DE1300577B - Turbinenschaufelrad - Google Patents

Description

• Die Erfindung bezieht sich auf ein teilbeaufschlagtes Turbinenschaufelrad, das am gesamten Umfang außer der an den Füßen der Schaufeln. vorhandenen Verbindung weitere Verbindungen zwischen den Schaufeln aufweist, die die Schaufeln zu Gruppen von zweiSchaufeln miteinander verbinden, wobei aufeinanderfolgende Verbindungen auf unterschiedlichen Seiten der Schaufelkranz-Mittelebene angeordnet sind.
• Derartige Verbindungen der Schaufeln sind aus der deutschen Patentschrift 544 897 bekannt. Durch mittleres Längsschlitzen der oberen Schaufelenden, wechselweises Umbiegen der so erhaltenen Lappen in beiden Umfangsrichtungen des Schaufelkranzes und festes Vernieten oder Verschweißen der einander zugewandten Lappen miteinander wird eine weitgehend starre-gegebenenfalls noch durch einen Kopfring verstärkte - gegenseitige Versteifung der Schaufeln erzielt, die ein Ausbilden von starken Schaufelschwingungen sowohl in Umfangsrichtung als auch in Richtung quer zum Schaufelkranz weitgehend verhindert.
• Aus der deutschen Patentschrift 818 806 sind schräg zur Schaufelkranz-Mittelebene angeordnete Verbindungen zwischen benachbarten Schaufeln eines Turbinenrads bekannt, die aus gegeneinander versetzt innerhalb der Schaufelkanäle liegenden Bolzen oder strömungsgünstig profilierten Stegen bestehen und als Versteifungsglieder wirken.
• Diese Versteifungsglieder sind an jeder Schaufel in zumindest zwei zur Schaufelkranz-Mittelebene symmetrischen Stellen befestigt, so daß sich eine praktisch starre Umfangsverbindung der Schaufeln ergibt.
• Die auch noch in anderen Formen - beispielsweise in Gestalt von einfach aneinandergepreßten, mit jeweils einer Schaufel verbundenen, sich zu einem Kranz fügenden Kopfsegmenten - bekannten gegenseitigen Versteifungen der Schaufeln eines Turbinenrads können zwar das Auftreten von hohen Biegungsbeanspruchungen in einzelnen Schaufeln eines teilbeaufschlagten Turbinenrads verhindern, es können sich aber in dem Schaufelkranz Schwingungen mit in Umfangsrichtung verlaufenden Wellen und gegebenenfalls Resonanzen bei bestimmten Frequenzen ausbilden, die hinsichtlich ihrer Art den bekannten Schwingungszuständen eines Kreisrings mit mehreren öder zahlreichen »Knotendurchmessern« entsprechen.
• Dies gilt insbesondere für teilbeaufschlägte Turbinenräder mit Aktionssehaufeln, die ein weitgehend >symmetrisches« Schaufelprofil haben, bei dem die Achse des kleinsten Trägheitsmoments parallel zur Drehachse der Turbine liegt, so daß die Schaufeln einer Biegebeanspruchung in tangentialer oder Schaufelkranz-Umfangsrichtung leichter nachgeben als unsymmetrisch profilierte Schaufeln.
• Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Anzahl der möglichenSchwingungszustände imSchaufelkranz eines teilbeaufschlagten Turbinenrads wesentlich zu verringern und so die Möglichkeiten für das Auftreten von Resonanzschwingungen weitgehend auszuschließen.
• Diese Aufgabe wird bei einem teilbeaufschlagten Turbinenrad der eingangs geschilderten Art dadurch gelöst, daß die Verbindungen derart ausgebildet sind, daß bei Auftreten einer tangentialen Biegebeanspruchung der Schaufeln das Auftreten eines Torsionsmomentes: an den Schaufeln erzwungen wird. Es wird also mit jeder durch periodisch wirkende aerodynamische Kräfte auf die Schaufel ausgeübten Biegebeanspruchung eine zusätzliche Torsionsbeanspruchung der einzelnen Schaufel gekoppelt, wodurch die Anzahl der möglichen Schwingungszustände entscheidend verringert wird. Dies läßt sich dadurch erklären, daß die Eigenschwingungsfrequenzen der Schaufel-Torsionsschwingungen - bei denen die Torsionsmomente meist ein größeres Widerstandsmoment vorfinden als die einfachen Biegeschwingungen - nur in ganz seltenen Fällen mit den Eigenschwingungsfrequenzen der tangentialenBiegeschwingungen in Resonanz sein können. Es stellt sich also eine starke Schwingungsdämpfung ein.
• Man kann das Auftreten der Torsionsmomente in den Schaufeln dadurch erzwingen; daß man für die Verbindungen benachbarter Schaufeln innerhalb des Schaufelkranzes: an sich bekannte Kranzsegmente verwendet; die sich jedoch nicht gleichmäßig über ihre gesamte Breite oder stets nur an einer Seite der Schaufelkranz-Mittelebene aufeinander abstützen, sondern immer nur an einer abwechselnd auf der einen und dann auf der anderen Seite der Schaufelkranz-Mittelebene liegenden Stelle; man kann aber auch als Verbindungen abwechselnd an den beiden Seiten des Schaufelkranzes angeordnete Klammern verwenden, die mit ihren Enden in Segmente benachbarter Schaufeln eingreifen.
• Infolge der wechselnd einseitigen Abstützung oder Verbindung der Schaufeln über die Abstützstellen oder die Klammern führt jede tangentiale, auf eine Schaufel wirkende Biegekraft zwangläufig zu einem stärkeren Nachgeben der jeweils nicht abgestützten oder gehaltenen Schaufelseite und damit zu dem angestrebten Torsionsmoment.
• Zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung veranschaulicht. Es zeigt F i g. 1 eine schematische Darstellung eines zur Hälfte veranschaulichten Turbinenschaufelrads, bei dem die Erfindung anwendbar ist, F i g. 2 einen Schnitt längs der Linie II-II der F i g. 1, F i g. 3 eine vergrößerte Aufsicht auf den Umfangsabschnitt III-III der F i g. 1 gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung, F i g. 4 eine Aufsicht entsprechend F i g. 3 nach einem weiteren Ausführungsbeispiel.
• Das in den F i g. 1 und 2 veranschaulichte Turbinenschaufelrad enthält Schaufeln 1, die, abgesehen von der nicht veranschaulichten Verbindung; im Bereich der Schaufelfüße durch eine Umfangsverbindung 2 miteinander verbunden sind. Die Schaufeln sind in bekannter Weise symmetrisch ausgebildet; die Achse 3 ihres kleinsten Trägheitsmoments verläuft somit parallel zur Turbinenachse.
• Die F i g. 3 und 4 zeigen zwei Varianten der erfindungsgemäßen Umfangsverbindung 2.
• Beim Ausführungsbeispiel gemäß F i g. 3 sind mit den Schaufeln 1 einstückig oder starr Segmente 4 verbunden. Diese Segmente stützen sich über als Verbindungen wirkende Flächen 5 und 6 aneinander ab. Die Abstützflächen 5 und 6 sind dabei abwechselnd auf der einen bzw. anderen Seite der senkrecht zur Turbinenachse verlaufenden Schaufelkranz-Mittelebene 7 angeordnet. Außerhalb der Abstützflächen 5 und 6 ist zwischen benachbarten Segmenten 4 ein geringeres Spiel 8 vorhanden.
• Bei einer tangentialen Beanspruchung der Schaufein werden somit auf die Schaufeln Torsionsmomente ausgeübt.
• Bei dem weiteren Ausführungsbeispiel gemäß F i g. 4 sind die Segmente 4 durch als Klammern 10 ausgebildete Verbindungen miteinander verbunden, die an den Stellen 11 und 12 jeweils in zwei benachbarte Segmente eingreifen. Zwischen den Segmenten ist überall ein kleines Spiel 13 vorhanden. Auch hier sind aufeinanderfolgende Verbindungen jeweils auf unterschiedlichen Seiten der Mittelebene 7 angeordnet. Bei diesem Ausführungsbeispiel werden somit gleichfalls auf die Schaufeln Torsionsmomente ausgeübt.

Claims (4)

1. Patentansprüche: 1. Teilbeaufschlagtes Turbinenschaufelrad, das am gesamten Umfang außer der an den Füßen der Schaufeln vorhandenen Verbindung weitere Verbindungen zwischen .den Schaufeln aufweist, die die Schaufeln zu Gruppen von zwei Schaufeln miteinander verbinden, wobei aufeinanderfolgende Verbindungen auf unterschiedlichen Seiten der Schaufelkranz-Mittelebene angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindungen (5, 6 bzw. 10) derart ausgebildet sind,, daß bei Auftreten einer tangentialen Biegebeanspruchung der Schaufeln (1) das Auftreten eines Torsionsmomentes an den Schaufeln (1) erzwungen wird.
2. 2. Turbinenschaufelrad nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindungen aus Klammern (10) bestehen, die mit ihren Enden in Segmente (4) benachbarter Schaufeln (1) eingreifen.
3. 3. Turbinenschaufelrad nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, .daß die Schaufelzahl ungerade ist.
4. 4. Turbinenschaufelrad nach Anspruch 1 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß für die Verbindungen benachbarter Schaufeln innerhalb des Schaufelkranzes Kranzsegmente (4) vorgesehen sind, .die sich immer nur an abwechselnd- auf der einen oder der anderen Seite der Schaufelkranz-Mittelebene liegenden Stellen (Abstützflächen 5, 6) aufeinander abstützen.