SE426090B - Anordning for svengningsdempning vid rotorer till turbomaskiner - Google Patents

Description

15 20 25 30 35 40 l78Û7Û41-4 les anliggningskraft vid minst en av kontaktytorna genom deformering av dämpningselementet under centrífugalkraftens inverkan. Eftersom en del av centrifugalkraften förbrukas vid denna deformering eller ef- tersom den tillåtna eller möjliga deformeringen kommer att vara be- gränsad, kan den kvarstående restanliggningskraften helt försvinna vid snabba temperaturändringar eller vid låga varvtal, varvid sålunda dämpningen tidvis blir overksam.

D Ändamålet med uppfinningen är därför att åstadkomma en anordning för svängningsdämpning, vid vilken kraftverkningar alstras, som är så gott som oberoende av deformeringar och luftgapsvariationer.

Lösningen av detta problem framgår av den kännetecknande delen i bifogade patentkrav 1. Vidareutvecklingar framgår av underkraven.

Enligt uppfinningen består dämpningselementen av likformigt utef- ter luftgapets omkrets fördelade ringsegment, vilka vid var sin disk- ret, remsformig anliggningsyta anligger dels mot dragstångens ytteryta och dels mot den inre mantelytan i hålet igenom rotorskivorna 3. De nämnda anliggningsytorna ärli dämpningselementets längdriktning anord- nade på avstånd från varandra och är anordnade vid en sådan del av dämpningselementet, att dettas tyngdpunkt kommer att ligga utanför om- rådet med anliggningsytorna.

Det är därvid lämpligt, om avståndet mellan anliggningsytorna på ett dämpningselement är mindre än avståndet mellan den radiellt ytters- ta anliggningsytan och ringsegmentets tyngdpunkt. Dessutom kan ring- segmenten vara avsmalnande mot deras fria ände på sådant sätt, att en- dast på ovansidan av ringsegmenten en mot den fria änden förstorande radiell spalt uppkommer.

Genom denna utformning av dämpningselementen uppnår man att cent-' rifugalkraften kommer att angripa utanför området med anliggningsytor- na1.dämpningselementens tungdpunkt, varigenom dessa sålunda kommer att trycka emot rotorskivan och även mot dragstången, varvid de båda an- liggningskrafterna kommer att vara större än centrifugalkraften. Ef- _tersom centrifugalaccelerationen i turbomaskiner är mycket större än jordaccelerationen, kan sålunda mycket höga anliggningskrafter uppnås med hjälp av förhållandevis små dämpningselement.

Därvid är i princip två skilda utföringsformer möjliga vid använd- ning av samma verkningsprincip. Dels kan anliggningsytorna sträcka sig över ringsegmentets bredd i form av radiellt utskjutande utsprång, vilka i perifeririktningen är så förskjutna sinsemellan, att avstån- det mellan det radiellt innerst liggande utsprånget och tyngdpunkten är större än motsvarande avstånd för det radiellt ytterst liggande 10 15 20 25 30 35 U0 7807041-4 utspranget. Dels kan även anliggningsytorna förlöpa i ringsegmentens perifeririktning och vid dessas insida bildas av en invid den ena än- den av ringsegmentet anliggande, roterande krage på dragstángen och vid dessasutsida bildas av ett utsprang pa ringsegmentet som skjuter ut i radiell riktning och sträcker sig i perifeririktningen.

För axiell fixering av ringsegmenten kan dessa vara bredare än tillhörande rotorskivor och vid sina axiella ändsidor ha utsprang, som omfattar rotorskivornas innerkanter. Det är även möjligt att i och för axiell fixering av ringsegmenten på ömse sidor om dessa an- ordna kragar pa dragstangen. Vidare kan den axiella bredden av ring- segmenten vara mindre än rotorskivornas, varvid rotorskivorna vid sin inre mantelyta har ett segmentbrett, omkringlöpande spar i och för den axiella fixeringen av ringsegmenten.

Botorskivorna kan dock även vid sin inre mantelyta ha en perife- riell urtagning för upptagande avdenæd anliggningsytor försedda de- len av ringsegmentet, varvid den fria ände, som åtminstone även inne- hallertyngdpunktenskjuter ut i axiell riktning fràn rotorskivan.

Uppfinningen skall närmare förklaras i anslutning till följande beskrivning av figurerna på bifogade ritningar, vilka återger utförings- exempel pa uppfinningen. §¿g¿M1 visar ett tvärsnitt genom luftgapet mellan dragstang och rotorskiva med insatta dämpningselement. Fig. 2 visar ett därvid an- vänt dämpningselement i förstoring. Eigg Q - § visar skilda sätt för axiell fixering av dämpningselementen. Pig. 6 visar utformningen av ett dämpningselement för underlättande av in- och urmontering. Fig. 2 visar ett tvärsnitt genom luftgapet med ett annat slags dämpningsele- ment. Fig. 8 visar en längdgenomskärning genom luftgapet med ett dämpningselement enligt fig. 7 1 förstoring. Fig. 2 visar ett ytter- ligare dämpningselement enligt anordningen i fig. 7.

Enligt vad som framgår av fig. 1 är luftgapet 1 mellan en drag- stang 2 och den inre mantelytan i ett motsvarande hal i en-rotorskiva 3 försett med exempelvis åtta dämpningselement 4, vilka approximativt har formen av ett ringsegment och vilka längs den största delen av de- ras längd har en mindre höjd än luftgapet 1. De närmare detaljerna be- träffande ett sådant ringsegmont framgår tydligare av fig. 2. Dämp- ningselementet H har vid sin ena ände vid den inre periferiytan 5 ett över dess axiella bredd utsträckt radiellt utsprang 6, som tillsammans med dragstangen 2 bildar en anliggningsyta 7. Vid den yttre periferi- ytan 8 finns ett annat, radiellt utsprang 9, som med rotorskivan bil- dar en anliggningsyta 10, För dämpningselementets 4 verkningssätt är 10 15 20 25 30 35 H0 7807041-4 det därvid väsentligt, att de bada anliggningsytorna 7 och 10 ligger på en sida av dämpningselementet 4 som ligger utanför området med dess tyngdpunkt 11. Anliggningskrafterna kan därvid enkelt beräknas under 1 användning av satserna över likhet mellan krafter och moment. Om där- vid geometrin väljes sådan, att det i fig. 2 visade avståndet b mel- lan tyngdpunkten 11 och den ytterst belägna anliggningsytan 10 är stör- re än avståndet a mellan de bada anliggningsytorna, kommer de båda anliggningskrafterna P? och P10 att vara större än den i tyngdpunkten 11 angripande centrifugalkraften PF. Vid maskinens drift kommer allt- sa dämpningselementet'4 under oentrifugalkraftens inverkan att prak- tiskt taget rotera omkring anliggningsytan 10, sa att alltid en fast anliggning av dämpningselementet 4 kommer att erhållas såväl mot ro- torskivan 3 som mot dragstangen 2. Eftersom därvid centrifugalaccele- raticnen är manga gånger större än jordaccelerationen, kan salunda mycket stora anliggningskrafter uppnås med användning av förhållande- vis sma dämpningselement. Genom likformig fördelning av dessa dämp- ningselement 4 längs omkretsen av-dragstangen 2 kan de enskilda kraf- terna verka sa pa dragstången, att den resulterande kraftverkan blir liten. Dämpningsverkan uppkommer genom de vid varje relativrörelse mellan dragstangen 2 och rotorskivan 3 alstrade friktionskrafterna vid anliggningsytorna 7 och 10. Olika stora eller varierande luftgap pà grund av tillverkningstoleranser, töjningar under drift och slitage utjämnas automatiskt genom vridning av dämpningselementen 4. Även axiella förskjutningar mellan rotorskiva och dragstang vid montering- en och under drift konmer att kunna uppträda obehindrat. Dessutom bi- behalles även vid minskat varvtal definierade anliggningskrafter vid de båda kontaktytorna.

Det är därvid lämpligt, om dämpningselementen smalnar av mot den fria änden pa sådant sätt, att endast på elementens ovansida 8 en mot den fria änden förstorande radialspalt 8 erhålles, det vill säga att den yttre omkretsytan 8 förlöper med svag lutning. Detta radiella spel 8 kan därvid dimensioneras sa, att summan av alla uppträdande spaltvariationer på grund av tillverkningstoleranser, icke-stationära . värmetöjningar, centrifugalkrafttöjningar, tvärkontraktion, deforme- ring ooh slitage automatiskt utjämnas genom en motsvarande vridning av dämpningselementen 4.

För säkring mot axiella förskjutningar och bortfallande av dämp- ningselementen finns därvid flera möjligheter. Enligt fig. 3 kan exem- pelvis dämpningselementen 4 ha en större bredd än tillhörande rotor- skiva 3 och med radiella utsprang 12 och 13 omfatta sidorna på rotor- skivan. 10 15 20 25 ao 35 #0 7807041-4 Enligt utföringsexemplet i fig. U kan dock dämpningselementen 4 även ha mindre bredd än tillhörande rotorskiva 3 och vara insatt i ett ringspàr 1ß i den inre mantelytan i hålet i rotorskivan 3.

Slutligen är det dock även möjligt att enligt utföringsexemplet i fig. 5 förse dragstángen 2 med kragliknande, runt om gàende utskjutan- de delar 16 och 17 pa vardera sidan om dämpningselementen 4, vilket förhindrar axiell förskjutning av dämpningselementen U.

Normalt insättas dessa dämpningselement U först i hålet i rotor- skivan 3, varvid dämpningselementen har radiellt förlöpande ändkanter 18 och 19. Det är dock lämpligt att ha ett slutdämpningselement 4', enligt vad som framgår av fig. 6, med parallellt förlöpande ändkant-* ytor 20 och 21, varvid även gran-dämpningselementens ändkantytor 22 och 23 skall förlöpa sinsemellan parallellt, sa att detta element 4' enligt den visade dubbelpilen ZU kan insättas, när alla andra element H redan anordnats i skivan 3. Därigenom kan det i perifeririktningen erforderliga totalspelet begränsas till det för den fria rörelsen av dämpningselementen nödvändiga måttet, sa att en liten förskjutning av dessa element praktiskt taget inte kan ge någon obalans.

En ytterligare, principiell utföringsform av dämpningselementen visas i fig. 7 - 9. Därvid förlöper anliggningsytorna 31 och 32 på de även i detta fall ringsegmentformigt utförda dämpningselementen 30 icke i axiell riktning, såsom enligt utföringsexemplet i fig. 2, utan i det ringformiga luftgapets perifeririktning. Anliggningsytan 31 bil- das därvid av en vid den ena änden av dämpningselementet 30 anliggande omkringgående krage 33 på dragstangen 2, medan den yttre anliggnings- ytan 32 bildas av ett radiellt utsprang 3ü på den yttre omkretsytan 35 på dämpningselementet 30. Även i detta fall kommer anliggningsytor- na 31 och 32 att ligga vid en sida av dämpningselementet 30 som ligger utanför området med tyngdpunkten 36 och att ha en sådan geometri, att avståndet b mellan tyngdpunkten 36 och den yttre anliggningsytan 32 är större än avståndet a mellan de bada anliggningsytorna 31 och 32 sinsemellan.

Pa detta sätt kommer även i detta fall vid maskinens drift alltid en fast anliggning att erhållas under inverkan av centrifugalkraften vid de bada anliggningsytorna 31 och 32, dels mot dragstangen 2 och dels mot den inre mantelytan i hålet i rotorskivan 3. För axiell fixe- ring har dämpningselementen 30 i detta fall radiellt utskjutande ut- språng 3? och 38, vilka omsluter rotorskivan 3 vid halets inre omkrets. Även här är den yttre omkretsytan 35 på dämpningselementen 30 sneddad mot den fria änden, sa att en radialspalt g far tilltagande storlek, 10 15 20 7807041-4 för att en automatisk utjämning av alla spaltvariationer skall möj- liggöras.

Vid den i fig. 9 visade utföringsformen är dämpningselementet 40 praktiskt taget endast invid de bada anliggningsytorna 41 och 42 fast- hallet innanför skivan 3. Denna skiva 3 har därvid avtrappade insvarv- ningar 43 och 44, varvid ansatsen 45 vid dämpningselementets 40 yttre omkrets 46 halles i det utåt utvidgade spåret 43 och den främre änden av dämpningselementet 40 vilar på en omkringgáende krage 4? pà drag- stàngen 2. Tyngdpunkten 48 hos detta dämpningselement 40 ligger där- vid utanför rotorskivan 3, varför även i detta fall definierade krafter kommer att angripa vid anliggningsytorna 41 och 42 vid maskinens drift.

Mellan insvarvningen 44 och den yttre omkretsytan 46 på dämpningsele- mentet 40 kommer även i detta fall en i axiell riktning förstorande radiell spalt Q att förekomma, för att spältvariationer automatiskt skall utjämnas.

Med hjälp av de sålunda beskrivna dämpningselementen och deras anordnande i luftgapet mellan en dragstång och den inre mantelytan i ett motsvarande hal i rotorskivorna erhålles saledes noggrant be- stämbara centrifugalkraftberoende anliggningskrafter, vilka dock er- hålles utan deformering av dessa dämpningselement och vilka sålunda även vid varierande luftgapsstorlek alltid kommer att uppvisa lika värden, vilka endast är varvtalsberoende.

Claims (10)

7807041-4 Patentkrav

1. Anordning för svängningsdämpning vid rotorer till turbo- maskiner, vilka rotorer är sammansatta av ett flertal rotorskivor (3) och. är hopspända med hjälp av en i ett hål i dessa genomgående drag- stàng (2), varvid centrifugalkraftsberoende verkande dämpningselement (4) är insatta i luftgapet (1) mellan dragstangen (2) och den inre mantelytan i hålet i rotorskivorna (3), k ä n n e t e c k n a d av att dämpningselementen (hg 30; 40) består av likformigt utefter luft- gapets (1) omkrets fördelade ringsegment, vilka vid var sin diskret, remsformig anliggningsyta (7, 10; 31, 32; 41, #2) anligger dels mot dragstángens (2) ytteryta och dels mot den inre mantelytan i hálet igenom rotorskivorna (3), varvid nämnda anliggningsytor i dämpnings- elementets längdriktning är anordnade na ett avstånd (a) från varand- ra och är anordnade vid en sådan del av dämpningselementet, att dettas tyngdpunkt (1t; 36; 48) kommer att ligga utanför området med anligg- ningsytorna.

2. Anordning enligt kravet 1, k ä n n e t e c k n a d av att avståndet (a) mellan anliggningsytorna (7, 10; 31, 32; 41, #2) är mindre än avståndet (b) mellan den radiellt yttersta anliggningsytan (10; 32; #2) och tyngdpunkten (11; 36; 48) i dämpningselementet (4; 30; UG).

3. Anordning enligt kravet 1, k ä n n e t e c k n a d av att dämpningselementen (U; 30; HO) på sådant sätt smalnar av mot den fria änden, att endast på ovansidan (8; 35; #6) en mot den fria änden för- storande radiell spalt (t) uppkommer.

4. Anordning enligt kraven 1 - 3, k ä n n e t e c k n a d av att ansliggningsytorna (7, 10) är bildade av över dämpningselementets bredd förlöpande radiellt utskjutande utspràng (6, 9), vilka i peri- feririktningen är så förskjutna sinsemellan, att avståndet mellan det radiellt innerst liggande utspranget (6) och dämpningselementets (h) tyngdpunkt (11) är större än motsvarande avstånd för det radiellt yt- terst liggande utsprånget (9) (fig. 2).

5. Anordning enligt kraven 1 - 3, k ä n n e t e c k n a d av att anliggningsytorna (31, 32; 41, 42) förlöper i dämpningselementets (30; U0) perifeririktning och vid deras insida är bildade av en invid den ena änden av dämpningselementet anliggande, roterande krage (33; H7) pa dragstangen (2) och vid deras utsida är bildade av ett utsprang (34; ü5) pa dämpningselementet som skjuter ut i radiell riktning och sträcker sig 1 perifeririktningen (fig. 7 - 9). _.,._.,.._., i” _ f _, __._._:_.__.__.__.:__-_.___v_-w 7807041-4

6. Anordning enligt nagot av kraven 1 - 5, k ä n n e t e c k - n a d av att dämpningselementens (b; 30) ringsegment är bredare än de tillhörande rotorskivorna (3) och vid sina axiella ändsidor har utsprang (12, 13; 37, 38), som omfattar rotorskivornas kanter (fig. 3).

7. Anordning enligt kravet 4, k ä n n e t e c k n a d av att omkring dragstangen (2) gående kragar (16, 17) är anordnade att på ömse sidor om dämpningselementen (4) fixera dessa i axiell riktning (fis- 5).

8. Anordning enligt kravet H, k ä n n e t e c k n a d av att dämpningselementens (U) axiella bredd är mindre än rotorskivornas (3) och att rotorskivorna vid dragstangshàlets inre mantelyta (15) är försedda med ett segmentbrett spar (14) i omkretsens riktning för axiell fixeringavdämpningselementen (Ä) (fig. 4).

9. Anordning enligt kravet 5, k ä n n e t e c k n a d av att rotorskivorna (3) vid dragstàngshàlets inre mantelyta och vid den ena ändsidan har avtrappade, ringformiga urtagningar (43, NU) för sam- verkan med de delar av dämpningselementen (40) som har anliggnings- ytor (b1, ü2), varvid den fria, åtminstone även tyngdpunkten (48) inne- hållande änden skjuter ut axiellt från rotorskivan (3) (fig. 9).

10. Anordning enligt kravet 4 eller 5, k ä n n e t e c k na d att vid ett som slut-segment (b') tjänande dämnningselement ändytorna (20, 21) i omkretsriktningen och även de angränsande ändytorna (22, 23) på de intilliggande dämpningselementen (4) är sinsemellan paral- lella (fig. 6). _ -......_