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Schaufelbefestigung für eine Axialturbomaschine Die Erfindung bezieht
sich auf eine nachgiebige Schaufelbefestigung für eine Axialturbomaschine, z. B.
einen Axialverdichter.
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Es ist bei Lüftern bekannt, ein Schaufelrad mit einer Nabe durch einen
Ring aus elastischem Material zu verbinden. Außerdem ist auch eine Ausführung bekannt,
bei der einzelne Schaufeln eines Lüfters mit dem Rotor durch in diesen einvulkanisierte
Gummiklötze verbunden sind. Diese beiden bekannten Ausführungen eignen sich jedoch
nicht zur Aufnahme größerer Zentrifugalkräfte bei höheren Drehzahlen und sind insbesondere
nicht für verstellbare Schaufeln geeignet.
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Demgegenüber besteht die Erfindung darin, daß der Schaufelzapfen an
seinem freien Ende im Schaufelträger festgehalten ist, während er an seinem dem
Schaufelblatt zugekehrten Ende durch ein bezüglich der Schaufelachse allseits radial
federndes Element gegen den Schaufelträger abgestützt ist.
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Unter Schaufel ist eine im wesentlichen radial zur Maschinenachse
stehende, auf dem Rotor angebrachte Laufschaufel oder eine ebenso stehende, im Maschinengehäuse
oder einem zwischen diesem und dem Rotor befindlichen Hilfsgehäuse angebrachte Leitschaufel,
unter Schaufelachse die Rotations-Symmetrieachse des Schaufelfußes zu verstehen.
Die Laufschaufeln wie auch die Leitschaufeln können feststehend oder einstellbar,
nämlich um ihre senkrecht zur Maschinenachse verlaufende Schaufelachse drehbar angeordnet
sein.
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Während des Betriebes erfahren die Schaufeln bekanntlich durch Ungleichmäßigkeiten
der Strömung hinsichtlich Richtung und Stärke Stöße und damit Schwingungen: Die
Schwingungen führen an den Schaufeln zu Belastungswechsel. Da die anregenden Störschwingungen
des Fördermediums relativ hohe Frequenz, z. B. einige hundert bis einige tausend
Hz aufweisen, so wird die bezüglich der ganzen Lebensdauer jeder Schaufel zu rechnende
Lastwechselzahl besonders hoch, so daß nicht mit sehr hohem zulässigem Festigkeitswert
gerechnet werden darf, da dieser bekanntlich mit der Anzahl der Lastwechsel stark
abnimmt.
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Die Energie dieser Schaufelschwingungen wird bei der erfindungsgemäßen
Schaufelbefestigung durch Einsetzen des Federelementes auf eine größere Materialmenge
verteilt und nicht nur auf die Berührstelle zwischen dem Schaufelfuß und dem Rotor
oder dem Gehäuse konzentriert. Durch die durch das Federelement erzielte.Dämpfung
des schwingenden Systems, nämlich der Schaufel einschließlich des Schaufelfußes
und des Federelementes, wird die Amplitude sowohl der durch die Stöße erzwungenen
Schaufelschwingungen wie insbesondere auch der Resonanz-Schaufelschwingungen verringert,
so daß die an der Schaufel auftretenden Spannungen vermindert werden, was der obigen
Forderung entspricht, daß nur relativ geringe Festigkeit in Rechnung gestellt werden
darf.
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Zugleich kann das Federelement, das zu dem schwingenden System gehört,
dazu herangezogen werden, daß die Eigenschwingungszahl des Systems nachträglich
korrigiert wird; man kann es z. B. durch ein. anderes von geringerer oder größerer
Federhärte ersetzen oder Material von ihm wegnehmen und dadurch die Eigenschwingungszahl
des Systems, sofern sie ohne Korrektur mit der Schwingungszahl der erregenden Stöße
übereinstimmen sollte, in einen anderen, ungefährlicheren Bereich verlegen, also
das aus Schaufel und Federelement einerseits und schwingendem Fördermedium andererseits
bestehende Gesamtschwingungssystem verstimmen.
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Die vorgeschlagene Schaufelbefestigung eignet sich besonders für Fördermedien
hoher Dichte, wie sie etwa bei höheren Drücken auftritt, weil die auf die Schaufeln
wirkenden Stöße dann besonders intensiv sind und die Schaufelschwingungen stark
werden.
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Bei einer Ausführungsform ist das Federelement ein ringförmiges Glied
von U-förmigem Querschnitt, wobei die beiden freien Schenkel des Gliedes parallel
zur Schaufelachse stehen. In diesem Fall, wo die federnde Eigenschaft durch die
äußere Gestalt des Elementes verursacht wird, kann das Federelement etwa aus metallischem
Werkstoff, z. B. Stahl, bestehen. Bei einem anderen Ausführungsbeispiel ist das
Federelement ein um den Schaufelzapfen angeordneter Ring, der in an sich bekannter
Weise aus weichelastischem
Werkstoff besteht. Hier ist das Element
auf Grund der Werkstoffeigenschaften (Gummi, Kunststoff usw.) federnd.
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Die Zeichnung zeigt drei Ausführungsbeispiele. Fig. 1 ist ein Schnitt
durch einen Teil einer ersten Ausführungsform einer erfindungsgemäß ausgebildeten
Schaufelbefestigung an einer Axialturbomaschine, Fig.2 ein Schnitt durch eine abgewandelte
Bauart, Fig. 3 zeigt eine Einzelheit einer dritten Ausführungsform.
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In dem Rotor 1 sind Laufschaufeln gehalten, von denen in Fig. 1 nur
eine sichtbar ist. Jede Schaufel besteht aus einem Schaufelblatt 2 und einem ein
Gewinde 3 aufweisenden Schaufelfuß 4. Der Schaufelfuß ist durch eine im Rotor befindliche
Bohrung 5 geschoben und mittels Muttern 6 im Rotor festgeschraubt. Der Fuß 4 weist
einen Bund 7 auf, der sich in der dargestellten Befestigungsstellung gegen eine
Fläche 8 des Rotors abstützt. Zwischen dem dem Blatt 2 zugekehrten Teil 9 des Schaufelfußes
4 und einem Ringansatz 11 des Rotors 1 ist ein U-förmigen Querschnitt aufweisendes,
ringförmiges, z.B. aus Stahl bestehendes Federelement 12 eingespannt, dessen freie
Schenkel 14, 15 parallel zu der Schaufelachse 13 stehen, die ihrerseits wenigstens
angenähert senkrecht zu der in Fig. 1 waagerecht verlaufenden Maschinenachse steht.
Die in Fig. 1 dargestellte Laufschaufel ist fest im Rotor 1 angebracht, also nicht
einstellbar.
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Bei der abgewandelten Bauart nach Fig. 2 ist in dem Rotor 1 eine einstellbare,
-nämlich um die Achse 13 drehbare Schaufel gehalten. In dem in der Figur oberen,
erweiterten Teil 16 der Bohrung 5 befindet sich ein Kugellager 17 und zwischen ihm
und dem Teil 9 des Schaufelfußes 4 ein aus weichelastischem Werkstoff bestehender
Ring 18, der zwischen zwei Einfassungsringen 19, 21 sitzt. Der in Fig. 2 untere
Teil des Schaufelfußes 4 ist über ein Wälzlager 22 abgestützt, unterhalb dessen
ein Schwenkarm 23 angreift, von dem aus die Schaufel 2, 4 um die Achse 13 gedreht
werden kann.
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Den dargestellten Federelementen 12, 18 entsprechende Elemente können
auch zur Befestigung der Leitschaufeln im Gehäuse oder einem zwischen diesem und
dem Rotor befindlichen Hilfsgehäuse verwendet werden.
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Gegenüber Fig. 1 abgewandelte Federelemente 12' haben Doppel=U- oder
federbalgenartigen Querschnitt (Fig. 3).