DE4301656A1 - Turbinenschaufel-Anordnung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Turbinenschaufel-Anordnung, insbesondere einer Gasturbine, mit einem Schaufelverstär­ kungsband, das aus einzelnen, jeweils an der Spitze einer Schaufel angeordneten Elementen aufgebaut ist. Derartige Schaufelverstärkungsbänder verhindern unerwünschte Vibra­ tionen der Schaufeln. Besonders wirkungsvoll sind diese aus einzelnen Elementen, die jeweils wieder Bestandteil einer Schaufel sind, zusammengesetzten Verstärkungsbänder dann, wenn diese Elemente ineinander eingreifen und somit quasi formschlüssig miteinander verbunden sind. Da hier­ für jedoch eine komplexe geometrische Gestaltung erfor­ derlich ist, sind derartige Schaufeln mit ineinander ein­ greifenden Verstärkungsband-Elementen besonders aufwendig und teuer. Auch ist die Montage dieser Schaufeln sehr kompliziert. Bekannt sind darüber hinaus noch Verstär­ kungsband-Elemente, deren einander gegenüberliegende Kan­ ten parallel gerade verlaufen. Dem Vorteil der kostengün­ stigeren Herstellbarkeit steht als Nachteil jedoch die geringere Wirksamkeit im Hinblick auf eine erfolgreiche Schwingungsunterdrückung der einzelnen Schaufeln gegen­ über.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, an einer Turbinen­ schaufel-Anordnung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 Maßnahmen zur verbesserten Schwingungsunterdrückung für die Turbinenschaufeln aufzuzeigen.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist vorgesehen, daß durch die Elemente des Schaufelverstärkungsbandes ein Dämpfungs­ draht hindurchgeführt ist. Vorteilhafte Aus- und Weiter­ bildungen der Erfindung sind Inhalt der Unteransprüche.

Neben dem Schaufelverstärkungsband ist somit zusätzlich ein die einzelnen Schaufeln durchdringender Dämpfungs­ draht vorgesehen. Zwar ist die Verwendung eines derarti­ gen Dämpfungsdrahtes an sich bekannt (beispielsweise DE- B-21 42 691), jedoch ist dieser Dämpfungsdraht beim be­ kannten Stand der Technik nicht im Bereich der Schau­ felspitzen, sondern zumeist in der Schaufelmitte vorgese­ hen. Die vorliegende Erfindung schlägt demgegenüber vor, den Dämpfungsdraht durch die einzelnen Elemente des Schaufelverstärkungsbandes zu führen und somit dieses Schaufelverstärkungsband nochmals zu verstärken. Indem der Dämpfungsdraht erfindungsgemäß im Schaufelspitzenbe­ reich vorgesehen wird, ist eine höchstmögliche Dämpfungs­ wirkung gewährleistet, da naturgemäß im Schaufel­ spitzenbereich die größten Schwingungsamplituden auftre­ ten. Der erfindungsgemäß vorgesehene Dämpfungsdraht ver­ bindet dabei sämtliche in einer Ebene des Turbinenrades angeordneten Schaufeln bzw. Verstärkungsband-Elemente zu einem quasi geschlossenen und somit besonders wirkungs­ vollen Schaufelverstärkungsband. Dabei kann jedoch der umlaufende Dämpfungsdraht aus mehreren einzelnen Elemen­ ten zusammengesetzt sein, die sich jeweils über ein ge­ wisses Winkelsegment erstrecken. Stets durchdringt dabei ein einzelnes Dämpfungsdrahtstück mehrere nebeneinander­ liegende Verstärkungsbandelemente.

Nach einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung sind die Ausnehmungen in den Verstärkungsband-Elementen, die den Dämpfungsdraht aufnehmen, mit Kühlluftkanälen in den Turbinenschaufeln verbunden. Luftgekühlte Turbinenschau­ feln mit integrierten Kühlluftkanälen sowie einem an der Schaufelspitze angeordneten Element eines Schaufelver­ stärkungsbandes sind an sich bekannt, so beispielsweise aus der EP-A-0 465 004. Besonders vorteilhaft ist es nun, eine Anordnung bestehend aus derartigen Schaufeln erfin­ dungsgemäß mit einem Dämpfungsdraht zu versehen und dabei die entsprechenden Ausnehmungen für den Dämpfungsdraht mit den Kühlluftkanälen in den Turbinenschaufeln zu ver­ binden, da hierdurch zusätzlich der Dämpfungsdraht ge­ kühlt werden kann. Dies erhöht die Lebensdauer des Dämpfungsdrahtes. Daneben werden erwünschtermaßen über diese Ausnehmungen, die an die Kühlluftkanäle der Turbi­ nenschaufeln angeschlossen sind, auch die das Verstär­ kungsband bildenden Elemente der Turbinenschaufeln wie gewünscht gekühlt. Zusätzlich zu den Ausnehmungen, die den Dämpfungsdraht aufnehmen, können weitere Kühl­ luftkanäle in den an der Schaufel spitze angeordneten und dabei das Verstärkungsband bildenden Elementen vorgesehen sein, wobei diese Kanäle entweder untereinander und/oder mit den Ausnehmungen für den Dämpfungsdraht und/oder di­ rekt mit den Kühlluftkanälen in den Turbinenschaufeln verbunden sein können.

Von den Kühlluftkanälen in den Verstärkungsband-Elementen und insbesondere auch von den Ausnehmungen für den Dämpfungsdraht können sog. Filmkühlungsbohrungen abzwei­ gen. Diese Bohrungen münden an der Schaufel-Oberfläche und erzeugen dort, wie an sich bekannt, einen gewünschten Kühlfilm. Im Sinne einer einfachen Herstellbarkeit können die Ausnehmungen zur Aufnahme des Dämpfungsdrahtes als Durchgangsbohrungen ausgebildet sein. Von den Abmessungen her sind diese Ausnehmungen dabei so zu gestalten, daß sämtliche Toleranzen und thermischen Ausdehnungen berück­ sichtigt werden und dabei weiterhin ein Durchtritt eines Kühlluftstromes möglich ist.

In zwei Prinzipskizzen ist ein bevorzugtes Ausführungs­ beispiel der Erfindung dargestellt.

Fig. 1 zeigt eine Aufsicht auf eine Schaufelspitze mit einem Verstärkungsband-Element,

Fig. 2 einen Längsschnitt durch diese luftgekühlte Schaufel.

Mit der Bezugsziffer 1 ist eine Schaufel einer Gasturbine bezeichnet. Eine Vielzahl dieser Schaufeln sind wie be­ kannt in einer Ebene eines Laufrades angeordnet (nicht gezeigt). An ihrer Spitze trägt jede Schaufel ein Element 2, das gemeinsam mit den entsprechenden Elementen der Nachbarschaufeln - in Fig. 1 ist ein derartiges Nachbar­ element mit der Bezugsziffer 2′ bezeichnet - ein in die­ ser Laufrad-Ebene umlaufendes Schaufelverstärkungsband bildet. Die einzelnen Elemente 2 der nebeneinanderliegen­ den Schaufeln 1 sind dabei so geformt, daß sie ineinander eingreifen, um dem Schaufelverstärkungsband bereits eine gewisse Festigkeit zu verleihen.

Weiter gesteigert wird die Festigkeit des Schaufelver­ stärkungsbandes, das dazu dienen soll, die Vibrationen bzw. Schwingungen der einzelnen Schaufeln zu verhindern, dadurch, daß durch die Elemente 2 des Schaufelverstär­ kungsbandes ein Dämpfungsdraht 3 hindurchgeführt ist. Dies ist in Fig. 1 für das explizit dargestellte Element 2 sowie dessen Nachbarelement 2′ im Prinzip dargestellt, tatsächlich läuft dieser Dämpfungsdraht in der entspre­ chenden Ebene des Turbinen-Laufrades vollständig um und beschreibt somit einen geschlossenen Kreis. Zusammenge­ setzt ist der Dämpfungsdraht dabei aus mehreren aneinan­ dergereihten Einzelelementen, die jeweils für sich meh­ rere Elemente 2 durchdringen und sich somit über ein Win­ kelsegment von beispielsweise 120° erstrecken. Hiermit wird die Spannung im Dämpfungsdraht 3 begrenzt. Der Dämpfungsdraht 3 durchdringt die Elemente 2 dabei in Aus­ nehmungen bzw. Durchgangsbohrungen 4 und liegt - wie Fig. 2 zeigt - an einem Wandabschnitt dieser Ausneh­ mung/Durchgangsbohrung 4 an. Über die Reibkräfte zwischen dem Dämpfungsdraht 3 sowie dem einzelnen Element 2 ist dabei eine Kraftübertragung in Längsrichtung des Dämpfungsdrahtes 3 möglich, so daß über diesen Dämpfungs­ draht 3 die hintereinander angeordneten Elemente 2 kraft­ schlüssig miteinander verbunden sind. Genauer gesagt wird durch diesen Dämpfungsdraht 3 ein Kraftschluß hergestellt zwischen jedem Element 2 sowie seinen beidseitigen Nachbarelementen 2′. Somit werden die einzelnen in der entsprechenden Laufradebene ringförmig angeordneten Turbinenschaufeln 1 nicht nur durch das Schaufelverstär­ kungsband, dessen einzelne Elemente quasi eine form­ schlüssige Verbindung zwischen den einzelnen Schaufeln herstellen, sondern auch durch den Dämpfungsdraht, der wie erläutert eine kraftschlüssige Verbindung herstellt, daran gehindert, unerwünschte Schwingungen auszuführen.

Im Falle einer luftgekühlten Schaufel kann es empfehlens­ wert sein, den Dämpfungsdraht 3 an das Schaufel-Kühl­ system anzuschließen. Wie aus Fig. 2 ersichtlich, verlau­ fen im Inneren der Schaufel 1 Kühlluftkanäle 5. Zwischen diesen Kühlluftkanälen 5 sowie der Ausneh­ mung/Durchgangsbohrung 4 zur Aufnahme des Dämpfungs­ drahtes ist ein Verbindungskanal 6 vorgesehen, so daß über diesen Verbindungskanal 6 ein Kühlluftstrom zum Dämpfungsdraht 3 gelangen kann. Wie Fig. 1 zeigt, kann dieser Kühlluftstrom selbstverständlich seitlich aus dem Element 2 austreten, da wie erläutert die entsprechende Ausnehmung/Durchgangsbohrung 4 dazu dient, den Dämpfungs­ draht 3 durch das Element 2 hindurchzuführen. Seitlich verschlossen hingegen sind weitere ebenfalls über Verbin­ dungskanäle 6 mit den Kühlluftkanälen 5 verbundene Kühl- Ausnehmungen 7, die parallel verlaufend zur Ausneh­ mung/Durchgangsbohrung 4 im Element 2 vorgesehen sind. Von diesen Kühl-Ausnehmungen 7 sowie den Durch­ gangsbohrungen 4 zweigen weitere Bohrungen 8 ab, die zu Filmkühllöchern an der Oberfläche des Elementes 2 führen. An sich bekannt sind derartige Filmkühllöcher bereits für die eigentliche Schaufel-Oberfläche. Die einzelnen Kühl­ luftströme sind in den beiden Figuren durch nicht näher bezeichnete Pfeile dargestellt.

Erläutert wurden lediglich die wesentlichsten Merkmale eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung. Selbstverständlich kann das bzw. können die Element(e) 2 auch anderweitig gestaltet sein und dabei insbesondere parallel sowie linear verlaufende Seitenkanten aufweisen, so daß lediglich eine eingeschränkte formschlüssige Ver­ bindung hergestellt wird, was aber wegen der zusätzlichen kraftschlüssigen Verbindung zwischen den einzelnen Schau­ feln aufgrund des erfindungsgemäß vorgesehenen Dämpfungs­ drahtes 3 keinen Nachteil bedeutet. Daneben sind selbst­ verständlich noch eine Vielzahl von Abwandlungen möglich, die weiterhin unter den Inhalt der Patentansprüche fal­ len.

Claims (4)

1. Turbinenschaufel-Anordnung, insbesondere einer Gasturbine, mit einem Schaufelverstärkungsband, das aus einzelnen jeweils an der Spitze einer Schaufel (1) angeordneten Elementen (2, 2′) aufgebaut ist, dadurch gekennzeichnet, daß durch die Elemente (2, 2′) des Schaufelverstärkungsbandes ein Dämpfungs­ draht (3) hindurchgeführt ist.

2. Turbinenschaufel-Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Ausnehmungen (4) in den Verstärkungsband-Elementen (2), die den Dämpfungs­ draht (3) aufnehmen, mit Kühlluftkanälen (5) in den Turbinenschaufeln (1) verbunden sind.

3. Turbinenschaufel-Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die den Dämpfungsdraht (3) aufnehmenden Ausnehmungen (4) als Durchgangsboh­ rungen ausgebildet sind mit einem gegenüber dem Querschnitt des Dämpfungsdrahtes (3) ausreichend vergrößerten Durchmesser, um unter Berücksichtigung thermischer Ausdehnungen und Toleranzen ein Durch­ strömen von Kühlluft zu ermöglichen.

4. Turbinenschaufel-Anordnung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß von den Ausnehmungen (4) zu Filmkühllöchern führende Bohrungen (8) abzweigen.