DE1300577B

DE1300577B - Turbine blade wheel

Info

Publication number: DE1300577B
Application number: DES97070A
Authority: DE
Original assignee: Rateau SA; Societe des Forges et Ateliers du Creusot
Current assignee: Rateau SA; Societe des Forges et Ateliers du Creusot
Priority date: 1964-05-13
Filing date: 1965-05-12
Publication date: 1969-08-07
Also published as: FR1403799A

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.The invention relates to a partially loaded turbine blade wheel, that on the entire circumference except that at the feet of the shovels. existing connection has further connections between the blades, which groups the blades of two blades connect together, with successive connections are arranged on different sides of the blade ring center plane.

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.Such connections of the blades are from the German patent 544 897 known. By means of longitudinal slits in the middle of the upper blade ends, alternately Bend over the tabs obtained in this way in both circumferential directions of the blade ring and firmly riveting or welding the mutually facing tabs to one another a largely rigid one - possibly reinforced by a head ring - Mutual stiffening of the blades is achieved, the formation of strong Blade vibrations both in the circumferential direction and in the direction transverse to the blade ring largely prevented.

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.From the German patent 818 806 are oblique to the blade ring center plane arranged connections between adjacent blades of a turbine wheel known, the bolts or bolts that are offset from one another within the blade channels There are aerodynamically profiled webs and act as stiffening members.

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.These stiffeners are in at least two on each blade attached to the blade ring center plane symmetrical points, so that a results in practically rigid peripheral connection of the blades.

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.They come in other forms too - for example, in the form of simple pressed together, each connected with a shovel, form a wreath mating head segments - known mutual stiffeners of the blades of a Turbine wheel can indeed cause high bending stresses in individual Prevent blades of a partially pressurized turbine wheel, but it can in the blade ring vibrations with circumferential waves and possibly form resonances at certain frequencies, which with regard to its nature the known oscillation states of a circular ring with several or more correspond to numerous "knot diameters".

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.This applies in particular to partially loaded turbine wheels with action shovels, which have a largely "symmetrical" blade profile in which the axis of the smallest Moment of inertia is parallel to the axis of rotation of the turbine, so that the blades a bending load in the tangential or blade ring circumferential direction easier yield as asymmetrically profiled blades.

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.The object of the invention is to determine the number of possible oscillation states in the blade ring of a partially loaded turbine wheel and thus largely eliminating the possibility of resonance oscillations occurring.

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.In the case of a partially pressurized turbine wheel, this task is performed at the beginning described type solved in that the connections are designed in such a way that that when a tangential bending stress on the blades occurs a torsional moment: is forced on the blades. So it will be with everyone bending stress exerted on the blade by periodically acting aerodynamic forces coupled with an additional torsional stress on the individual blades, whereby the number of possible oscillation states is significantly reduced. this can be explained by the fact that the natural vibration frequencies of the blade torsional vibrations - in which the torsional moments usually find a greater moment of resistance than the simple bending vibrations - only in very rare cases with the natural vibration frequencies the tangential bending vibrations can be in resonance. So there is a strong vibration damping.

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.You can prevent the occurrence of torsional moments in the blades force; that for the connections of neighboring blades within the blade ring: known rim segments used; which, however, are not evenly spread over their entire width or always only on one side of the blade ring center plane support each other, but only on one alternately on one and then on the other side of the blade ring median plane; one can but also as connections alternating on both sides of the blade ring use arranged brackets with their ends in segments of adjacent blades intervention.

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.As a result of the alternating one-sided support or connection of the blades Each tangential one leads to a shovel via the support points or the brackets acting bending force inevitably leads to a stronger yield of the unsupported or held blade side and thus to the desired torsional moment.

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.Two embodiments of the invention are illustrated in the drawing. It shows F i g. 1 is a schematic representation of a half illustrated Turbine impeller to which the invention can be applied, FIG. 2 a section along the line II-II of FIG. 1, Fig. 3 is an enlarged plan view of the peripheral portion III-III of FIG. 1 according to a first embodiment of the invention, FIG. 4 a top view corresponding to FIG. 3 according to a further embodiment.

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.The in the F i g. 1 and 2 includes the turbine impeller illustrated Blades 1 which, apart from the connection not shown; in the area the blade roots are connected to one another by a circumferential connection 2. the Blades are designed symmetrically in a known manner; the axis 3 of its smallest The moment of inertia thus runs parallel to the turbine axis.

Die F i g. 3 und 4 zeigen zwei Varianten der erfindungsgemäßen Umfangsverbindung 2.The F i g. 3 and 4 show two variants of the peripheral connection according to the invention 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.In the embodiment according to FIG. 3 are integral with the blades 1 or rigid segments 4 connected. These segments support each other as connections acting surfaces 5 and 6 from each other. The support surfaces 5 and 6 are alternating on one or the other side of the blade ring central plane running perpendicular to the turbine axis 7 arranged. Outside the support surfaces 5 and 6 is between adjacent segments 4 a smaller game 8 available.

Bei einer tangentialen Beanspruchung der Schaufein werden somit auf die Schaufeln Torsionsmomente ausgeübt.In the case of tangential loading of the blades will torsional moments are thus exerted on the blades.

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.In the further exemplary embodiment according to FIG. 4 are the segments 4 connected to one another by connections designed as brackets 10, which at the points 11 and 12 each engage in two adjacent segments. Between A small game 13 is present everywhere in the segments. Here, too, are consecutive Connections are each arranged on different sides of the central plane 7. In this embodiment, torsional moments are thus also applied to the blades exercised.

Claims

Claims: 1. Partially acted turbine blade wheel, which has on the entire circumference apart from the connection present at the feet of the blades further connections between .den blades, which connect the blades to form groups of two blades, with successive connections arranged on different sides of the blade ring center plane , characterized in that the connections (5, 6 or 10) are designed in such a way that when a tangential bending load occurs on the blades (1), a torsional moment is forced to occur on the blades (1).

2. Turbine impeller according to claim 1, characterized in that the connections are made from brackets (10) exist, which engage with their ends in segments (4) of adjacent blades (1).

3. Turbine impeller according to claim 1, characterized in that the number of blades is odd.

4. turbine blade wheel according to claim 1 or 3, characterized in that that for the connections of adjacent blades within the blade ring rim segments (4) are provided, which always only alternate on one or the other other side of the blade ring center plane (support surfaces 5, 6) support each other.