforbindelser og opphete dem først i minst én time i oksiyderende atmosfære og deretter i minst én time i reduserende atmosfære når de inneholder både to- og treverdige jernforbindelser.

2. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakt eri-

s e r t ved at den reduserende behandling utføres ved tilsetning av 0,1 - 4% fast karbonholdig materiale.