Waarom zijn de ventilatorbladen losjes gemonteerd?

30

In deze vraag wordt vermeld dat de bladen voor ventilator, compressor en turbine losjes in de schijf zijn gemonteerd. Dit wordt goed gedemonstreerd door deze video geplaatst door RedGrittyBrick.

Wat is de reden hiervoor?

    
reeks TomMcW 04.04.2016 / 20:12

4 antwoord

26

De messen zitten los in hun "Fir Tree" -bladbevestigingen zodat ze zelf in balans kunnen blijven. Ze worden "dennenboom" genoemd omdat ze v-vormig zijn.

Naarmate de rotatiesnelheid en de middelpuntvliedende kracht toenemen, bewegen ze in de houders en stellen ze individuele lead / lag-posities in om een uitgebalanceerde schijf te verkrijgen.

It will be understood that turbine wheels rotate at very high speeds of rotation, thereby generating large centirfugal forces tending to throw the blades outwardly from the wheel. By providing contact surfaces of equal and opposite slope with respect to the longitudinal axis of the root on opposite sides of root, the force components of the centrifugal force balance each other out. Periodic and other vibrations which might otherwise be generated are damped out and greatly minimized

Bron: Dennenbladbevestiging Patent

    
antwoord gegeven 04.04.2016 / 21:37
19

Ik wil graag de antwoorden uitbreiden over hoe dit trillingen kan verminderen, zoals het in een opmerking werd genoemd.

Daarom zou ik willen kijken naar iets heel anders: toen computers werden uitgerust met snellere en snellere CD-ROM-stations, werd de vermindering van trillingen veroorzaakt door kleine onevenwichtigheden in de schijven steeds belangrijker. De oplossing is hieronder weergegeven. De spindel die de CD in rotatie brengt, bevat een cirkelvormig bosje met een paar metalen ballen, die vrij in het bos kunnen bewegen. Het lijkt een beetje op een kogellager dat wat ballen heeft verloren:


( Bron )

Laten we eens kijken of er maar vier ballen zijn. Als de schijf perfect in balans is, zullen de ballen zich zodanig rangschikken dat alle centrifugale krachten (zwarte pijlen) van de rotatieas af wijzen en elkaar opheffen. Het zwaartepunt (COG) bevindt zich op het geometrische middelpunt, dat ook de rotatie-as is:

Latenwenueenskijkennaareenaantalonbalans,hiergemodelleerdalsextramassa,diedeCOGvanhetgeometrischecentrumnaardezemassaverplaatst(Mijnbibliotheekplaatstestreepjescodestickersophuncd's...)

  • Alsdeschijfvrijzoukunnendraaien,zoudezerondzijnnieuweCOGdraaien.
  • Alsdesteunvandespilabsoluutstijfis,wordtdeschijfgedwongenomzijngeometrischemiddelpunttedraaien,hoeweldeonbalanseenmiddelpuntvliedendekrachtuitoefentenzwaretrillingenopdesteun.
  • Alsdeondersteuningflexibelis,zaldezedemiddelpuntvliedendekrachtvandeonbalansbijlageRPM'svolgen.(Linkseanimatie)
  • BijhogereRPM'sgebeurterietsvreemds:despilbeginttefungerenalstegengewichtvoordeonbalans,endeschijfdraaitrondeenpunttussendeCOGenhetgeometrischecentrum.Tochoefentdebewegingvandespilkrachtenuit,d.w.z.trillingopdesteun.(Rechteranimatie)

Ditiseenresonantie-effecteneenbeetjemoeilijktebegrijpen.Misschieneenanaloog:houdeenveervastmeteengewichtaandeonderkant.Wanneeruuwhandlangzaamopenneerbeweegt,zalhetgewichtuwbewegingpreciesvolgen.Maarwanneeruuwhandveelsnellerbeweegtdanderesonantiefrequentievanhetsysteem,zaluwhandenhetgewichtaltijdintegengestelderichtingbewegen.(Ikverondersteldatditnogsteedsnietduidelijkmaakt,maarikhebgeenbetereverklaring...)

Maar...Watgebeurtermetdeballen?
Ikhebdemiddelpuntvliedendekrachten(zwart)opdevierballengetekendinmijnlaatstepunt/rechteranimatie:

De schijf draait rond de groene x rond het geometrische centrum (rood +). De middelpuntvliedende krachten wijzen weg van de groene x. Met betrekking tot het geometrische centrum kan de kracht op de bovenste en onderste kogel worden ontleed in een radiaal (grijs) en tangentieel (magenta) onderdeel. Omdat de ballen vrij in het bos kunnen bewegen, volgen ze de tangentiële kracht naar rechts. Dit betekent dat er een aantal massaverschuivingen van links naar rechts plaatsvinden en dat bijgevolg de COG en de rotatie-as veel dichter bij het geometrische centrum liggen.
Ten slotte kan dit principe de vibratie voor een groot deel elimineren.

Terugkomend op een ventilator werken de los gemonteerde bladen als de ballen. Omdat de ventilator zeker al goed gebalanceerd is, is het voldoende als ze gewoon een beetje in hun positie kunnen kantelen.

    
antwoord gegeven 05.04.2016 / 23:03
14

Er zijn een paar redenen om de bladen los in de gasturbinemotor te monteren.

  • Door de losse bevestiging van de ventilatorbladen kunnen de ventilatorbladen gemakkelijk worden geïnstalleerd / verwijderd.

  • Hoewel de bladen los zitten terwijl de bladen stationair zijn, drukt de middelpuntvliedende kracht de bladen tijdens het draaien van de motor, waardoor ze niet zo los komen te zitten. Toch kunnen de bladen enigszins in hun bevestigingen bewegen om de trilling te dempen.

  • Een ander ding is dat de bladen (vooral turbinebladen) thermische uitzetting ondergaan, in welk geval ze kunnen kromtrekken als er geen ruimte is voor uitzetting.

antwoord gegeven 05.04.2016 / 02:08
1

U moet zich realiseren hoe groot de radiale kracht op elk blad (veroorzaakt door de draaiende as) eigenlijk is, wanneer de motor draait in het normale bereik van de bedrijfssnelheid. Die centripetale en centrifugale krachten zijn letterlijk duizenden keren het gewicht van de messen. Op elk ventilatorblad van een grote turbofanmotor is de radiale belasting van de bladwortel meer dan 100 ton (of ton, voor niet-Amerikaanse lezers).

Er is geen praktische manier om de bladen in te klemmen met krachten die zo groot zijn als wanneer u ze monteerde, zelfs als het zin had dit te doen. Het is verstandiger om de ventilator zo te ontwerpen dat deze eenvoudig te monteren is en zichzelf strak vast te zetten wanneer deze in werking is. Het enige nadeel is dat als de rotor heel langzaam draait, je vaak individuele "klikken" hoort van de bladen die ronddraaien terwijl ze roteren, wat de niet-ingewijden bang kan maken.

    
antwoord gegeven 06.04.2016 / 05:04