DE2705000C2 - Arrangement for damping torsional vibrations on torsional shafts in flow machines - Google Patents
Arrangement for damping torsional vibrations on torsional shafts in flow machinesInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Dämpfung von Torsionsschwingungen an Torsionswellen bei Strömungsmaschinen, gemäß Oberbegriff des Anspruchs 1. The invention relates to an arrangement for damping torsional vibrations on torsional waves in turbomachines, according to the preamble of claim 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.Such arrangements are known from DE-PS 5 62 354 and GB-PS 5 79 430. These are known Vibration damping arrangements are the resiliently pressed damping surfaces of the The first and second coupling links are arranged horizontally in planes normal to the axis (see GB-PS and illustration 1 of DE-PS) or consist of a fluid brake with radially-axially arranged planes lying brake wings (see Figures 2 and 3 of DE-PS). As a result, there is no or only a very small one allows axial relative movement between the components carrying the first and second coupling members, where - since the spring forces compressing the coupling members in a resilient manner in an axially parallel manner Direction run - with an axial relative movement between the inner shaft and the outer hollow shaft the size of the damping torque would be changed. The invention is concerned with the Problem of torsional vibration damping in the case of torsion waves from turbo sets, in particular from traction current turbo sets. Here, there must be relatively large relative movements between the coupling members load-bearing components, apart from the radial relative movements, are permitted without that an impairment of the torsional vibration damping may occur. Turbo sets common today high performance have very long shaft strings, with these sudden load changes on the Generator torsional moments occur, which lead to undesirable torsional vibrations of the shaft can. Because of the low damping of the slim shafts in the bearings, these torsional vibrations can occur in the case of periodic or resonance-like excitation, they swing up and become dynamic moments lead, which are in the order of magnitude of the static moments to be transmitted and thus a hazard of the shaft couplings. This also and especially applies to directly coupled single-phase traction current turbo sets, in which the turbine and generator have a relatively long torsion shaft that runs through the rotor of the Turbine low-pressure parts is passed through, are connected to each other, so that per se short-term and sudden torque and angular velocity fluctuations are compensated can.
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.The invention is based on the object of providing the arrangement for damping of the type defined at the outset to be trained in such a way that torsional vibrations in turbine generator waves are safely damped or completely suppressed can be without the axial relative movement of the corrosion-elastic inner shaft to which they surrounding hollow shaft would be hindered. The new arrangement should be simple and designed for the be suitable for subsequent installation.
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.According to the invention, the set object is achieved with an arrangement as described in the preamble of claim 1 Undefined design solved by the features specified in the characterizing part of claim 1 advantageous Further developments are given in claims 2 to 7.
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.The advantages that can be achieved with the invention are mainly to be seen in the fact that now with turbo sets, especially traction current turbo sets, the build-up of torsional vibrations with periodic resp. resonance-like excitation is completely avoided, while with shock-like torsional excitations the Decay time of the torsional vibrations is significantly shortened. An axial relative movement between first and second coupling links, which are on the order of 10 to 20 mm in turbo sets can, is easily possible without impairing the effect of the torsional vibration damping were. The arrangement according to the invention is designed to be inspection-friendly and can be relatively simple so that it is easy to retrofit turbo sets that are already in operation.
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. wThe subject matter of the invention also differs from another known damping arrangement according to FR-PS 10 10 611, since the damping arrangement shown there with its rolling heads 8 between outer and inner coupling members 4 and 6 and a circumferential lubricating film B for rough operation, as in Turbosets are given, is set up much too complicated. w
Anhand einer schemalischen Zeichnung sind Aufbej und Wirkungsweise eines Ausführungsbeispiels nach der Erfindung bei Anwendung in einem Bahnstromturbosatz näher erläutert. Dabei zeigtBased on a schematic drawing, Aufbej and mode of operation of an exemplary embodiment according to the invention when used in a traction current turbine set explained in more detail. It shows
Fig. 1 einen Längsschnitt durch die Niederdruckteil- i"> turbine eines derartigen Turbosatzes in schematischer Darstellung mit Torsionswelle und Wellenkupplung;Fig. 1 is a longitudinal section through the low pressure part i "> turbine of such a turbo set in a schematic representation with torsion shaft and shaft coupling;
F i g. 2 einen Längsschnitt durch den im Spalt zwischen Turbinenläufer und Torsionswellenkupplung eingesetzten Schwingungsdämpfer undF i g. 2 shows a longitudinal section through the gap between the turbine rotor and the torsion shaft coupling used vibration damper and
F i g. 3 eine Aufsicht auf einen Viertelsektor des Dämpferringes im Teilschnitt entsprechend der Schnittlinie IH-III nach Fi g. 2.F i g. 3 a plan view of a quarter sector of the damper ring in partial section according to the section line IH-III according to Fig. 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.In Fig. 1 shows a longitudinal section through the low-pressure turbine section of a traction current turbine set with a torsion shaft, with the aid of which the structure and mode of operation of the invention are to be explained in more detail. As can be seen from the figure, the shaft 1 of the single-phase generator, not shown in detail, is connected to the actual torsion shaft 5 via its coupling flange 2 and the coupling half 4 shrunk onto the shaft cone 5n 3. On the outside of the coupling flange 6 at the other end of the torsion shaft 5 is the coupling flange 7 of the shaft 8 of the high pressure part of the turbine, also not shown, and on the inside of the torsion shaft flange 6 via the flange 9 of the actual rotor 10 of the low pressure part 11 of the turbine.
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.Since the low pressure fan 10 and the high pressure turbine on the common coupling 12 via the torsion shaft 5, which is passed through the rotor 10, with the Generator shaft 1 is coupled, the shaft 5 can thus serve as a torsionally elastic F-Iement and thus in Occurring to a certain extent, short-term and jerky Compensate for torque fluctuations. However, torsional vibrations can occur, which at periodic or resonance-like stimulation to a look-up and thus to a break or to one Ripping of the clutch 4 can lead.
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 istIn order to dampen these torsional vibrations, there is 10 in the axial space between the turbine rotor and torsion shaft coupling 4, a vibration damper 13 is installed, which is shown in detail in FIGS. 2 and 3 is explained in more detail
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.This vibration damper basically consists of two mutually oscillating components of the Turbosatzes radially opposite first and second coupling members., The frictional engagement are related to each other. In detail, the first coupling member on the end face 15 of the Low-pressure rotor 10, a ring 16 extending in the axial direction with a radial fastening flange 17 is fastened by means of screws 18. This ring 16 has a large number of radial bores 20 on, into which friction bodies 21 to be described in detail are inserted. In detail, in the bores 20 first sleeves 22 made of a bearing metal fixedly inserted in which the from A friction body 21 made of slidable plastic and embodied in the form of a hollow piston, radially are inserted slidably.
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.Radially external to the ring 16 attached to the turbine rotor 10 is on the opposite one End face 23 of torsion shaft coupling 4 as a second coupling member with a further cylindrical ring 25 a radial fastening flange 26 and corresponding fastening screws 27 are arranged. The inside diameter 28 of the clutch-side ring 25 is slightly larger than the outer diameter 29 of the turbine rotor-side ring 16. The ring 25 extends in the axial direction so far that it the bores 20 of the turbine rotor-side ring 16 covered and the friction body 21 against the Inner circumference 28 of the ring 25 are pressed.
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.For this purpose, helical springs 30 are designed as helical springs 30 in the bores 20 of the ring 16 on the turbine rotor side Compression springs are arranged, which are inserted into the radially inner end of the bores 20 Support washer 31. The discs 31 still have an axial bolt 32 for guiding the Coil springs 30. However, these coil springs 30 now do not press directly on the friction body 21, but rather in the friction bodies 21, which are designed in the shape of a hollow piston, and are initially also in the shape of a hollow piston trained, metallic pressure pieces 33 are expediently glued into which the coil springs are then 30 intervene.
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. DurchTo prevent rotation, the friction bodies 21 have a lateral slot 35 into which one is inserted Wall of the ring 16 screwed securing screw 36, which at the same time penetrates the sleeve 22, intervenes. As in particular also from FIG. 3 can be seen, which are a partial cross-section and a side view corresponding to the section line HI-III from FIG. 2 shows, the coil springs 30 are always a A plurality of friction bodies 21 with their end faces 34 against the inner circumference of the clutch-side Ring 25 pressed. When the machine is in operation, this pressure is exerted on the relatively heavy Pressure pieces 33 acting centrifugal force even stronger. The? Made of a sliding plastic Although friction body 21 have a relatively small coefficient of friction, which is sufficient to radial To dampen vibrations and torsional vibrations in the circumferential direction safely and a buildup to avoid such vibrations completely. By
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.the spring-loaded arrangement of the friction bodies are also radial and axial displacements between the torsion shaft or torsion shaft coupling and the rotor, caused by different thermal expansions can be conditional, possible without hindrance.
Hierzu 2 Blatt ZeichnungenFor this purpose 2 sheets of drawings
Claims (7)
Priority Applications (1)
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DE19772705000 DE2705000C2 (en) | 1977-02-07 | 1977-02-07 | Arrangement for damping torsional vibrations on torsional shafts in flow machines |
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DE19772705000 DE2705000C2 (en) | 1977-02-07 | 1977-02-07 | Arrangement for damping torsional vibrations on torsional shafts in flow machines |
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DE2705000A1 DE2705000A1 (en) | 1978-08-10 |
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