WO2010020568A1 - Schaufelbefestigung mit dämpfungselement für eine strömungsmaschine - Google Patents
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- F05D2260/96—Preventing, counteracting or reducing vibration or noise
Definitions
- the invention relates to a blade attachment comprising a rotor provided with Schaufelfußnuten and at least one blade comprising a blade root and a Schaufelfußplatte, wherein the blade is designed for installation in the Schaufelfußnut.
- turbomachines turbine blades are generally used, each having an airfoil and a blade root.
- a steam turbine as an embodiment of a turbomachine comprises in
- a rotor which is rotatably mounted and a housing arranged around the rotor.
- the turbine blades are placed in so-called grooves in the rotor.
- grooves there are various Nutenformen known, such as the so-called T-shape or the Christmas tree groove.
- the blade roots are inserted into these grooves and, in use, are urged radially outwards by the centrifugal force, creating contact surfaces between the grooves and the blade roots.
- Bucket feet can be accurately fitted in the grooves, it may happen in operation that the turbine blades vibrate. On the one hand, such vibrations lead to flow losses and, on the other hand, also lead to material fatigue. It would be desirable to have an improved turbine blade attachment where blade vibration is minimized.
- a blade attachment comprising a rotor provided with Schaufelfußnuten and at least one blade comprising a blade root and a Schaufelfußplatte, wherein the blade is designed for installation in the Schaufelfußnut, the rotor a
- the friction means is arranged in the recess before the blade is installed in the blade root groove.
- the recess is in this case a little larger than the size of the friction means, whereby it is possible to insert the blade root in the Schaufelfußnut.
- the recess is designed as a bore.
- a bore is a comparatively quick and inexpensive way to make a recess.
- the friction means is formed as a pin, wherein the pin has a slightly smaller diameter than the bore.
- the friction means can be moved freely in the bore.
- there is then the possibility that the friction means is pressed against the blade base plate as a result of a centrifugal force acting in operation in the bore.
- the recess is made oblique with respect to the radial direction. Due to the oblique arrangement of the friction means in the obliquely arranged recess prevail frictional forces with which the vibration of a blade can be effectively damped. In operation, the friction means clamps in the recess against the blade root plate. The system of friction means, recess and blade root plate forms a rigid system. Disturbing vibrations are reduced by the rigid system.
- the recess is designed at an angle of 45 °.
- the recess may advantageously also be between 35 ° and 55 °, between 30 ° and 60 °, between 40 ° and 50 ° and between 25 ° and 75 °.
- the choice of angle depends on the coefficients of friction of the material of the rotor and the material of the friction means and the material of the blade root.
- the friction means has a lower coefficient of friction than the material of the rotor and the blade root.
- a bronze-like alloy has proven to be a material for the friction agent.
- the pin has a round-shaped end, which has contact with the blade root plate during operation.
- the rounded end has a suitable radius, which depends on the angle of the recess to the radial direction, on the thickness of the friction means.
- the blade root plate end has a bevel on which the friction means rests during operation.
- the friction means is here seen in cross-section substantially triangular.
- FIG. 1 shows a section of a blade attachment with a friction element
- FIG. 2 shows a plan view of a curved blade root
- FIG. 3 is an enlarged view of the friction means of FIG. 1;
- FIG. 4 shows a symbolized representation of the blade and of the blade attachment
- FIG. 5 shows a schematic diagram of the arrangement of the friction agent
- FIG. 6 shows a representation of the friction agent
- FIG. 7 is an illustration of an alternative embodiment of the friction means
- FIG. 1 is a plan view of a blade root with the friction means shown alternatively in FIG. 7.
- FIG. 1 shows a section of a blade root 1, which is arranged in a blade root groove 2 arranged in the rotor 3.
- the rotor 3 rotates in operation about a rotation axis, not shown.
- the one shown in Figure 1 Presentation shows the situation during operation.
- a centrifugal force in the radial direction 4 acts on the blade root 1.
- a recess 6 is arranged in the rotor 3.
- Recess 6 is arranged a friction means 7 movable.
- the friction means 7 also experiences a centrifugal force in operation in the radial direction 4 and exerts a force on a Schaufelfußplattenende 8. A movement of the Schaufelfußplattenendes 8 in the radial direction 4 is thereby effectively avoided, whereby blade vibrations are prevented.
- FIG. 2 shows a top view of the blade root 1 from above.
- the blade root 1 is executed here curved.
- the axis of rotation 9 is symbolized by the dotted line.
- On a first side of the blade root 1 a plurality of recesses 6 are arranged with friction means 7.
- the recesses 6 can in this case be arranged at equidistant intervals on the first side 10.
- On the second side 11 a plurality of recesses 6 are arranged with friction means 7 as well.
- the recesses 6 can be arranged at equidistant intervals on the second side 11. Preferably, at the ends of the second side 11, the number of recesses 6 heaped.
- the recess 6 is in this case designed as a bore, wherein the diameter of the bore is larger than the diameter of the running as a pin friction means 7.
- the recess 6 and the friction means 7 are inclined at an angle ⁇ relative to the axis of rotation 9.
- the angle ⁇ is preferably 45 °.
- the angle ⁇ is between 35 ° and 55 °.
- the angle is between 30 ° and 60 °.
- the angle is between 25 ° and 65 °.
- FIG. 4 symbolizes a representation of the blade vibrations of the blade.
- the blade root 1 has a contact with the Schaufelfußnut 2 at different support edges 5.
- the friction means 7 exerts a force on the centrifugal force
- the friction means 7 is shown symbolized.
- FIG. 6 shows a representation of the friction means 7.
- the friction means 7 is cylindrical in shape with a radius R. At the contact point 16 between the friction means 7 and the blade root 1, the friction means 7 is formed pointed under a radius R '.
- FIG. 7 shows an alternative embodiment of the friction means 7.
- the friction means 7 is in this case elongated and is seen in cross-section triangular.
- the Schaufelfußplattenende 8 is hereby bevelled.
- the recess 6 has a total of three straight walls 17. Under centrifugal force is the friction agent 7 moves in the radial direction 4, whereby the friction means 7 rests against the wall 17 and the chamfered surface 18.
- FIG. 8 shows a plan view of a curved blade root 1 with a total of four friction means 7 designed according to FIG.
- the friction agent 7 should have a low
- bronze-type alloys can be used. These alloys have a reasonably high density, which is comparable to steel, which makes it possible to generate sufficient contact forces.
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Abstract
Die Erfindung betrifft eine Schaufelbefestigung mit einem in einer Schaufelfußnut (2) angeordneten Schaufel, die einen Schaufelfuß (1) und eine Schaufelfußplatte aufweist, wobei eine Ausnehmung (6) im Rotor vorgesehen ist, in der ein Reibungsmittel (7) angeordnet wird, wobei im Betrieb eine Fliehkraft auf das Reibungsmittel (7) wirkt und das Reibungsmittel (7) gegen die Schaufelfußplatte drückt, wodurch Schwingungen vermieden werden.
Description
Beschreibung
SCHAUFELBEFESTIGUNG MIT DAMPFUNGSELEMENT FÜR EINE STRÖMUNGSMASCHINE
Die Erfindung betrifft eine Schaufelbefestigung umfassend einen mit Schaufelfußnuten versehenen Rotor und zumindest eine Schaufel umfassend einen Schaufelfuß und eine Schaufelfußplatte, wobei die Schaufel zum Einbau in die Schaufelfußnut ausgebildet ist.
In Strömungsmaschinen werden in der Regel Turbinenschaufeln eingesetzt, die jeweils ein Schaufelblatt und einen Schaufelfuß aufweisen. Eine Dampfturbine als Ausführungsbeispiel einer Strömungsmaschine umfasst im
Wesentlichen einen Rotor, der drehbar gelagert ist und ein um den Rotor angeordnetes Gehäuse. Die Turbinenschaufeln werden in sogenannte Nuten in dem Rotor angeordnet. Es sind verschiedene Nutenformen bekannt, wie beispielsweise die so genannte T-Form bzw. die Tannenbaumnut. Die Schaufelfüße werden in diese Nuten eingeschoben und werden im Betrieb durch die Fliehkraft in radialer Richtung nach außen gedrängt, wodurch Berührungsflächen zwischen den Nuten und den Schaufelfüßen entstehen. Trotz genauen Fertigungsmethoden und präzisen Fräsmöglichkeiten, die dazu führen, dass die
Schaufelfüße passgenau in den Nuten angeordnet werden können, kann es im Betrieb vorkommen, dass die Turbinenschaufeln schwingen. Solche Schwingungen führen einerseits zu Strömungsverlusten und führen andererseits auch zu einer Materialermüdung. Wünschenswert wäre es, eine verbesserte Turbinenschaufelbefestigung zu haben, bei der Schaufelschwingungen minimiert sind.
An dieser Stelle setzt die Erfindung an, deren Aufgabe es ist, eine Schaufelbefestigung anzugeben, bei der Schwingungen vermindert sind.
Gelöst wird diese Aufgabe durch eine Schaufelbefestigung umfassend einen mit Schaufelfußnuten versehenen Rotor und zumindest eine Schaufel umfassend einen Schaufelfuß und eine Schaufelfußplatte, wobei die Schaufel zum Einbau in die Schaufelfußnut ausgebildet ist, wobei der Rotor eine
Ausnehmung aufweist, in die ein Reibungsmittel angeordnet ist, das durch eine im Betrieb auftretende Fliehkraft gegen die Schaufelfußplatte gedrückt wird.
Mit der Erfindung wird nun vorgeschlagen,
Schaufelschwingungen zu vermeiden, indem ein Reibungsmittel derart gegen die Schaufelfußplatte gedrückt wird, dass eine Kraft ausgeübt wird, die Schwingungen wirksam verhindert. Das Reibungsmittel wird vor dem Einbau der Schaufel in die Schaufelfußnut in die Ausnehmung angeordnet. Die Ausnehmung ist hierbei ein wenig größer als die Größe des Reibungsmittels, wodurch es möglich wird, den Schaufelfuß in die Schaufelfußnut einzuschieben.
Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen angegeben .
In einer vorteilhaften Weiterbildung ist die Ausnehmung als eine Bohrung ausgeführt. Eine Bohrung ist eine vergleichsweise schnelle und günstige Möglichkeit eine Ausnehmung herzustellen. Vorteilhafterweise wird das Reibungsmittel als ein Stift ausgebildet, wobei der Stift einen geringfügig geringeren Durchmesser hat als die Bohrung. Dadurch kann das Reibungsmittel frei in der Bohrung bewegt werden. Insbesondere besteht dann die Möglichkeit, dass das Reibungsmittel infolge einer im Betrieb wirkenden Fliehkraft in der Bohrung gegen die Schaufelfußplatte gedrückt wird.
In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung ist die Ausnehmung gegenüber der radialen Richtung schräg ausgeführt. Durch die schräge Anordnung des Reibungsmittels in der schräg angeordneten Ausnehmung herrschen Reibungskräfte, mit denen die Schwingung einer Schaufel wirksam gedämpft werden kann.
Im Betrieb klemmt das Reibungsmittel in der Ausnehmung gegen die Schaufelfußplatte. Das System aus Reibungsmittel, Ausnehmung und Schaufelfußplatte bildet ein starres System. Störende Schwingungen werden durch das starre System vermindert.
Vorzugsweise ist die Ausnehmung unter einem Winkel von 45° ausgeführt. Die Ausnehmung kann vorteilhafterweise auch zwischen 35° und 55°, zwischen 30° und 60°, zwischen 40° und 50° sowie zwischen 25° und 75° betragen. Die Wahl des Winkels hängt von den Reibungskoeffizienten des Materials des Rotors und des Materials des Reibungsmittels und des Materials des Schaufelfußes ab.
In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung ist die
Ausnehmung an einem Schaufelfußplattenende angeordnet. Sofern Schwingungen auftreten im Betrieb sind diese Schwingungen an dem äußeren Ende der Fußplatte am stärksten. Daher ist es vorteilhaft, gerade an dieser äußeren stelle das Reibungsmittel anzuordnen. Schwingungen werden dadurch noch weiter vermindert.
In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung weist das Reibungsmittel einen niedrigeren Reibungskoeffizienten auf als das Material des Rotors und des Schaufelfußes. Als besonders vorteilhaft hat sich eine bronzeartige Legierung als Material für das Reibungsmittel bewährt.
In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung weist der Stift ein rund ausgebildetes Ende auf, das im Betrieb Kontakt mit der Schaufelfußplatte aufweist. Das rund ausgebildete Ende weist einen geeigneten Radius auf, der von dem Winkel der Ausnehmung zur radialen Richtung, von der Dicke des Reibungsmittels abhängt. Durch die rund ausgebildete Spitze des Reibungsmittels ist gewährleistet, dass bei einer
Schwingung der Schaufelfußplatte immer eine genügend große Anlagefläche zwischen dem Reibungsmittel und der Schaufelfußplatte herrscht.
In einer vorteilhaften Weiterbildung weist das Schaufelfußplattenende eine Abschrägung auf, an der das Reibungsmittel im Betrieb anliegt. Das Reibungsmittel ist hierbei im Querschnitt gesehen im Wesentlichen dreieckig ausgebildet .
Im Folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand von Figuren näher erläutert. Dabei zeigen:
Figur 1 einen Ausschnitt einer Schaufelbefestigung mit einem Reibungselement,
Figur 2 eine Draufsicht auf einen gekrümmten Schaufelfuß,
Figur 3 eine vergrößerte Darstellung des Reibungsmittels aus Figur 1,
Figur 4 eine symbolisierte Darstellung der Schaufel sowie der Schaufelbefestigung,
Figur 5 eine Prinzipskizze für die Anordnung des Reibungsmittels,
Figur 6 eine Darstellung des Reibungsmittels,
Figur 7 eine Darstellung einer alternativen Ausführungsform des Reibungsmittels,
Figur eine Draufsicht auf einen Schaufelfuß mit dem gemäß Figur 7 dargestellten alternativ ausgeführten Reibungsmittel .
Die Figur 1 zeigt einen Ausschnitt eines Schaufelfußes 1, der in eine im Rotor 3 angeordnete Schaufelfußnut 2 angeordnet ist. Der Rotor 3 rotiert im Betrieb um eine nicht näher dargestellte Rotationsachse. Die in Figur 1 gezeigte
Darstellung zeigt die Situation während des Betriebs. Während des Betriebs wirkt eine Fliehkraft in radialer Richtung 4 auf den Schaufelfuß 1. Zwischen dem Schaufelfuß 1 und dem Rotor 3 entsteht dadurch eine Berührung an den Tragflanken 5. In den Rotor 3 ist eine Ausnehmung 6 angeordnet. In dieser
Ausnehmung 6 ist ein Reibungsmittel 7 beweglich angeordnet. Das Reibungsmittel 7 erfährt ebenfalls eine Fliehkraft im Betrieb in radialer Richtung 4 und übt eine Kraft auf ein Schaufelfußplattenende 8 aus. Eine Bewegung des Schaufelfußplattenendes 8 in radialer Richtung 4 wird dadurch wirksam vermieden, wodurch Schaufelschwingungen verhindert sind.
Die Figur 2 zeigt eine Draufsicht auf den Schaufelfuß 1 von oben. Der Schaufelfuß 1 ist hierbei gekrümmt ausgeführt. Der Übersichtlichkeit wegen ist mit der strichpunktierten Linie die Rotationsachse 9 symbolisiert. Auf einer ersten Seite des Schaufelfußes 1 sind mehrere Ausnehmungen 6 mit Reibungsmitteln 7 angeordnet. Die Ausnehmungen 6 können hierbei in äquidistanten Abständen an der ersten Seite 10 angeordnet werden. Auf der zweiten Seite 11 sind ebenso mehrere Ausnehmungen 6 mit Reibungsmitteln 7 angeordnet. Die Ausnehmungen 6 können in äquidistanten Abständen an der zweiten Seite 11 angeordnet sein. Vorzugsweise ist an den Enden der zweiten Seite 11 die Anzahl an Ausnehmungen 6 gehäuft .
In der Figur 3 ist eine vergrößerte Darstellung des Reibungsmittels 7 mit der Ausnehmung 6 zu sehen. Die Ausnehmung 6 ist hierbei als Bohrung ausgeführt, wobei der Durchmesser der Bohrung größer ist als der Durchmesser des als Stift ausgeführten Reibungsmittels 7. Die Ausnehmung 6 sowie das Reibungsmittel 7 sind unter einem Winkel α gegenüber der Rotationsachse 9 geneigt. Der Winkel α liegt vorzugsweise bei 45°. In alternativen Ausführungsformen liegt der Winkel α zwischen 35° und 55°. In einer weiteren alternativen Ausführungsform liegt der Winkel zwischen 30° und 60°. In einer weiteren alternativen Ausführungsform liegt
der Winkel zwischen 40° und 50°. In einer weiteren alternativen Ausführungsform liegt der Winkel zwischen 25° und 65° .
In der Figur 4 ist eine Darstellung der Schaufelschwingungen der Schaufel symbolisiert. Die Schaufel 12, die durch einen Strich symbolisiert ist, kann eine Schwingung 13 ausführen. Der Schaufelfuß 1 weist bei verschiedenen Tragflanken 5 einen Kontakt mit der Schaufelfußnut 2 auf. Das Reibungsmittel 7 übt unter Fliehkrafteinwirkung eine Kraft auf das
Schaufelfußplattenende 8 auf. An der Reibstelle 14 erfolgt eine Reibung zwischen dem Reibungsmittel 7 und dem Schaufelfußplattenende 8, wodurch eine Schwingung reduziert wird. Ebenso ist an der zweiten Reibstelle 15 eine Reibung zwischen dem Reibungsmittel 7 und dem Rotor 3 vorhanden. Diese Reibung wirkt der Fliehkraft entgegen.
In der Figur 5 ist das Reibungsmittel 7 symbolisiert dargestellt. Der Rotor 3 ist hierbei in einem Abstand a von dem Schaufelfuß 1 entfernt. Sofern das Reibungsmittel 7 unter einem Winkel von 45° gegenüber der Rotationsachse 9 angeordnet wird, liegt die Entfernung b des Reibungsmittels 7 bis zum Kontakt mit dem Schaufelfuß 1 unter der gleichen Entfernung wie a, wodurch gilt: a = b. Das Reibungsmittel 7 legt dann den Weg c = -Jla zurück.
In der Figur 6 ist eine Darstellung des Reibungsmittels 7 zu sehen. Das Reibungsmittel 7 ist zylinderförmig ausgeführt mit einem Radius R. An der Kontaktstelle 16 zwischen dem Reibungsmittel 7 und dem Schaufelfuß 1 ist das Reibungsmittel 7 unter einem Radius R' spitzförmig ausgebildet.
In der Figur 7 ist eine alternative Ausführungsform des Reibungsmittels 7 zu sehen. Das Reibungsmittel 7 ist hierbei länglich ausgebildet und ist im Querschnitt gesehen dreieckförmig . Das Schaufelfußplattenende 8 ist hierbei gerade abgeschrägt. Die Ausnehmung 6 weist insgesamt drei gerade Wände 17 auf. Unter Fliehkraft wird das Reibungsmittel
7 in radialer Richtung 4 bewegt, wodurch das Reibungsmittel 7 an der Wand 17 und der abgeschrägten Fläche 18 anliegt.
In der Figur 8 ist eine Draufsicht eines gekrümmten Schaufelfußes 1 mit insgesamt vier gemäß Figur 7 ausgebildeten Reibungsmitteln 7 zu sehen. Die Reibungsmittel
7 sind länglich ausgebildet und an den Enden des Schaufelfußes 1 angeordnet.
Das Reibungsmittel 7 sollte einen niedrigen
Reibungskoeffizient aufweisen, z. B. können bronzeartige Legierungen verwendet werden. Diese Legierungen weisen eine angemessen hohe Dichte auf, die vergleichbar ist zu Stahl, wodurch es möglich ist, ausreichende Kontaktkräfte zu erzeugen.
Claims
1. Schaufelbefestigung, umfassend einen mit Schaufelfußnuten (2) versehenen Rotor (3) und zumindest eine Schaufel, umfassend einen Schaufelfuß (1) und eine Schaufelfußplatte, wobei die Schaufel zum Einbau in die Schaufelfußnut (2) ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotor (3) eine Ausnehmung (6) aufweist, in die ein Reibungsmittel (7) angeordnet ist, das durch eine im Betrieb auftretende Fliehkraft gegen die Schaufelfußplatte gedrückt wird.
2. Schaufelfußbefestigung nach Anspruch 1, wobei der Rotor (3) entlang einer Rotationsachse (9) ausgebildet ist und der Schaufelfuß (1) und die Schaufelfußnut (2) gegenüber der Rotationsachse (9) gekrümmt ausgebildet ist.
3. Schaufelfußbefestigung nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Ausnehmung (6) eine Bohrung ist.
4. Schaufelbefestigung nach Anspruch 3, wobei das Reibungsmittel (7) als ein Stift ausgebildet ist
5. Schaufelfußbefestigung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Schaufel entlang einer in Bezug auf die Rotationsachse (9) radialen Richtung (4) ausgebildet ist und die Ausnehmung (6) gegenüber der radialen Richtung (4) schräg ausgeführt ist.
6. Schaufelfußbefestigung nach Anspruch 5, wobei die Ausnehmung (6) unter einem Winkel zwischen 35' und 55° gegenüber der radialen Richtung (4) schräg ausgeführt ist.
7. Schaufelfußbefestigung nach Anspruch 5, wobei die Ausnehmung (6) unter einem Winkel zwischen 30° und 60° gegenüber der radialen Richtung schräg ausgeführt ist .
8. Schaufelfußbefestigung nach Anspruch 5, wobei die Ausnehmung (6) unter einem Winkel zwischen 40' und 50° gegenüber der radialen Richtung (4) schräg ausgeführt ist.
9. Schaufelfußbefestigung nach Anspruch 5, wobei die Ausnehmung (6) unter einem Winkel zwischen 25' und 65° gegenüber der radialen Richtung (4) schräg ausgeführt ist.
10. Schaufelfußbefestigung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Schaufelfußplatte ein äußeres an dem Rotor anliegendes Schaufelfußplattenende (8) aufweist und die Ausnehmung (6) am Schaufelfußplattenende (8) angeordnet ist .
11. Schaufelfußbefestigung nach einem der Ansprüche 3 bis 10, wobei das Reibungsmittel (7) einen niedrigeren Reibungskoeffizienten aufweist als das Material des Rotors (2) und des Schaufelfußes (1) .
12. Schaufelfußbefestigung nach Anspruch 11, wobei das Material des Reibungsmittels (7) eine bronzeartige Legierung ist.
13. Schaufelfußbefestigung nach einem der Ansprüche 4 bis
12, wobei der Stift ein rund ausgebildetes Ende aufweist, das im Betrieb Kontakt mit der Schaufelfußplatte aufweist.
14. Schaufelfußbefestigung nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Schaufelfußplatte ein Schaufelfußplattenende (8) aufweist und das Schaufelfußplattenende (8) eine Abschrägung aufweist, an der das Reibungsmittel (7) im Betrieb anliegt.
15. Schaufelfußbefestigung nach Anspruch 14, wobei das Reibungsmittel (7) im Querschnitt gesehen im Wesentlichen dreieckförmig ausgebildet ist.
16. Schaufelfußbefestigung nach Anspruch 14 oder 15, wobei das Reibungsmittel (7) länglich ausgebildet ist und im Wesentlichen entlang einer Rotoroberfläche angeordnet ist .
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Legal Events
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121 | Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application |
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NENP | Non-entry into the national phase |
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122 | Ep: pct application non-entry in european phase |
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