DE2705000C2 - Anordnung zur Dämpfung von Torsionsschwingungen an Torsionswellen bei Strömungsmaschinen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Dämpfung von Torsionsschwingungen an Torsionswellen bei Strömungsmaschinen, gemäß Oberbegriff des Anspruchs 1.

Solche Anordnungen sind durch die DE-PS 5 62 354 und die GB-PS 5 79 430 bekannt Bei diesen bekannten Schwingungsdämpfunganordnungen sind die federelastisch aufeinandergedrückten Dämpfungsflächen der ersten und zweiten Kopplungsglieder in achsnormalen Ebenen liegend angeordnet (siehe GB-PS und Abbildung 1 von DE-PS) bzw. bestehen aus einer Flüssigkeitsbremse mit in radial-axial angeordneten Ebenen liegenden Bremsflügeln (siehe Abbildungen 2 und 3 von DE-PS). Dadurch ist keine bzw. nur eine sehr geringe axiale Relativbewegung zwischen den die ersten und zweiten Kopplungsglieder tragenden Bauteilen ermöglicht, wobei — da die die Kopplungsglieder federelastisch aufeinanderpressenden Federkräfte in achsparalleler Richtung verlaufen — bei einer axialen Relativbewegung zwischen Innenwelle und äußerer Hohlwelle die Größe des Dämpfungsmomentes verändert würde. Die Erfindung befaßt sich demgegenüber mit dem Problem der Torsionsschwingungsdämpfung bei Torsionswellen von Turbosätzen, insbesondere von Bahnstrom-Turbosätzen. Hierbei müssen verhältnismäßig große Relativbewegungen zwischen den die Kopplungsglieder tragenden Bauteilen, abgesehen von den radialen Relativbewegungen, zugelassen werden, ohne daß eine Beeinträchtigung der Torsionsschwingungsdämpfung eintreten darf. Heute übliche Turbosätze großer Leistung weisen sehr lange Wellenstränge auf, bei diesen können durch plötzliche Laständerungen am Generator Torsionsmomente auftreten, die zu unerwünschten Trosionsschwingungen der Welle führen können. Wegen der geringen Dämpfung der schlanken Wellen in den Lagern können sich diese Torsionsschwingungen bei periodischer oder resonanzartiger Anregung aufschaukeln und zu dynamischen Momenten führen, die in der Größenordnung der zu übertragenden statischen Momente liegen und damit eine Gefährdung der Wellenkupplungen darstellen. Dies gilt auch und besonders für direkt gekuppelte Einphasen-Bahnstrom-Turbosätze, bei denen Turbine und Generator über eine relativ lange Torsionswelle, die durch den Läufer der Turbinenniederdruckteile hindurchgeführt ist, miteinander verbunden sind, damit an sich kurzzeitige und stoßartig auftretende Drehmoment- und Winkelgeschwindigkeitsschwankungen ausgeglichen werden können.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Anordnung zur Dämpfung der eingangs definierten Art so auszubilden, daß mit ihr Torsionsschwingungen in Turbosatzwellen sicher gedämpft oder ganz unterdrückt werden können, ohne daß die axiale Relativbewegung der trosionselastischen Innenwelle zu der sie umgebenden Hohlwelle behindert wäre. Die neue Anordnung soll einfach ausgebildet und für den nachträglichen Einbau geeignet sein.

Erfindungsgemäß wird die gestellte Aufgabe mit einer Anordnung der im Oberbegriff des Anspruchs 1 uefinierten Aufbauform durch die im Kennzeichen des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Ansprüchen 2 bis 7 angegeben.

Die mit der Erfindung erzielbaren Vorteile sind vor allem darin zu sehen, daß nunmehr bei Turbosätzen, insbesondere Bahnstrom-Turbosätzen, das Aufschaukeln von Torsionsschwingungen bei periodischer bzw. resonanzartiger Anregung völlig vermieden wird, während bei stoßartigen Torsionsanregungen die Abklingzeit der Torsionsschwingungen wesentlich verkürzt wird. Eine axiale Relativbewegung zwischen ersten und zweiten Kopplungsgliedern, die bei Turbo-Sätzen in der Größenordnung von 10 bis 20 mm liegen kann, ist ohne weiteres möglich, ohne daß die Wirkung der Torsionsschwingungsdämpfung beeinträchtigt wäre. Die erfindungsgemäße Anordnung ist inspektionsfreundlich ausgebildet und läßt sich relativ einfach montieren, so daß auch eine Nachrüstung von bereits in Betrieb befindlichen Turbosätzen leicht möglich ist.

Der Erfindungsgegenstand unterscheidet sich auch von einer weiteren bekannten Dämpfungsanordnung nach der FR-PS 10 10 611, da die dort gezeigte Dämpfungsanordnung mit ihren Rollköipern 8 zwischen äußeren und inneren Kopplungsgliedern 4 bzw. 6 und einem umlaufenden Schmierfilm B für den rauhen Betrieb, wie er bei Turbosätzen gegeben ist, viel zu kompliziert aufgebaut ist. w

Anhand einer schemalischen Zeichnung sind Aufbej und Wirkungsweise eines Ausführungsbeispiels nach der Erfindung bei Anwendung in einem Bahnstromturbosatz näher erläutert. Dabei zeigt

Fig. 1 einen Längsschnitt durch die Niederdruckteil- i"> turbine eines derartigen Turbosatzes in schematischer Darstellung mit Torsionswelle und Wellenkupplung;

F i g. 2 einen Längsschnitt durch den im Spalt zwischen Turbinenläufer und Torsionswellenkupplung eingesetzten Schwingungsdämpfer und

F i g. 3 eine Aufsicht auf einen Viertelsektor des Dämpferringes im Teilschnitt entsprechend der Schnittlinie IH-III nach Fi g. 2.

In F i g. 1 ist ein Längsschnitt durch die Niederdruckteilturbine eines Bahnstromturbosatzes mit einer Torsionswelle gezeigt, anhand dessen Aufbau und Wirkungsweise der Erfindung näher erläutert werden sollen. Wie aus der Figur zu ersehen ist, ist die Welle 1 des nicht näher dargestellten Einphasengenerators über ihren Kupplungsflansch 2 und die auf den Wellenkonus ⁵ⁿ 3 aufgeschrumpfte Kupplungshälfte 4 mit der eigentlichen Torsionswelle 5 verbunden. Am Kupplungsflansch 6 am anderen Ende der Torsionswelle 5 ist außen der Kupplungsflansch 7 der Welle 8 des ebenfalls nicht dargestellten Hochdruckteils der Turbine und auf der Innenseite des Torsionswellenflansches 6 über den Flansch 9 der eigentliche Läufer 10 des Niederdruckteils 11 der Turbine befestigt.

Da der Niederdrucklätifer 10 und die Hochdruckturbine an der gemeinsamen Kupplung 12 über die durch den Läufer 10 hindurchgt'führte Torsionswelle 5 mit der Generatorwelle 1 gekuppelt ist, kann die Welle 5 somit als torsionselastisches F-Iement dienen und damit in gewissem Umfang auftt'ttende kurzzeitige und stoßartige Drehmomentschwar'kungen ausgleichen. Es können dabei jedoch Torsionsschwingungen auftreten, die bei periodischer oder resonanzartiger Anregung zu einem Aufschaukein und damit zu einem Bruch oder zu einem Anreißen der Kupplung 4 führen können.

Um diese Torsionsschwingungen zn dämpfen, ist in dem axialen Zwischenraum zwischen Turbinenläufer 10 und Torsionswellenkupplung 4 ein Schwingungsdämpfer 13 eingebaut, der im einzelnen in den F i g. 2 und 3 näher erläutert ist

Dieser Schwingungsdämpfer besteht im Prinzip aus zwei an den gegeneirianderschwingenden Bauteilen des Turbosatzes radial gegenüberstehenden ersten und zweiten Kopplungsgliedern., die über Reibungsschluß miteinander in Verbindung stehen. Im einzelnen ist dabei als erstes Kopplungsglied an der Stirnseite 15 des Niederdruckläufers 10 ein sich in axialer Richtung erstreckender Ring 16 mit einem radialen Befestigungsflansch 17 über Schrauben 18 befestigt Dieser Ring 16 weist rammehr eine Vielzahl von radialen Bohrungen 20 auf, in die noch im einzelnen zu beschreibende Reibungskörper 21 eingesetzt sind. Im einzelnen sind in die Bohrungen 20 zunächst Hülsen 22 aus einem Lagermetall feststehend eingesetzt in denen die aus einem gleitfähigen Kunststoff hergestellten und hohlkolbenförmig ausgebildeten Reibungskörper 21 radial gleitbar eingesetzt sind.

Radial außenliegend zum am Turbinenläufer 10 befestigten Ring 16 ist an der gegenüberliegenden Stirnseite 23 der Torsionswellenkupplung 4 als zweites Kopplungsglied ein weiterer zylindrischer Ring 25 mit einem radialen Befestigungsflansch 26 und entsprechenden Befestigungsschrauben 27 angeordnet. Der Innendurchmesser 28 des kupplungsseitigen Ringes 25 ist dabei geringfügig größer als der Außendurchmesser 29 des turbinenläuferseitigen Ringes 16. Der Ring 25 erstreckt sich dabei in axialer Richtung so weit, daß er die Bohrungen 20 des turbinenläuferseitigen Ringes 16 überdeckt und die Reibungskörper 21 gegen den Innenumfang 28 des Ringes 25 gepreßt werden.

Dazu sind in den Bohrungen 20 des turbinenläuferseitigen Ringes 16 als Schraubenfedern 30 ausgebildete Druckfedern angeordnet, die sich auf einer in das radial innenliegende Ende der Bohrungen 20 eingesetzten Scheibe 31 abstützen. Die Scheiben 31 weisen dabei noch einen axialen Bolzen 32 zur Führung der Schraubenfedern 30 auf. Diese Schraubenfedern 30 drücken nun aber nicht direkt auf die Reibungskörper 21, sondern in die hohlkolbenförmig ausgebildeten Reibungskörper 21 und sind zunächst ebenfalls hohlkolbenförmig ausgebildete, metallische Druckstücke 33 zweckmäßigerweise eingeklebt, in die dann die Schraubenfedern 30 eingreifen.

Als Verdrehsicherung weisen die Reibungskörper 21 einen seitlichen Schlitz 35 auf, in die eine in die Wandung des Ringes 16 eingeschraubte Sicherungsschraube 36, die gleichzeitig die Hülse 22 durchdringt, eingreift. Wie insbesondere auch aus F i g. 3 zu ersehen ist, die einen Teilquerschnitt und eine Seitenansicht entsprechend der Schnittlinie Hl-III aus Fig. 2 zeigt, werden durch die Schraubenfedern 30 stets eine Vielzahl von Reibungskörpern 21 mit ihren Stirnflächen 34 gegen den Innenumfang des kupplungsseitigen Ringes 25 gepreßt. Beim Betrieb der Maschine wird dieser Anpreßdruck durch die auf die relativ schweren Druckstücke 33 einwirkende Fliehkraft noch verstärkt. Die ?us einem gleitfähigen Kunststoff gefertigten Reibungskörper 21 haben zwar einen relativ kleinen Reibungskoeffizienten, der jedoch ausreicht, um radiale Schwingungen und Torsionsschwingungen in Umfangsrichtung sicher zu dämpfen und ein Aufschaukeln derartieer Schwingungen völlig zu vermeiden. Durch

die federbelastete Anordnung der Reibungskörper sind darüber hinaus radiale und axiale Verschiebungen zwischen Torsionswelle bzw. Torsionswellenkupplung und dem Läufer, die durch unterschiedliche Wärmedehnungen bedingt sein können, unbehindert möglich.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (7)

Patentansprüche:

1. Anordnung zur Dämpfung von Torsionsschwingungen an Torsionswellen bei Strömungsmaschinen, wobei zwischen gegeneinanderschwingenden, gleichsinnig umlaufenden und einander gegenüberstehenden rotationssymmetrischen Bauteilen einer torsionselastischen Innenwelle und einer diese koaxial umgebenden Hohlweile ein Schwingungs dämpfer mit ringförmig angeordneten, federelastisch aufeinandergedrückten ersten und zweiten Kopplungsgliedern angeordnet ist, welche den Torsionsschwingungsmomenten entgegengesetzte Reibungsmomente erzeugen, dadurch gekennzeichnet, daß in Anwendung auf Torsionswellen bei Turbosätzen, insbesondere Bahnstromturbosätzen, das erste Kopplungsgiied aus einem an der Stirnseite (15) des Turbinenläufers (10) befestigten, sich in axialer Richtung erstreckenden Ring (16) mit radial gerichteten, nach außen offenen Bohrungen (20) zur Aufnahme von radial verschieblich und federbelastet gelagerten Reibungskörpern (21) besteht und daß das zweite Kopplungsglied aus einem weiteren, an der gegenüberliegenden Stirnseite (23) der Wellenkupplung (4) befestigten zylindrischen Ringkragen (25) besteht, wobei der Ringkragen (25) mit seinem Innenumfang (28) mit geringem Radialabstand den Außenumfang (29) des turbinenläuferseitigen Ringes (16) umgibt und die radialen Bohrungen (20) des Ringes (16) überdeckt, so daß die Reibungskörper (21) bei zueinander axialer und radialer Beweglichkeit des Turbinenläufers (10) und der Wellenkupplung (4) radial gegen den Innenumfang (28) des kupplungsseiiigen Ringkragens (25) preßbar sind.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im Innern der hohlkolbenförmig ausgebildeten Reibungskörper (21) eine als Schraubenfeder ausgebildete Druckfeder (30) geführt ist, die sich auf einer in das radial innenhegende Ende der radialen Bohrungen (20) eingesetzten Widerlagerplatte (31) abstützt und daß in die Reibungskörper (21) zwischen diesen und den Schraubenfedern (30) ein ebenfalls hohlkolbenförmiges, metallisches Druckstück (33) eingesetzt ist, das bei laufender Maschine fliehkraftabhängig den Anpreßdruck der Reibungskörper (21) verstärkt.

3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß in die Bohrungen (20) des Ringes (16) eine feststehende Hülse (22) aus Lagermetall eingesetzt ist, in die die Reibungskörper (21) radial gleitbar eingesetzt sind.

4. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Reibungskörper (21) einen seitlichen Schlitz (35) aufweisen, in die eine in die Bohrungswandung (16) und die feststehende Hülse (22) durchdringende Sicherungsschraube (36) eingreift.

5. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Reibungskörper (21) aus einem gleitfähigen Kunststoff bestehen.

6. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß Ring und Ringkragen (16,25) zweiteilig ausgeführt sind.

7. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Schwingungsdämpfer (13) in den axialen Zwischenraum zwischen dem zu einer Niederdruckteilturbine gehörenden Turbinenläufer (10) und der eine Torsionswellenkupplung des angekuppelten Generators bildenden Wellenkupplung (4) eingesetzt ist