DE10108005A1 - Joint for flow machine blades e.g. for steam turbines, has blades bound on supporting vanes with tension, and adjacent blades support each other - Google Patents
Joint for flow machine blades e.g. for steam turbines, has blades bound on supporting vanes with tension, and adjacent blades support each otherInfo
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Abstract
Description
Die Erfindung bezieht sich auf eine Bindung von Schaufeln einer Strömungs maschine mittels Stützflügeln, wobei die Schaufeln mittels Schaufelfüssen an einem Rotor oder einem Stator befestigt sind.The invention relates to a binding of blades of a flow machine by means of support wings, the blades being attached by means of blade feet a rotor or a stator are attached.
Derartige Schaufelausführungen befinden sich in der Regel an Rotoren von Verdichtern oder thermischen Turbomaschinen. Sie sind aus dem Stand der Technik zahlreich bekannt.Such blade designs are usually on the rotors of Compressors or thermal turbo machines. They are state of the art Technology well known.
Zur Schwingungsdämpfung sind häufig Deckplatten an der Spitze des Schaufelblattes oder Stützflügeln innerhalb des Schaufelblattes angebracht. Dies ist zum Beispiel in der deutschen Patentschrift DE-11 59 965 beschrie ben. Cover plates at the top of the are often used to dampen vibrations Airfoil or support wings attached within the airfoil. This is described for example in the German patent DE-11 59 965 ben.
Auch die Österreichische Patentschrift AT-254,227 offenbart eine Deckplatte eines Turbinen- oder Verdichterschaufelkranzes, bei dem die Deckplatten durch eine Krafteinwirkung gegeneinander gepresst werden. Die Anordnung führt zu einer elastischen Vorspannung des Schaufelblattes. Diese Torsions vorspannung des Schaufelblattes findet zwischen der Deckplatte und dem Schaufelfuss statt. Dies führt aber zu einer zusätzlichen Belastung des Schaufelfusses und des Rotors. Da die entstehenden Kräfte nicht nur vom Schaufelblatt, sondern auch vom Schaufelfuss und vom Rotor aufgenommen werden müssen, sind diese entsprechend massiver ausgeführt. Zusätzlich ist durch die Elastizität des Schaufelblattes dessen Aufnahmefähigkeit für Tor sionsmomente begrenzt.Austrian patent specification AT-254,227 also discloses a cover plate a turbine or compressor blade ring, in which the cover plates are pressed against each other by the action of a force. The order leads to an elastic prestressing of the airfoil. These twists Biasing of the airfoil takes place between the cover plate and the Blade root instead. However, this leads to an additional burden on the Blade root and rotor. Since the resulting forces are not only from Blade, but also taken up by the blade root and the rotor need to be implemented, they are made correspondingly more massive. In addition is due to the elasticity of the airfoil its absorption capacity for the gate moments limited.
Bei Stützflügelbindungen wird das im Stillstand vorhandene Spiel an den Kontaktflächen durch Verdrehen des Schaufelblattes während des Betriebes überbrückt und auf diese Weise der Kontakt hergestellt. Die damit verbunde ne Relativbewegung führt zu Reibung an diesen Stellen, was mit Verschleiss erscheinungen verbunden ist. Eine bekannte Technik dies zu vermeiden, ist das Anbringen von verschleissfesten Teilen an den Kontaktstellen.In the case of support wing bindings, the play that is present at standstill is Contact surfaces by turning the airfoil during operation bridged and in this way the contact is established. The associated with it ne relative movement leads to friction at these points, what with wear phenomena is connected. A known technique to avoid this is the attachment of wear-resistant parts at the contact points.
Weiterhin ist beispielsweise aus der internationalen Veröffentlichung WO 99/13200 eine Lösung mit kombinierten Verspannungen aus Stützflügeln und Deckplatten bekannt. Wesentliches Merkmal dieser Lösungen sind die gleichgerichteten Kontaktflächen in beiden Bindungsebenen. Im Stillstand besteht an den Bindungsebenen jedoch kein Kontakt. Die zur gewünschten Schaufelbindung nötige Anpresskraft entsteht durch die Entwindung des Schaufelblattes beim Betrieb. Daher ist diese Lösung nur für sehr lange Schaufeln einsetzbar, da nur hier die nötigen Entwindungskräfte entstehen.Furthermore, for example, from the international publication WO 99/13200 a solution with combined bracing from support wings and cover plates known. The essential feature of these solutions are rectified contact surfaces in both bond levels. At standstill however, there is no contact at the bond levels. The one you want The necessary contact pressure is created by the unwinding of the Blade in operation. Therefore, this solution is only for a very long time Buckets can be used because only here the necessary unwinding forces arise.
Probleme mit den genannten Entwindungskräften tauchen besonders bei den langen Endschaufeln von Turbinen auf, da dort aufgrund der Länge (bei z. B. 1360 mm) vermehrt Schwingungen auftreten.Problems with the above-mentioned unwinding forces arise particularly with the long end blades of turbines, because due to the length (e.g. 1360 mm) more vibrations occur.
Ziel der Erfindung ist es, die genannten Nachteile zu vermeiden. Der Erfin dung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine Bindung für Schaufeln einer Strö mungsmaschine an einem Rotor oder Stator zu schaffen, mit welcher die Reibungsbelastung durch die Relativbewegung an den Kontaktstellen ver mieden werden kann und die Vorspannkräfte unabhängig von der Entwindung definierbar sind. Diese Art der Schaufelbindung soll sich besonders zur Dämpfung von Schwingungen für lange Schaufeln, wie sie beispielsweise als Endstufen von Dampfturbinen vorhanden sind, oder für schmale bzw. weiche Schaufeln eignen.The aim of the invention is to avoid the disadvantages mentioned. The inventor This is based on the task, a binding for shoveling a stream tion machine on a rotor or stator with which the Ver friction load by the relative movement at the contact points can be avoided and the biasing forces regardless of the unwinding are definable. This type of blade binding is particularly intended for Damping vibrations for long blades, such as as Power stages of steam turbines are available, or for narrow or soft ones Shovels are suitable.
Erfindungsgemäss wird die Aufgabe durch eine Bindung von Schaufeln ge mäss dem Oberbegriff des Anspruchs 1 dadurch gelöst, dass nach dem Ein bau aller Schaufeln am Rotor oder Stator die Schaufeln an den mindestens zwei Stützflügeln ganz oder teilweise mit einer Vorspannung aneinandergren zen, wobei auf die mindestens zwei Stützflügel ein Torsionsmoment wirkt, und wobei die auf die mindestens zwei Stützflügel wirkenden Torsionsmomente entgegensetzt sind, so dass sich die aneinandergrenzenden Stützflügel be nachbarter Schaufeln gegenseitig abstützen.According to the invention, the object is achieved by binding blades according to the preamble of claim 1 solved in that after the one build all the blades on the rotor or stator the blades on the at least partially or completely adjoin two supporting wings with a pretension zen, a torsional moment acting on the at least two supporting wings, and the torsional moments acting on the at least two supporting wings are opposed so that the adjoining support wings be Support neighboring blades against each other.
Relativbewegungen zwischen den Kontaktstellen der Stützflügel werden auf diese Weise vermieden und die Vorspannkräfte sind unabhängig von der Entwindung des Schaufelblattes definierbar. Eine solche Schaufelbindung eignet sich besonders für lange Schaufeln, da dort aufgrund der Länge ver mehrt Schwingungen im Schaufelblatt auftreten. Generell kann es sich aber auch um schmale oder sehr weiche Schaufeln handeln oder um Schaufeln, welche die wirkenden Torsionsmomente nicht oder nur schlecht aufnehmen können.Relative movements between the contact points of the wings are on avoided in this way and the biasing forces are independent of the Deflection of the airfoil definable. Such a blade binding is particularly suitable for long blades because there the ver more vibrations occur in the airfoil. In general, it can also deal with narrow or very soft blades or blades, which do not or only poorly absorb the acting torsional moments can.
Die Stützflügel weisen vorteilhaft Abschrägungen auf, welche an Abschrägun gen einer benachbarten Schaufel grenzen, so dass Torsionsmomente an diesen Stellen gegenseitig aufgenommen werden können. In einer besonde ren Ausführungsform kann ein oberer Stützflügel einer oberen Deckplatte, welche an der Schaufelspitze des Schaufelblattes angeordnet ist, entspre chen.The support wings advantageously have bevels which are bevelled border to an adjacent blade, so that torsional moments occur these positions can be added to each other. In a particular Ren embodiment can an upper support wing of an upper cover plate, which is arranged on the blade tip of the blade, correspond chen.
Prinzipiell ist es denkbar, dass bei einer grösseren Anzahl von Stützflügeln auf benachbarte Stützflügel unterschiedlich oder gleich gerichtete Torsions momente wirken.In principle, it is conceivable that with a larger number of support wings on adjacent support wings different or identical torsion moments.
Die Erfindung wird anhand der beigefügten Zeichnungen illustriert, wobeiThe invention is illustrated with reference to the accompanying drawings, wherein
Fig. 1a eine erfindungsgemässe Turbinenschaufel mit zwei Stützflügeln innerhalb des Schaufelblattes und einer Deckplatte zeigt, FIG. 1a an inventive turbine blade with two support wings within the airfoil and a cover plate showing,
Fig. 1b die Momentenwirkung über die Höhe des Schaufelblatts der erfin dungsgemässe Turbinenschaufel gemäss der Fig. 1a darstellt, FIG. 1b, the torque effect on the amount of the airfoil of the turbine blade according OF INVENTION extension according to FIG. 1a represents
Fig. 2 einen Schnitt durch eine Reihe von Schaufeln gemäss der Linie II- II der Fig. 1a darstellt, wobei eine erste Reihe von Stützflügeln mit darauf wirkenden Torsionsmomenten sichtbar ist, Fig. 2 shows a section through a series of blades according to the line II-II of Fig. 1a, wherein a first number of support wings with torsional moments acting thereon is visible,
Fig. 3 einen Schnitt durch eine Reihe von Schaufeln gemäss der Linie III- III der Fig. 1a darstellt, wobei eine zweite Reihe von Stützflügeln mit darauf wirkenden Torsionsmomenten sichtbar ist, wobei die wirkenden Torsionsmomente im Vergleich mit der ersten Reihe von Stürzflügeln entgegengerichtet sind, und Figure 3 illustrates, a section through a series of blades according to the line III-III of Fig. 1a, wherein a second set of support wings with acting thereon torsional is visible, wherein the acting torsional moments are opposite in comparison with the first series of Stürzflügeln, and
Fig. 4 eine Draufsicht auf eine Reihe von Schaufeln gemäss der Linie IV- IV der Fig. 1a darstellt, wobei eine Reihe von Deckplatten mit darauf wirkenden Torsionsmomenten sichtbar ist, wobei die wir kenden Torsionsmomente im Vergleich mit der ersten Reihe von Stützflügeln gleichgerichtet und im Vergleich mit der zweiten Reihe von Stützflügeln entgegengerichtet sind. Fig. 4 is a plan view of a row of blades along the line IV-IV of Fig. 1a, wherein a row of cover plates with acting torsional moments is visible, the torsional moments we Kender compared to the first row of support wings rectified and in Comparison with the second row of support wings are opposite.
Es werden nur die für die Erfindung wesentlichen Elemente dargestellt. Glei che Elemente werden in unterschiedlichen Figuren mit gleichen Bezugszei chen versehen.Only the elements essential to the invention are shown. sliding Che elements are in different figures with the same reference numeral Chen provided.
Die Fig. 1a zeigt eine Schaufel 1 einer Strömungsmaschine, also beispiels weise einer Dampfturbine oder eines Verdichters. Die Schaufel 1, bei welcher es sich um eine Lauf- oder Leitschaufel handeln kann, besteht aus einem nicht näher dargestellten Schaufelfuss 4, aus einer sich an den Schaufelfuss 4 anschliessenden Fussplatte 3 und einem Schaufelblatt 5 mit einer Schaufel spitze 6, an welcher sich eine Deckplatte 2 befindet. Der Schaufelfuss 4 dient zur Befestigung der Schaufel 1 an einem in der Fig. 1 nicht dargestellten Rotor oder an einem Stator. Als Schaufelfuss 4 sind prinzipiell alle aus dem Stand der Technik bekannten Typen einsetzbar. Die Schaufel 1 ist mit zwei Stützflügeln 7 1, 7 2 ausgestattet, welche am Schaufelblatt 5 befestigt sind. Die Stützflügel 7 1, 7 2 weisen beidseitig eine Abschrägung auf, welche sich an den Seiten der Stützflügel 7 1, 7 2 befinden. Die Abschrägungen sind im Hinblick auf die Draufsicht auf die beiden Stützflügel 7 1, 7 2 zu verstehen, wie dies auch in den Fig. 2 bis 4 deutlich wird. Fig. 1a shows a blade 1 of a turbomachine, for example, a steam turbine or a compressor. The blade 1 , which can be a moving or guide blade, consists of a blade root 4 (not shown in more detail ) , a base plate 3 adjoining the blade root 4 and an airfoil blade 5 with a blade tip 6 , on which one Cover plate 2 is located. The blade root 4 is used to fasten the blade 1 to a rotor (not shown in FIG. 1) or to a stator. In principle, all types known from the prior art can be used as blade root 4 . The blade 1 is equipped with two support wings 7 1 , 7 2 , which are attached to the blade 5 . The support wings 7 1 , 7 2 have a bevel on both sides, which are located on the sides of the support wings 7 1 , 7 2 . The bevels are to be understood with respect to the plan view of the two support wings 7 1, 7 2, as is also apparent in Figs. 2 to 4.
Die Fig. 1b zeigt die Momentenwirkung über die Höhe des Schaufelblattes 5. Die Torsionsmoment 8, 9, 10 wirken auf die Stützflügel 7 1, 7 2 und die Deck platte 2. Erfindungsgemäss ist die Drehrichtung des Torsionsmoments 9 an dem Stützflügel 7 1 den beiden benachbarten Torsionsmomenten 8, 10 an dem Stützflügel 7 2 bzw. der Deckplatte 2 entgegengesetzt. Die Definition der Momente erfolgt dabei durch die geeignete Wahl des Winkels der Kontaktflä chen und des Teilungsmasses des Stützflügels. FIG. 1b shows the moment effect over the height of the blade sheet 5. The torsional moment 8 , 9 , 10 act on the supporting wings 7 1 , 7 2 and the cover plate 2 . According to the invention, the direction of rotation of the torsional moment 9 on the support wing 7 1 is opposite to the two adjacent torsional moments 8 , 10 on the support wing 7 2 or the cover plate 2 . The moments are defined by the appropriate choice of the angle of the contact surfaces and the pitch of the supporting wing.
Die Fig. 2 bis 4 zeigen die Schnitte durch die Schaufel 1 gemäss den Linien II-II bzw. III-III bzw. die Draufsicht auf die Schaufel 1 gemäss der Linie IV-IV in der Fig. 1. Entsprechend wirken nach dem Einbau der Schaufeln 1 1, 1 2, 1 n einer Schaufelreihe am Rotor oder auch an einem Stator an den Stütz flügeln 7 1, 7 2 die Torsionsmomente 8, 9, 10. An den Kontaktstellen zwischen den Stützflügeln 7 1, 7 2 bzw. der Deckplatte 2 werden die Torsionsmomente 8, 9, 10, aufgenommen. Auf diese erfindungsgemässe Weise der Schaufelbin dung bekommen die Schaufeln 1 1, 1 2, 1 n in den Schaufelblättern 5 zwischen den Stützflügeln 7 1, 7 2 bzw. zwischen dem Stützflügel 7 1 und der Deckplatte 2 eine Vorspannung.The FIGS. 2 to 4 show the sections through the blade 1 according to the lines II-II and III-III, or the top view of the blade 1 according to line IV-IV in Fig. 1. According to operate after the installation of the Blades 1 1 , 1 2 , 1 n of a row of blades on the rotor or also on a stator on the support wings 7 1 , 7 2, the torsional moments 8 , 9 , 10 . At the contact points between the support wings 7 1 , 7 2 or the cover plate 2 , the torsional moments 8 , 9 , 10 are absorbed. In this inventive manner the blade bucket 1 1 , 1 2 , 1 n get in the blades 5 between the support wings 7 1 , 7 2 or between the support wing 7 1 and the cover plate 2 a bias.
Die auf die erste Reihe Stützflügel 7 2 der Fig. 2 wirkenden Torsionsmomente 8 sind den in der Fig. 3 gezeigten Torsionsmomenten 9, die auf die zweite Reihe Stützflügel 7 1 wirken, entgegengesetzt, so dass auch die Abschrägun gen der Stützflügel 7 1 entsprechend anders angeordnet sind. Die Kontakt stelle bezieht sich insgesamt auf die angrenzenden Stützflügel 7 1, 7 2.The torsional moments 8 acting on the first row of support wings 7 2 in FIG. 2 are opposite to the torsional moments 9 shown in FIG. 3, which act on the second row of support wings 7 1 , so that the bevels of the support wings 7 1 are correspondingly different are arranged. The contact point relates overall to the adjacent supporting wings 7 1 , 7 2 .
Da benachbarte Laufschaufeln 1 1, 1 2, 1 n an den Abschrägungen der Stützflü gel 7 1, 7 2 bzw. der Deckplatte 2 aneinander grenzen, und die Torsionsmo mente 8, 9, 10 in diese Richtung wirken, stützen sich die Laufschaufeln 1 1, 1 2, 1 n gegenseitig. Relativbewegungen zwischen den Kontaktstellen der Stützflü gel 7 1, 7 2 werden auf diese Weise während des Betriebs der Strömungsma schine vermieden und die Vorspannkräfte sind unabhängig von der Entwin dung des Schaufelblattes 5 definierbar.Since adjacent blades 1 1 , 1 2 , 1 n adjoin each other at the bevels of the supporting wings 7 1 , 7 2 or the cover plate 2 , and the torsional moments 8 , 9 , 10 act in this direction, the blades 1 1 are supported , 1 2 , 1 n each other. Relative movements between the contact points of the Stützflü gel 7 1 , 7 2 are avoided in this way during the operation of the flow machine and the biasing forces are definable regardless of the de-winding of the airfoil 5 .
Die erfindungsgemässe Schaufelbindung beschränkt sich nicht nur - wie beschrieben - auf zwei Stützflügel 7 1, 7 2, sondern bezieht sich auch auf die Verteilung von einer grösseren Anzahl von Stützflügeln 7 1, 7 2 entlang des Schaufelblattes 5. So ist es denkbar, dass eine Reihe von Stützflügeln 7 1, 7 2 über die Länge des Schaufelblattes 5 verteilt ist und die auf benachbarte Stützflügel 7 1, 7 2 wirkenden Torsionsmomente 8, 9, 10 jeweils andersherum gerichtet sind. Weiter ist auch denkbar, die Richtungen der Torsionsmomente 8, 9, 10 in für das jeweilige Schaufelblatt 5 geeigneter Weise über die Höhe des Schaufelblattes 5 zu verteilen, wobei nicht notwendigerweise auf benach barte Stützflügel 7 1, 7 2 entgegengesetzte Torsionsmomente wirken müssen.The blade binding according to the invention is not only limited - as described - to two support blades 7 1 , 7 2 , but also relates to the distribution of a larger number of support blades 7 1 , 7 2 along the blade blade 5 . It is conceivable that a row of support wings 7 1 , 7 2 is distributed over the length of the airfoil 5 and that the torsional moments 8 , 9 , 10 acting on adjacent support wings 7 1 , 7 2 are each directed the other way round. Furthermore, it is also conceivable to distribute the directions of the torsional moments 8 , 9 , 10 in a suitable manner for the respective airfoil 5 over the height of the airfoil 5 , it not necessarily having to act on adjacent support wings 7 1 , 7 2, opposite torsional moments.
Mit Vorteil kann an den Endschaufeln von Turbinen die erfindungsgemässe Schaufelbindung verwendet werden, da diese Art der Schaufeln durch ihre Länge zu sehr grossen Schwingungen neigen. Ein weiterer Vorteil liegt darin, dass die Vorspannung zwischen zwei Ebenen und damit die Flächenpres sung, welche auf die Abschrägungen der Stützflügeln 7 1, 7 2 bzw. die Deck platte 2 wirken, frei gewählt werden kann. Die Schaufelbindung ist somit über den ganzen Drehzahlbereich vorhanden. Ein drehzahlabhängige Entwindung und eine unterschiedliche Abnutzung der Kontaktflächen finden somit nicht statt und die Torsionsmomente 8, 9, 10 sorgen für einen ständigen Kontakt.The blade connection according to the invention can advantageously be used on the end blades of turbines, since this type of blade tends to cause very large vibrations due to its length. Another advantage is that the preload between two levels and thus the surface pressure, which act on the bevels of the supporting wings 7 1 , 7 2 or the cover plate 2 , can be freely selected. The blade binding is therefore available over the entire speed range. Speed-dependent unwinding and different wear of the contact surfaces therefore do not take place and the torsional moments 8 , 9 , 10 ensure constant contact.
Ein anderer Anwendungsbereich der vorliegenden Erfindung liegt darin, dass Schaufeln, die aufgrund des eingesetzten Materials nicht oder nur unzuläng lich in der Lage sind, Torsionsmomente aufzunehmen, mit dieser Art der Schaufelbindung verbessert eingesetzt werden können. Dies gilt insbesonde re für schmale und für weiche Schaufeln.Another area of application of the present invention is that Buckets that are not or only insufficient due to the material used are able to absorb torsional moments with this type of Blade binding can be used improved. This applies in particular re for narrow and for soft blades.
11
, .
11 11
, .
11 22
, .
11 nn
Schaufel
shovel
22
Deckplatte
cover plate
33
Fussplatte
footplate
44
Schaufelfuss
blade root
55
Schaufelblatt
airfoil
66
Turbinenschaufelspitze
Turbine blade tip
77 11
, .
77 22
Stützflügel
support wings
88th
Torsionsmoment an Stützflügel Torsional moment on the support wing
99
22
99
Torsionsmoment an Stützflügel Torsional moment on the support wing
99
11
1010
Torsionsmoment an Deckplatte Torsional moment on the cover plate
22
Claims (6)
Priority Applications (1)
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|---|---|---|---|
| DE2001108005 DE10108005A1 (en) | 2001-02-20 | 2001-02-20 | Joint for flow machine blades e.g. for steam turbines, has blades bound on supporting vanes with tension, and adjacent blades support each other |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| OM8 | Search report available as to paragraph 43 lit. 1 sentence 1 patent law | ||
| 8127 | New person/name/address of the applicant |
Owner name: ALSTOM TECHNOLOGY LTD, BADEN, CH |
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| 8110 | Request for examination paragraph 44 | ||
| 8130 | Withdrawal |