NL8003080A - Vangleger voor superkritisch lopende rotoren. - Google Patents

Description

V

- 1 -

Vangleger voor superkritisch lopende rotoren.

De uitvinding heeft betrekking op een vangleger voor superkritisch lopende rotoren, dat de rotor omgeeft en ten gevolge van radiale rotorschommelingen kan worden bekrachtigd met het doel de rotor te stabiliseren, met 5 een gedefinieerde tussen het vangleger en de rotor aangebrachte spleet, die minstens zo groot is als de maximale amplituden van de rotor in het normale bedrijf.

Bij het streven, in het bijzonder in de turbine-verdichtersector en verwante gebieden de rotoren met 10 steeds hogere draaisnelheden te drijven, is men reeds in nominale gebieden terecht gekomen, die boven het buig-kritische toerental van de rotor liggen. Er werd gepoogd bij het aanzetten van de rotor met versterkte aandrijving door de kritische toerentallen heen te gaan. Dit lukt 15 slechts bij zeer goed uitgebalanceerde rotoren, zpdat het zwaartepunt van de stabiliseringspogingen veel meer is geconcentreerd op de’ legertechniek. In dit verband wint het zgn. vangleger steeds meer aan betekenis.

Vanglegers oefenen bij rustige loop van de rotor 20 geen legerfunktie uit, maar komen pas bij hogere trillings-amplitudes tot inzetting, doordat zij, ingeschakeld door rotoruitwijkingen, mechanisch worden aangekoppeld. Een vangleger werkt derhalve in tegenstelling tot de gebruikelijke, de rotor dragende en steunende dempingslegers, om zo te 25 zeggen als hulpleger, doordat het slechts kortstondig, in het bijzonder bij het doorlopen van de kritische toerental-bereiken, tot werking komt.

Bij het aanlopen van de rotor in het vangleger ten gevolge van een toenemende amplitude wordt aan de 30 rotor via de met het vangleger verbonden dempingsinrichting energie onttrokken, en door aankoppeling van de vangleger-massa de eigen frequentie van het systeem verandert. Beide omstandigheden zorgen ervoor, dat de rotor niet ontoelaatbaar kan uitzwenken, en dat bij lopen op hoog toerental de 35 rotor weer eerder uit het kritische gebied vrijkomt.

De werkzaamheid van een vangleger hangt van verschillende faktoren af, waarbij in het bijzonder het 8003080 - 2 - ï tijdstip, waarop dit leger wordt ingezet, alsook de aanspreek-gereedheid kunnen worden genoemd.

Verdere vereisten van een vangleger worden met het oog op de gewenste hoge draaisnelheden van de rotoren 5 gesteld. Het is vereist, dat de aandrijfenergie-afname zo klein mogelijk wordt gehouden. Om deze reden moet het vangleger-rotorsysteem in de loopperioden tussen de kritische toerentallen en in het bijzonder in het normale bedrijf wrijvingsloos en bij inzetten van het leger wrijvingsarm 10 zijn. Daarom is bij een bekend vangleger tussen dit en de rotor een gedefinieerde spleet aanwezig, die ten minste zo groot is als de maximale amplitude van de rotor in het normale bedrijf. De rotor wordt bij het doorlopen van een kritisch toerental eerst na het overbruggen van de vast-15 gestelde luchtspleet door het vangleger opgevangen, waardoor een contactloos vrijlopen van de rotor en anderzijds een vroegtijdig werkzaam worden van de dempinrichting in de kritische bereiken is gewaarborgd. Het aanlopen en vrijlopen kan met of zonder een zeer slijtvaste, slecht warmtegeleiden-20 de, zelf-smerende aanloopbus plaatsvinden, welke eventueel aan het leger of aan de rotor in het gebied van de spleet is bevestigd.

Op het ogenblik van het werkzaam worden van een vangleger bij het doorlopen van een kritisch toerental 25 treden niet alleen extreme omtreksversnellingskrachten op aan het vangleger, maar ook extreme radiale stoten, die slechts moeilijk te controleren zijn, en gemakkelijk een leger kunnen beschadigen. Volgens de stand van de techniek zijn niet alleen de bij normaal bedrijf werkzame hoofdlegers 30 voorzien van een dempinrichting, maar vertoont ook het vangleger een dempingsinrichting. Als dempingsmiddel voor vanglegers kent men voornamelijk hydrostatische systemen, die relatief kostbaar moeten worden geconstrueerd om een voldoende dempingskarakteristiek in het bedrijf te bereiken.

35 In het bijzonder moet aan het afdichtingsprobleem bij hydrostatische dempingssystemen bijzondere aandacht worden geschonken, en een betrouwbaar bedrijf van het vangleger is slechts bij storingsvrije afdichting van de dempingsinrichting gewaarborgd.

40 Het is nu het doel van de uitvinding een verbeterd 8 0 0 3 0 d 0 - 3 - > vangleger van de in de aanhef genoemde soort te verschaffen voor superkritisch lopende rotoren met spleetuitvoering, waarbij door eenvoudige, niet aan storing onderhevige, mechanische middelen een goede dempings- resp. verings-5 karakteristiek wordt verkregen.

Volgens de uitvinding wordt dit bereikt, doordat de buitenring van het vangleger is afgesteund door een coaxiaal ten opzichte van de rotor in de verlenging daarvan aangebrachte uitgestrekte verende huls, waarvan het van de 10 rotor afgelegen gebied draaivast is ingeklemd.

De aan een vaststaande houder eenzijdig ingeklemde uitgestrekte huls verschaft tussen de inklemplaats en de aanloopplaats van de rotor een hefboomarm, die de dempings-en veringskarakteristiek van de huls in wezen bepaalt en· 15 in overeenstemming met een individuele rotoruitvoering optimaal kan worden gekozen. De buitenring van het vangleger en dus het vangleger in zijn geheel is op elastische wijze in radiale richting van de rotor afgesteund, dempt.radiale stoten van de rotor bij het doorlopen van het kritische 20 toerental, en maakt door de terugstelkracht van de verende huls een vrijlopen van de rotor in het superkritische toerentalgebied mogelijk.

Met voordeel vertoont de verende huls op haar omtrek gelijk verdeelde lengtespleten. Door het aantal 25 en de aanbrenging van deze lengtespleten kan de veerkarak-teristiek van de huls worden beïnvloed.

De buitenring van het vangleger is op doelmatige wijze in een met betrekking tot de verende huls stijve uitgestrekte legerhuls aangebracht, die harerzijds ten 30 opzichte van de verende huls concentrisch en aan het niet ingeklemde einde van de verende huls bevestigd is. Daardoor wordt het vangleger zelf zonder benadeling van de veer-en dempingseigenschap van de huls in een stabiele inrichting gehouden.

35 De legerhuls is op doelmatige wijze op de verende huls opgestoken en onverschuifbaar aangebracht.

Bijzondere voordelen heeft.het, wanneer tussen de bevestigingsplaats van de legerhuls aan het niet ingeklemde einde van de verende huls tot aan het opgestoken einde 40 van de legerhuls een omtreksspleet is aangebracht, die vanaf 8003080 f - 4 - de bevestigingsplaat van de legerhuls tot aan het opgestoken einde in breedte toeneemt. In het bijzonder is de spleet in axiaal-doorsnede van de huls wigvormig uitgevoerd. Deze wigvorm wordt op doelmatige wijze daardoor 5 verkregen, doordat het opgestoken deel van de legerhuls cilindrisch en het niet ingeklemde gebied van de verende huls conisch verbreed is uitgevoerd. Ten gevolge van een dergelijke inrichting wordt de lineaire stijfheid van de veer omgezet in een progressieve veerstijfheid daarom, 10 omdat nu door de spleetuitvoering tussen de verende huls en de legerhuls een klein hoekverschil in axiaal-doorsnede aanwezig is, dat er voor zorgt, dat bij toenemende uitwijking van het vangleger na het aanlopen van de rotor de "effektieve hefboomarm" wordt verkort. Op het ogenblik 15 van het aanlopen van de rotor is de verende huls bij coaxiale uitrichting van de legerhuls ten opzichte van de verende huls bij maximaal werkzame hefboomarm relatief slap, terwijl bij toenemende uitwijking van het vangleger de legerhuls met betrekking tot de verende huls wegens 20 de spleetuitvoering wordt afgehoekt, dat wil zeggën dat de werkzame hefboomarm en het werkzame elastische gebied van de verende huls' wordt verkort, en daardoor een progressieve stijfheid van de verende huls wordt verkregen.

Met voordeel overdekt het opsteekgebied van de 25 stijve legerhuls bij een van spleten voorziene verende huls in axiale richting het spletengebied van de verende huls, zodat een zeer grote verende stijfheid bij extreem korte werkzame hefboomarm wordt bereikt.

Bij een voordelige uitvoeringsvorm van de uit-30 vinding is in axiaal-doorsnede van de huls de spleet stoep-resp. trapvormig uitgevoerd. Daardoor wordt een sprongsgewijze progressieve veerkarakteristiek in bedrijf verkregen, hetgeen een vrijlopen van de rotor van het vangleger in het superkritische toerentalgebied begunstigt.

35 De dempingskarakteristiek kan individueel worden ingesteld, wanneer in het opsteekgebied van de beide hulzen en daartussen liggende dempingsmassa aan- of ingebracht is, waarbij de spleetuitvoering aangehouden blijft. Als dempingsmassa wordt bij voorkeur een vulcanisaat genomen.

40 Doelmatig wordt het opsteekdeel van de stijve 8003080 - 5 - ΐ legerbuis aan de binnenomtrek verbreed, om de dempingsmassa onder instandhouding van een spleetuitvoering in de inrichting te kunnen opnemen.

De uitvinding zal thans nader worden toegelicht 5 aan de hand van een uitvoeringsvoorbeeld onder verwijzing naar de tekening, waarin het legergedeelte van een rotor in axiaaldoorsnede is weergegeven.

Volgens de tekening is een rotor 10 via een hoofd-dempingsleger 13 aan het vaststaande huis 9 draaibaar 10 afgesteund. Het hoofddempingsleger 13 vertoont een magneet-ring 14, waaraan een tegenpolige magneetring 16 van de rotor is toegevoegd, waarbij bij normaal bedrijf van de rotor een contactvrije loop verkregen is.

De schacht 12 van de rotor 10 is relatief kort 15 als asstomp uitgevoerd, loopt bij normaal bedrijf van de rotor, dat wil zeggen bij rotorschommelingen van begrensde amplitude contactvrije binnen een vangleger 1, dat harerzijds aan het vaststaande huis 9 via de buitenring 5 van het vangleger, een stijve uitgestrekte legerhuls 30 en 20 een daarin opgenomen verende huls 20 op radiaal verende wijze is afgesteund. De binnenring van het vangleger 1 vertoont een veerslijtvaste, slecht warmtegeleidende, zelf-smerende aanloopbus 3, waarbij in in elkaar gemonteerde toestand van de inrichting bij stilstand of normaal bedrijf 25 van de rotor 10 een spleet b tussen de aanloopbus en de rotorschacht 12 aanwezig is.

De verende huls 20 is aan haar bovenste einde draaivast aan het vaststaande huis 9 ingeklemd en verloopt coaxiaal ten opzichte van de rotor 10 onder een conische 30 verbreding naar beneden in de richting naar de rotorschacht 12. Tussen haar einden is de huls 20 voorzien van lengte-spleten 18, die gelijkmatig over de hulsomtrek zijn verdeeld. De uitgestrekte cilindrische legerhuls 30 neemt aan haar ondereinde de buitenring van het vangleger 1 op 35 en is nabij dit einde op het ondereinde 24 van de verende huls 20 opgestoken. Haar boveneinde ligt boven het gebied van de verende huls 20, waar deze de lengtespleten 18 vertoont. Ten gevolge van de coniciteit van de verende huls 20 en de cilindrische vorm van de legerhuls 30 ligt tussen 40 beide een conische, zich naar boven verbredende omtreks-

300 30 SO

/ - 6 - spleet a.

Door de wig- of stoepvormige uitvoering van de omtreksspleet a wordt bij het bedrijf van een rotor een progressieve stijfheid van de "veer" (d.w.z. de verende 5 huls 20) bereikt, en wel na het aanlopen van de rotor 10 aan het vangleger 1, waarbij de rotorschacht 12 en de aanloopbus 3 met elkaar in contact komen. De progressieve stijfheid van de veer wordt in het bijzonder bereikt door de toenemende uitwijking van het vangleger 1, waarbij de 10 legerhuls 30 met betrekking tot de verende huls 20 op grond van de spleetuitvoering tussen deze delen wordt afgehoekt, waardoor de werkzame hefboomarm tot de inklemplaats 22 van de verende huls wordt verkort.

Wegens de progressieve veerstijfheid wordt het 15 vangleger 1 bij het doorlopen van het kritische toerental minimaal belast, en wordt tegelijk een terugstelkracht van de veer opgewekt, die zorgt voor een zelfstabilisering van de rotor 10 na het overschrijden van het kritische toerental, dat wil zeggen dat het vrijlopen van de rotor-20 schacht 12 door de aanloopbus 3 wordt begunstigd.

Wanneer de demping van de verende huls 20 door de legerbuis 30 niet voldoende of niet over het gehele frequentiegebied werkzaam is, kan door het aanbrengen van een dempingsmassa in de omtreksspleet a tussen de hulzen 25 20, 30 een versterkte demping voor de aangelopen rotor worden verkregen. Eventueel wordt door het aan- resp. opbrengen van deze dempende massa, welke op voordelige wijze kan bestaan uit een vulcanisaat, de omtreksspleet a door het opboren of uitdraaien van een legerhuls 30 verbreed, 30 teneinde de noodzakelijke ruimte voor de dempingsmassa te verschaffen.

- conclusies - 8003080

Claims (10)

1. Vangleger voor superkritisch lopende rotoren, dat de rotor omgeeft en ten gevolge van radiale rotor-slingeringen kan worden bekrachtigd voor het stabiliseren van de rotor, met een gedefinieerde, tussen het vangleger 5 en de rotor aangebrachte spleet, die minstens zo groot is als de maximale amplitude van de rotor in het normale bedrijf, met het kenmerk, dat de buitenring (5) van het vangleger (1) door een coaxiaal ten opzichte van de rotor (10) in de verlenging daarvan aangebrachte 10 uitgestrekte verende huls (20) is afgesteund, waarvan het van de rotor afgelegen gebied (22) draaivast is ingeklemd.

2. Vangleger volgens conclusie 1, m e t het kenmerk, dat de verende huls (20) op haar omtrek gelijkmatig verdeelde lengtespleten (18) vertoont.

3. Vangleger volgens conclusie 1 of 2,met het kenmerki dat de buitenring (5) van het vangleger (1) in een ten opzichte van de verende huls (20) stijve uitgestrekte legerhuls (30) is aangebracht, die harerzijds ten opzichte van de verende huls (20) concentrisch is 20 en bevestigd aan het niet ingeklemde einde (24) van de verende huls.

4. Vangleger volgens conclusie 3, m e t het kenmerk, dat de legerhuls (30) op de verende huls (20) is opgestoken en onverschuifbaar aangebracht.

5. Vangleger volgens conclusie 4, m e t het kenmerk, dat in het gebied tussen de bevestigings-plaats van de legerhuls (30) aan het niet ingeklemde einde (24) van de verende huls (20) en het ingeklemde einde (22) van de verende huls tussen de beide hulzen (20,30) een 30 omtreksspleet (a) is uitgevoerd, die zich vanaf de bevestigingsplaats (24) van de legerhuls (30) aan het niet ingeklemde einde van de verende huls tot het ingeklemde einde van de verende huls verbreedt. 800305ΰ j * - 8 -

6. Vangleger volgens conclusie 5, m e t h e t kenmerk, dat de spleet (a) zich conisch verbreedt.

7. Vangleger volgens conclusie 6, m e t het kenmerk, dat het opsteekdeel van de legerhuls (30) 5 cilindrisch en het niet ingeklemde gebied (24) van de verende huls (20) conisch verbreed is uitgevoerd.

8. Vangleger volgens conclusie 5, m e t het kenmerk, dat de spleet (a) in axiale doorsnede van de hulzen (20,30) stoepvormig is uitgevoerd.

9. Vangleger volgens één der conclusies 4-8, met het kenmerk, dat in het opsteekgebied van de hulzen (20,30) een daartussen liggende dempingsmassa aan- of ingebracht is.

10. Vangleger volgens conclusie 2, m e t het 15 kenmerk, dat de dempingsmassa bestaat uit een vulcanisaat. 8003080