SE459111B - Anordning foer infaestning i en stroemningsmaskin av ett bladformigt element - Google Patents

Description

459111 Darrius-rotor vikten av en (ospolierad) strömlinjeform för bladen. För tvärströmsmaskiner är det typiskt att rotorbladen utsätts under rotation för växlande belastning medförande en viss utmattningseffekt. Hos tvärströmsmaskiner för vätskor blir bladinfästningens hâllfasthet till följd av vätskans relativt höga densitet kritisk för hela konstruktionen. Speciellt för vattenturbiner gäller att bladinfästningen inte får dimensioneras endast med hänsyn till normalt driftsvarvtal, utan den måste - dimensioneras för rusüngswnnñalet (dvs det varvtal i vilket turbinen kommer upp när bromsmoment från exempelvis en generator bortfaller). Hos vattenturbiner ligger rusningsvarvtalet i storleksordningen dubbeltdriftsvarvtal,De centrifugalkrafter till vilka man måste ta hänsyn vid dimensioneringen är då cirøa fyra gånger större än vid drifttillståndet. Hos maskiner med under drift omställbara blad utgör bladinfästningen samtidigt ledelementet för bladets omställningsrörelsel För att minimera slitage krävs såväl bastant dimensionering av ledelementet som dess lämpliga avtätning mot föroreningar som eventuellt medförs av mediet.

Enligt föreliggande uppfinning åstadkommes en bladinfästning med ingen eller på sin höjd nüniiral strömningspåverkan, med hög håll- fasthet och samtidigt ett säkert utförande. Utmattningshálhästhet kan fås hög tack vare en låg anvisningsfaktor. Hos omställbara blad kan ledelementet resp ledpunkten placeras optimalt relativt kraftcentret såväl i bladets kordariktning som tvärs denna.

Uppfinningen kännetecknas av de särdrag som framgår ur bifogade patentkrav. Enligt uppfinningen är ett blads fästpunkt placerad inuti bladets tvärsnittsyta. Denna placering medför att varje typ av gondolformade pâbyggnader för bladinfästning enligt hittills varande teknik helt utgår. Hos strömningsmaskiner för västkor kan sådana gondoler ha en utsträckning av tom mera än 20 % av bladets längd, och i beroende av de dimensioneranåe krafterna kan gondelarnas förekomst medföra en prestationsminskning på mer än 30 %.

Uppfinningen kommer nu att förklaras närmare med hjälp av bifogade schematiska ritningar vilka avser utföringsexempel och i vilka fig 1 är en perspektivvy av en enligt uppfinningen utformad rotor för en annars icke visad strömningsmaskin, i fig 2 visas tvärsnittet II i fig l i större skala, fig 3 visar samma tvär-' snittsområde före hopmonteringen, fig 4 är en planvy i riktningen för pilen IV i fig l av området kring bärarmen 9, fig 5A och SB är Rügdafitfixær utmed planet V-V i fig 4 genom tvâ utförings- alternativ, i fig 5c visas en fräs för framställning av urtaget enligt fig 3, fig 6 är en tvärsektion utmed planet VI-VI i fig SB, fig 7 är en tvärsektion utmed planet VII-VII i fig SB, fig 8 är en planvy analog fig 4 av ett alternativt utförande, fig 9 är en planvy, och fig.l0 är en sidovy av ledstycket enligt fíg 8, fig ll är en tvärsektion analog fig 2 genom ett annat alternativt utförande, och fig 12A,12B,12C är likadana tvär- sektioner genom tre andra alternativa utföranden.

Identiska eller analoga delar betecknas i alla ritningsfigurerna med identiska eller analoga hänvisningsbeteckningar.

I en närmare icke visad strömningsmaskin ingår enligt fig l-7 en rotor 20 som innefattar en axel 21 till vilken är ett rotor- blad l anslutet medelst tvâ bärorgan (äàæumar) 9.För överskàdlighet visas en rotor med endast ett blad, medan i praktiken givetvis kan även ett större antal blad förefinnas.

De med axeln ål parallella riktningarna betecknas i det följande som axiella, och med bärarmarna 9 parallella riktningarna som radiella. Rotorbladet l är avlångt och förlöper i axiell riktning, medan det av bärarmarna 9 uppbärs på radiellt avstånd 3 från axeln 21. Även antalet armar 9 kan variera och vara såväl ett, som mera än två. 459111 Armarna 9 är vridfast fästa till axeln 21, medan bladet l är på ett sätt som närmare kommer att förklaras i det följande anslutet till bärarmarna 9 så att detär vridbart kring en axel- linje A-A. Av en icke visad inställningsanordning av någon känd typ kan bladets lutning relativt bärarmarna 9 justeras, och eventuellt i valt läge fixeras, även under driften, dvs under rotorns rotation.

Bladet l har åtminstone i en del av sin profil en icke försum- bar tjocklek E genom att det uppvisar en droppformig profil som en flygplansvinge . Bladet 1 begränsas av två gavelytor 'lf samt av en relativt axeln 21 yttre nantelyta 1d och en relativt axeln 21 inre nantelyta le. Dessa bägge mantelytor utgår från bladets framkant la och möts resp skär varandra i bladets bakkant lb.

I bladets l tjockaste omrâde lc är på ett valt avstånd Q från var- dan gmæbfizn 1f ett i axiell riktning förlöpande långsträckt urtag 2 (fig 3) anordnat som begränsas av två sidoväggar 2a, Xi Urtaget 2 har en vald längd b och sidoväggarna2a,2b har i det visade exmplet formen av cylindriska ytor resp delytor som i en ge- mensam cylindrisk yta E med axellinjen A'-A' vilken kan sammanfalla med den redan tidigare nämnda axellinjen A-A. Srknägçnma 2a, Änkan t ex erhållas på så sätt, att en fräs 3 (fig SC) ned sfärisk eller torisk skäryta genom en inmatningsöppning 10 (fig 4 och 7) förs in bladet 1 och sedan i axiell riktning förflyttas i huvudsak med avståndet 0,5b åt bägge håll. Urtagen 2 kommer således att avslutas av två ändytor 2c (fig SB) i form av konkava klotkalotter (för över- skådlrßufiz visas i fhg'1eä hnmfiningäärrüngen 10).

I vardera urtag 2 är ett insats- eller ledstycke 4 anordnat, vilket i utföringsformen enligt fig l-7 består av tvâ halvor 4' och 4" som är åtskilda av ett mellanrum g och vridfast eller lag- rat fönaumæ ned varandra av en lagertapp 8 (fig 4, 5, 7).

Insatsstyckets båda halvor 4', 4" begränsas vardera av två sidoytor 4a, 4b, två yttre begränsningsytor 4d, 4e, var sin yttre ändyta 4c, och var sin inre ändyta 4f. Sidoytorna 4a, 4b har konvex cylnrkisk fonnned sæmm1kräuüngsradie 459111 urtagens 2 sidoväggar 2a, 2b, och de befinner sig således på amma inbördes avstånd Q vad sidoväggarnasza, 2b inbördes avstånd E är (fig 2).

De yttre begränsningsytorna 4d, ée har samma form som de om- givande delarna av bladets l yttre mantelytor ld, le och de befinner sig ävenledes på samma inbördes avstånd g (fig 3) som dessa. Avståndet 3 är härvid mindre än sidoväggarnas 2a, 2b minsta inbördes avstånd El (fig 2). De yttre ändytorna 4c kan antingen ha formen av en konvex klotkalott med samma radie som urtagets 2 ändytor 2c, och ligga på samma inbördes avstånd Q (fig 1) som dessa, eller de kan i ett alternativt utförande Zc' enligt fig SB vara plana. De inre ändytorna 4f är plana (fis 4).

I varje ledstyckshalva 4', 4" är en i axiell riktning förlöpande urborrning 6 för vridfast upptagande av lagertappen 8 anordnad.

I nællanrummet Q mellan de bägge halvorna 4', 4" är bärarmen 9, som vid sin ände är försedd med en öppning 9" (fig 7) i en ögla 9' (fig 7), vridbart pâträdd på lagertappen 8. Alternativt, och ned fördel, kan kärarnen 9 vara vridfast fäst vid en vridbart lagrad lagertapp 8.

Ledstycket 4 införs i urtaget 2 på så sätt, att det först vrides till ett läge enligt fig 3 där de yttre be9IäDSDin9SYt0fna 45: 49 fÖr1ÖPeI i huvudsak vinkelrätt mot bladets mantelytor ld, le. Sedan A skjuts ledstycket 4 i pilens 2 riktning in i urtaget 2, och därefter vrids det med omkring 900 till läget enligt fig 2 i vilket dess yttre begränsningsytor 4d, 4e, tack vare sin ovan nännda formgivr ning och det,:att deras inbördes avstånd É (fig 3) är lika med bladets 1 tjocklek i respektive område, "smälter samman"1mfi bladets mantelytor 1d, 1e. Ledstycket 4 hålls fast i detta läge antingen en- dast genom friktion (lämplig passningsgrad väljs) eller av ett spe- ciellt làselement såsom det senare beskrivna làsblecket. Noteras bör att ett rotorblad av respektive slag under driften inte utsätts för något nämnvärt vridmoment kring axellinjen A-A. 459111 Det på så sätt till sitt slutläge överförda insats- eller led- stycket 4 hålls kvar i urtaget 2 genom formingrepp av dess sido- ytor 4a, 4b med urtagets sidoväggar 2a, 2b. För att uppnå denna låseffekt krävs det i princip att åtminstone en av sidoväggarna 2a, 2b har en profilform hos vilken ett mellan dess bägge änd- kanter 2', 2" (fig 3) beläget omrâde Å ligger mera avlägset från den mittemot liggande sidoväggen än vad en rak förbindelse- linje g av dessa två ändkanter gör, och att insatsstyckets - intill denna sidovägg belägen sidoyta är utformad för direkt formingrepp med sidoväggen eller för formingrepp med ett in- skjutet -låselement vilket i sin tur står i formingrepp med Det senaste alternativet kommer att förklaras närmare i samband med fig 12A och l2B, av vilka det även kommer att framgå att en cylindrisk, eller över huvudtaget "rund" inte är det enda svaret på det ovan anförda villkoret. sídoväggen. ,form När ändytorna 20 i urtaget 2 får formen av en konkav klotkalott, och ändytorna 4c hos insatsstycket 4 får en motsvarande konvex form, så måste den åtgärden träffas, att de konkava klotka- lotterna 2c åt ett hål, dvs mot en av mantelytorna le, ld, fräsas bort till plana ytor eller pâ sin höjd till en konkav cylindrislç yta 2cc med minst samma krökningsradie som den resterande sfäriska ytan, för att insatsstycket 4 skall kunna införas i urtaget 2 (fig 4 och SA).

När ändytorna 4c' (fig SB) på insatsstycket 4 görs plana, behövs inte denna åtgärd. För säkring mot vridning ur slutläget och också för god stabilisering av insatsstycket 4 i axiell riktning, skjuts lâsbleck l3i11utmed dessa plana ytor 4c resp i raka spår 17 anordnade i dessa ändytor 4c'. Låsblecken l3 har avböjda ändpartier l3a smnärinfällda i mantelytorna ld, le genom att de vilar i spår 18 i dessa mantelytor. Åtminstone ett avett låäflecks 13 ändpartier l3a böjs först när blecket sitter på plats.

Sådana låsbleck kan användas även vid insatsstycken 4 med sfäriska ändytor 4c, om även i dessa ändytor anordnas raka spår l7 vilkas botten 17' då bildar en korda till den båge Q som i axiellt längdsnitt begränsar de konvexa ändytorna, som det visas med en streckad linje i fig SA. Genom urtagets 2 form med stor radie relativt bladets l dimensioner uppnås en hög utmattnings- hållfasthet.

I insatsstyckets 4 inre ändytor 4f är tätningar ll för lager- tappen 8 anordnade.

Fig 8 visar samma omrâde som fig 4 när ett modifierat insats- stycke 40 enligt fig 9 och 10 användes. Detta insatsstycke införs i sitt urtag 20 i samma riktning som enligt fig 3, och låses sedan genom en kort, raklinjig förskjutning relativt bladet l. Led- eller insatsstycket 40 består i det visade exemplet av tre zoner 40A med sexkantig tvärsnitt som är anordnade om- växlande med tvâ zoner 40B med rektangulärt tvärsnitt. De av raka sidoväggarna begränsade zonerna 40B är smalare än de breda zoner 40A hos vilka periferin av deras sidoväggar framskjuter utöver periferin av de smalare zonernas sidoväggar, som det bäst framgår ur fig 10.

Urtaget 20 uppvisar vid åtminstone en av mantelytorna ld, le en sådan av sina ändkanter 20' begränsad öppning 21 vilken træfatfiu alternerande smalare zoner ZOB, vilkas bredd svarar mot bredden hos insatsstyckets smalare zoner 408, och bredare zoner 20A, vilkas bredd svarar mot den maximala bredden hos insatsstyckets bredare zoner 40A.

Insatsstyckets 20 smalare zoner 20B har en vald längd i och dess bredare zoner 20A en vald längd 1, varvid bägge längderna lämpligen kan vara lika. Öppningens 21 bredare zoner 20A har en längd E som är minst lika stor som längden i, och dess smalare zoner 20B har en längd E som är lika med längden i. Urtaget 20 459111 har i hela sin utsträckning en sådan i fig 10 synbar profil, som kan ta upp insatsstyckets bredare zoner 40A. Urtagets 20 zoner 20A har härvid åstadkommits genom att där har de i fig 10 med streckade linjer avdelade partier 3 tagits bort.

Insatsstycket 40 införs i urtaget 20 med ett likadant raklinjig rörelse som i fig 3 och då i ett läge där dess zoner 40A resp 403 passerar in i urtaget 20 via zoner 20A resp 20B, varefter- insatsstycket 40 förskjuts axiellt i pilens gl riktning med en sträcka lika med längden E tills insatsstyckets zoner 40A befinner sig i urtagets zoner 20B och kvarhålls där genom form- ingrepp mellan de respektive mot varandra anliggande sexkant- konturerna. Genom ett icke visat lämpligt låselement säkras insatsstycket därefter mot oönskad axiell förskjutning tillbaka till införingsläget.

Ur ritningarna framgår, att den konkreta formen av de bredare zonernas sidoväggar kan väljas inom breda gränser, varvid den visade sexkantformen endast är ett exempel. Dessa sidoväggar _ kan t ex gärna vara konvex cylindriska som t ex i fig 3 och ur- tagets20 sidoväggar konkav cylindriska. .

Bärarmen 9 kan vara fästad till insatsstycket 40 på samma sätt som i fig 1-7,t ex genom att det visade insatsstycket 40 bildar en av tvâ identiska halvor som är förenade av en i öppningen 6 införd lagertapp, eller, vid icke omställbara blad,kan bär' armen 9 vara fastsvetsad vid ytan le som det antyds vid 9'.

Observeras bör att i det sistnämnda fallet kan urtaget 20 och insatsstycket 20 också förlöpa vinkelrätt mot bladets l längd- riktning, dvs i riktningen för tvärsnittet II i fig 1, vilket visas vid 9“Ä Hålet 6 utgår givetvis när bärarmen 9 svetsas fast.

I fig 11 visas ett insatsstycke 41 i ett urtag 21 vilka bägge är begränsade av åt samma håll krökta cylindriska sidoväggar resp -ytor med två olika krökningsradier. Om dessa radier utgår från samma axellinje (som nu ligger utanför urtaget 21), dvs om alla cylindriska ytorna är koncentriska, så kan insatsstycket 41 införas i urtaget 21 på liknande sätt som i fig 3, närmare bestämt genom rörelse utmed en bågformig bana i pilens 2: riktning.

Om de cylindriska ytorna inte är koncentriska, t ex när alla fyra har samma krökningsradie, så måste urtaget 21 utgå från bladets 1 gavelyta lf (fig 1), (dvs avståndet a blir lika med noll), och insatsstycket 41 skjuts in i urtaget 21 genom en axiell rörelse som då är avsevärt längre än i fallet enligt fig 8.

I fig 12A och l2B visas slutligen utföringsformer med ett eller med två mellan insatsstycket 42 resp 43 och urtaget 22 resp 2' inskjutna lâselement 30 resp 31. Dessa låselement har dels sidoytor, vilka har samma form som de intilliggande sidoväggar hos urtaget 22 resp 2, och dels som de intilliggande sidoytor hos insatsstycket 42 resp 43. Noteras hör att även hos alla visade former av dessa sidoväggar och sidoytor uppfylls det ovan anförda villkoret med linjen g och området Å.

I fig 12C visas ett utföringsexempel i vilket urtaget 2a inte upptar bladets 1 hela tjocklek, så att det med endast två änd- kanter 2', 2'a penetrerar endast en mantelyta 1e av bladet 1. Även i detta fall mäste åtminstone en av urtagets sidoväggar vara underskuren (i det visade exemplet är båda) och villkoret kan då uttryckas så, att ett område f ligger längre bort från den mittemot belägna sidoväggen än vad en rak linje gl gör vilken i respektive ändkant 2' vinkelrätt sker en förbindelselinje 5 av de bägge förefintliga ändkanterna 2H 2'a (dvs i praktiken ut- gör en tangent till ifrågavarande mantelyta 1e). Allmänt kan såle- des underskärningen definieras på så sätt, att det finns ett omrâ- de É på avstånd från en intill liggande ändkant vilket ligger längre bort från den mittemot belägna sidoväggen än vad en refe- renslinje g, gl som passerar genom respektive ändkant 2' gör (wændd referenslinjen hos urtagen som penetrerar bägge mantelytor utgörs av en förbindelselinje g med samma sidoväggs andra ändkant, och hos urtag som penetrerar endast en mantelyta av normalen till förbindel- selinjen med urtagets andra ändkant).

Claims (10)

10 459111 Insatsstycket 44 har givetvis även i utföringsformen enligt fig 12C samma form som urtaget ZA och uppvisar härvid endast en yttre begränsningsyta 44e. Utföringsformerna enligt fig l2A - 12C krävef i regel. att urtagen 2, 2A, 22 utgår från bladets gavelyta lf, varvid ele- menten 30, 31 dimensioneras lämpligen så, att de i slutläget utövar en kilverkan och således låser insatsstycket i respektive urtag. Patentkrav

1. Anordning för infästning i en strömningsmaskin medelst i åtminstone ett bärorgan (9) av ett bladformigt element, såsom § ett rotorblad (l), vilket begränsas av två mantelytor (ld, le) 1 och två gavelytor (lf), och vilket åtminstone i en del av sin profil uppvisar ett omrâde (lc) med icke försumbar tjocklek (t), k ä n n e t e c k n a d av att i bladelementet är på infästningsstället inom nämnda område anordnat ett urtag (2, 20, 21, 22) som begränsas av två sidoväggar (2a, 2b) vilka utmed två ändkanter (2', 2", 2'a, 20') skär åtminstone en av de bägge mantelytorna, och av åtminstone en ändyta (2c, 2cc) som förbinder sidoväggarna med varandra, varvid åtminstone en av si- doväggarna är underskuren genom att den på avstånd från sin ända kant uppvisar ett område (f) vilket ligger längre bort från den mittemot belägna sidoväggen än vad en rak referenslinje (g, g') gör som passerar genom nämnda ändkant, och att ett led- eller in- satsstycke (4, 40-44) förefinnes vilket begränsas av två sidoytor (4a, 4b ), åtminstone en yttre begränsningsyta (4d, 4e) och två ändytor (40), vilket insatsstycke är inskjutbart i urtaget ända till ett slutläge i vilket det är säkrat mot att dras ut ur urta- get genom en vinkelrätt mot nämnda mantelytor verkande kraft tack vare en av nämnda underskärning föranledd formingreppseffekt rela- tivt insatsstyckets tillvända sidoyta, i förekommande fall via ett inskjutet låselement (30, 31) med en profilform medförande formin- grepp med intilliggande sidovägg och sidoyta, varvid instatstyckets yttre begränsningsyta eller -ytor har sådan form och är så belägna att de i insatsstyckets sbfiiäge åtminstone närmelsevis utgör en fort- sättning av den omgivande mantelytan, och varvid bärorganet är an- slutbart till insatsstycket. 11 45 vb

2. Anordning enligt patentkrav 1, k ä n n e t e c k n a d av att urtagets sidoväggar skär bägge mantelytorna och nämnda refe- renslinje (g) utgörs av en rak förbindelselinje av respektive sidoväggs ändkanter vid bägge mantelytorna.

3. - Anordning enligt patentkrav 1, k ä n n e t e c k n a d av att urtagets största djup är mindre än bladelementets tjocklek i respektive omrâde så att urtaget (44) skär endast en mantelyta utmed två ändkanter (2', 2'a) och nämnda referenslinje (g') utgörs av en normal som i respektive ändkant skär en förbindelselinje (z) med den andra ändkanten.

4.Anordning enligt något eller nâgra av föregående patent- krav, k ä n n e t e c k n a d av att sidoväggarna och sidoytorna har mot varandra svarande cylindrisk form och att åtminstone en av sidoväggarna är konkav och den i insatsstyckets slutläge därintill belägna sidoytan är konvex.

5. Anordning enligt något eller nâgra av föregående patent~ krav, k ä n n e t e c k n a d av att den åtminstone ena ändytan har en åtminstone till en del konkav sfärisk form och den eventuella återstående delen har då konkav cylindrisk form med samma kröknings- radie-

6. Anordning enligt något eller nâgra av föregående patentkrav, k ä n n e t e c k n a d av att insatsstycket består av två halvor (4', 4") som medelst en lagertapp (3) är med ett mellanrum (M) förbundna med varandra och att bär- organet är i mellanrummet vridbart anslutet till lagertappen.

7. Anordning enligt något eller några av föregående patentkrav, k ä n n e t e c k n a d av att lagertappen är i bägge halvorna avtätad medelst i halvornas inre ändytor (4f) anordnade tätningar (ll).

8. 3. Anordning enligt något eller några av föregående patentkrav, k ä n n e t e c k n a d av att det minsta inbördes avståndet (c') mellan urtagets sidoväggar är större än inbördes avståndet (e) mellan insatsstyckets yttre ytor, så att insats- stycket kan införas i urtaget i riktningen vinkelrätt mot 12 459111 " o mantelytorna och sedan genom vridning med ungefär 90 bringas till slutläget.

9. . Anordning enligt något eller några av föregående patentkrav, k ä n n e t e c k n a d säkras i sitt slutläge medelst ett vid ände anordnat lâsbleck (13) som är insk av att insatsstycket 9 dess åtminstone ena jutet i ett i insats- styckets ändyta anordnat spår (17), varvid lâsbl i mantelytornas riktning avböjda, infällda ändpartier (l3a). ecket uppvisar företrädesvis i mantelytorna

10. Anordning enligt patentkrav l, k ä n n e t e c k j av att insatsstycket uppvisar ett flertal smalare zoner (408) med förbestämd längd och raka sidoytor, vilka zoner alter- xmuar med bredare zoner (40A) vilkas sidoytor har en utöver de raka sidoytornas periferi framskjutande periferi, och att n a d urtaget (20) i hela sin utsträckning har en profil som medger upptagande av de bredare zonerna, varvid vid åtminstone en av mantelytorna den av urtagets ändkanter (20') begränsade öppningen uppvisar alternerande bredare och smalare zoner (ZOA, ZOB) av vilka de bredare medger passage för insatsstyckets bredare zoner och förefinns i samma antal som dessa, och de smalare medger passage endast för urtagets smalare zoner och förefinns i antalet svarande mot dessa, så att insatsstycket i ett läge där dess olika zoner ligger vid motsvarande zoner hos nämnda öppning kan införas i urtaget i riktningen vinkelrätt mot mantelytorna, och sedan säkras mot att kunna dras ut i denna riktning genom en raklinjig förskjutning motsvarande län av en ZOn. gden (j)