EP2116693A1 - Rotor for a turbomachine - Google Patents

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Publication number
EP2116693A1
EP2116693A1 EP08008598A EP08008598A EP2116693A1 EP 2116693 A1 EP2116693 A1 EP 2116693A1 EP 08008598 A EP08008598 A EP 08008598A EP 08008598 A EP08008598 A EP 08008598A EP 2116693 A1 EP2116693 A1 EP 2116693A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
damping element
rotor
blade
blades
segments
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP08008598A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Jörn Bettentrup
Tobias Dr. Buchal
Frank Dr. Deister
Andreas Dr. Kayser
Heinrich Dr. Stüer
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Siemens AG
Original Assignee
Siemens AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Siemens AG filed Critical Siemens AG
Priority to EP08008598A priority Critical patent/EP2116693A1/en
Publication of EP2116693A1 publication Critical patent/EP2116693A1/en
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D5/00—Blades; Blade-carrying members; Heating, heat-insulating, cooling or antivibration means on the blades or the members
    • F01D5/12—Blades
    • F01D5/22—Blade-to-blade connections, e.g. for damping vibrations
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2250/00—Geometry
    • F05D2250/20—Three-dimensional
    • F05D2250/23—Three-dimensional prismatic
    • F05D2250/232—Three-dimensional prismatic conical
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2250/00—Geometry
    • F05D2250/20—Three-dimensional
    • F05D2250/24—Three-dimensional ellipsoidal
    • F05D2250/241—Three-dimensional ellipsoidal spherical

Definitions

  • the invention relates to a rotor for a turbomachine, wherein the rotor has circumferentially adjacent blades, wherein the rotor is formed along an axial direction, wherein the blades have a curved blade root, wherein the blade root is arranged in a groove in the rotor, wherein between the blades a damping element is arranged.
  • turbomachine for example, a steam turbine or a gas turbine understood.
  • a steam turbine as an embodiment of a turbomachine, essentially two components are responsible for the conversion of the thermal energy of the steam into rotational energy.
  • this would be the rotatably mounted rotor and a housing arranged around the rotor.
  • the rotor has so-called. Blades, wherein guide vanes are arranged on the housing.
  • the operating frequencies for steam turbines used in the municipal power supply area are usually 50Hz and 60Hz, respectively. Under certain circumstances, other frequencies are possible, such. B. in the use of the steam turbine in island operation.
  • the rotational frequencies occurring during operation lead in connection with the thermodynamic conditions of the steam or gas to undesirable vibrations of the blades.
  • the blade feet can be designed as so-called double-T, hammer or pine-tree feet. All these feet have in common that they are placed in a corresponding groove in the rotor.
  • turbine blade feet are known which are bent. The bend results in a distribution of the transfer area between the rotor and the turbine blades. The transmitted forces can be better distributed, which leads to an extension of the life.
  • the turbine blades are arranged adjacent to each other on the circumference.
  • the turbine blades have blade plates disposed between the blade roots and the airfoil.
  • the rotor is formed according to the prior art such that between each two blade plates, a projection of the rotor is arranged.
  • the blades are caulked into the corresponding grooves.
  • the flow of the flow medium excites the turbine blades to vibrate, which are relatively high and undesirable. These vibrations lead to a shortening of the life, and it can also happen that cracks occur and thus bring about damage. It would be desirable to have a possibility with which the vibrations of the blades are effectively damped.
  • a rotor for a turbomachine wherein the rotor has circumferentially adjacent blades, wherein the rotor is formed along an axial direction, wherein the blades have a curved blade root, wherein the blade root is arranged in a groove in the rotor, wherein a damping element is arranged between the blades, wherein the damping element has individual, separately separate damping element segments.
  • the invention therefore proposes the way to use a plurality of separately separate damping element segments instead of a single damping element, as used in straight blade roots.
  • the damper element segments are placed between the vanes, similar to the straight vaned feet.
  • individual damping element segments are used, which are arranged successively between the blades, there is a uniform force distribution of the individual blades with each other. This leads to a minimization of voltage spikes in the blade root, whereby unwanted vibrations are reduced.
  • the individual damping element segments are pressed by the centrifugal force occurring during operation against the blade, so that a force is exerted by the damping element segment on the blades.
  • the frictional forces generated thereby between the oscillating blade roots and the damping element segments lead to a damping of the blade vibrations.
  • the damping of the blade vibrations is achieved by sliding friction between the damping element segments and the blade.
  • damping element segments The division of the damping element into individual damping element segments causes despite the relative movement of the foot plates, the damping element segments always rest on the entire length of the base plate and thus can rub.
  • the blade root has a foot plate, wherein the damping element is arranged between two adjacent base plates.
  • the foot plates are designed such that the damping element can be stably arranged therebetween. Due to the centrifugal force occurring during operation, the stability of the damping element is further increased, resulting in improved vibration damping.
  • the foot plates protrude from the blade and form a projection on which the damping element is arranged.
  • the damping element segments have a conical cross section as seen in the axial direction.
  • the conical cross section is in this case such that the damping element tapers in the radial direction.
  • the damping element segment is thereby pressed further between the base plates or blades. This causes a force that presses against two turbine blades. Due to the relative movement between the damping element and the turbine blade, frictional work (dissipation) occurs, which ultimately leads to a reduction of the vibrations.
  • the damping element segments are formed as balls or as ellipsoids. Such forms of the damping element segments can be produced easily.
  • designed as balls or ellipsoid damping element segments have the advantage that they lead similar to conical cross-sections under the influence of centrifugal force to a force that additionally acts against the foot plates or blades, which leads to an energy dissipation and vibrations are thereby reduced.
  • This form of damping elements has a statically determined stable position, which improves the operation of the system.
  • the foot plates for this purpose have recesses which are suitable for receiving the damping element segments.
  • the recesses In the case of the conical cross sections of the damping element segments, it is sufficient if the recesses have a slope which corresponds to the taper of the conical damping element segment.
  • the recesses of the shape of the balls or ellipsoids are modeled. Through the recesses, the damping element segments can be stably received, with a displacement of the damping element segments is effectively avoided. In addition, the assembly and disassembly of such damping element segments is simplified.
  • the FIG. 1 schematically shows two blades 1, which are arranged adjacent to each other.
  • the blade 1 has an airfoil 2 and a blade foot 3 which is integral with the airfoil 2.
  • the two blades 1 are arranged in corresponding grooves in a rotor.
  • the rotor and the grooves are in the FIG. 1 not shown in detail.
  • the FIG. 1 is merely intended to represent the arrangement of the blades 1 schematically.
  • a damping element 4 is arranged between the blades 1, a damping element 4 is arranged.
  • the damping element 4 is in this case below the blade 2 at the blade root 3.
  • the blade foot is designed as a pine tree foot.
  • the blade root 3 may also be formed as a T-foot or L-foot.
  • the blade root 3 has a blade plate 5, which is arranged above the blade root 3.
  • the blade plate 5 has a side surface 6 and a bottom surface 7.
  • the side surface 6 is directed substantially parallel to a radial direction 8 of the blade 1.
  • the lower surface 7 is formed substantially perpendicular to the radial direction 8.
  • the damping element 4 and the blade plate 5 have contact at a contact point 9.
  • This contact point 9 is formed according to the geometric shape of the damping element 4. In the FIG. 1 illustrated geometric shape of the damping element 4 corresponds to a cylindrical cross-sectional shape. Therefore, the contact point 9 is adapted to the radius of the damping element 4.
  • damping element 4 is, for example, an ellipsoidal cross-sectional shape or a conical cross-sectional shape.
  • the ellipsoidal cross sectional shape is in the FIG. 5a and the conical cross-sectional shape is in the FIG. 6 shown.
  • FIG. 5b is an illustration of the damping element 4 to see, wherein the damping element 4 is formed symmetrically to the axis of symmetry 13.
  • the geometric shape of the damping element 4 can be almost arbitrary. However, the front ends 14 should be smaller than the middle part 15, so that an ellipsoid-like shape is formed.
  • the central part 15 and the front ends 14 are trapezoidal.
  • FIG. 5d is a view of the damping element 4 seen from the front.
  • the damping element 4 is substantially rotationally symmetrical to the symmetry axis 13.
  • FIG. 2 is a plan view of a straight executed blade root 3 is shown.
  • the embodiment according to of the FIG. 2 corresponds to the prior art, wherein the damping element 4 is integrally formed.
  • the damping element 4 is divided into several damping element segments.
  • the in FIG. 3 shown blade root 3 is executed bent.
  • the blade root 3 is bent in this case against an axial direction 10.
  • the axial direction 10 refers to the longitudinal direction of the rotor, which is not shown in detail.
  • the damping element segments are in this case arranged adjacent between or below the blade plate 5.
  • the distances between the damping element segments are variable. However, an arrangement with a slight gap between the damping element segments is advantageous.
  • the power transmission of the blade 1 via the blade plate 5 to the adjacent blade plate 5 is optimally transmitted via the curved shape of the blade plate 5 via the damping element formed as a damping element segments. Viewed in the axial direction 10, the force between the two blade plates 5 is distributed uniformly. A vibration is thereby effectively reduced.
  • FIG. 4 is a side view of a blade 1 with built-damping elements 4 can be seen.
  • the damping element segments are in this case designed as balls, which are arranged in recesses 11 of the blade plate 5.
  • the damping element segments 4 can be stably arranged, with a dislocation or displacement of the damping element segments in the axial direction 10 is prevented by the recess 11.
  • the recesses 11 can also be adapted to the geometric shape of the damping element segments. This means that the recess 11, based on a spherical configuration of the damping element segment, may be spherical.
  • the contact point 9 is formed as a facilitatorplattenkante 12, against which the damping element segment.
  • the devisplattenkante 12 can according to the geometric shape of the damping element segment can be adjusted.
  • the base plate edge 12 is conical, wherein the conicity tapers in the radial direction 8.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Turbine Rotor Nozzle Sealing (AREA)

Abstract

The rotor has a blade (1) arranged in a circumferential direction, where the rotor is formed along an axial direction (10). The blade comprises a blade root (3) e.g. inverted T-root, that is arranged in a groove in the rotor. A damping element (4) is arranged between blade plates (5) e.g. lugs, and comprises damping element segments that are separated from each other, where the segments are designed as balls or ellipsoids. The blade root is bent against the axial direction. The blade root comprises a base plate, and the damping element is arranged between two adjacent base plates.

Description

Die Erfindung betrifft einen Rotor für eine Strömungsmaschine, wobei der Rotor in Umfangsrichtung benachbart angeordnete Schaufeln aufweist, wobei der Rotor entlang einer axialen Richtung ausgebildet ist, wobei die Schaufeln einen gebogenen Schaufelfuß aufweisen, wobei der Schaufelfuß in einer Nut im Rotor angeordnet ist, wobei zwischen den Schaufeln ein Dämpfungselement angeordnet ist.The invention relates to a rotor for a turbomachine, wherein the rotor has circumferentially adjacent blades, wherein the rotor is formed along an axial direction, wherein the blades have a curved blade root, wherein the blade root is arranged in a groove in the rotor, wherein between the blades a damping element is arranged.

Unter einer Strömungsmaschine wird beispielsweise eine Dampfturbine oder eine Gasturbine verstanden.Under a turbomachine, for example, a steam turbine or a gas turbine understood.

In einer Dampfturbine als Ausführungsform einer Strömungsmaschine sind im Wesentlichen zwei Komponenten für die Umsetzung der thermischen Energie des Dampfes in Rotationsenergie verantwortlich. Zum einen wären dies der drehbar gelagerte Rotor und ein um den Rotor angeordnetes Gehäuse. Der Rotor weist sog. Laufschaufeln auf, wobei am Gehäuse Leitschaufeln angeordnet sind. Die Frequenzen im Betrieb betragen für Dampfturbinen, die im kommunalen Energieversorgungsbereich eingesetzt werden, in der Regel 50Hz bzw. 60Hz. Unter Umständen sind noch andere Frequenzen möglich, wie z. B. bei der Verwendung der Dampfturbine im Inselbetrieb. Die im Betrieb auftretenden Rotationsfrequenzen führen im Zusammenhang mit den thermodynamischen Verhältnissen des Dampfes oder Gases zu unerwünschten Schwingungen der Laufschaufeln. In der Regel treten Risse in den Laufschaufeln, im Schaufelblatt und/oder in den Schaufelfüßen auf. Die Schaufelfüße können als sog. Doppel-T-, Hammer- oder als Tannenbaumfüße ausgebildet sein. Allen diesen Füßen ist gemeinsam, dass sie in eine entsprechende Nut im Rotor angeordnet werden. Des Weiteren sind Turbinenschaufelfüße bekannt, die gebogen sind. Die Biegung führt zu einer Verteilung der Übertragungsfläche zwischen dem Rotor und den Turbinenschaufeln. Die übertragenen Kräfte können dadurch besser verteilt werden, was zu einer Verlängerung der Lebensdauer führt.In a steam turbine as an embodiment of a turbomachine, essentially two components are responsible for the conversion of the thermal energy of the steam into rotational energy. On the one hand, this would be the rotatably mounted rotor and a housing arranged around the rotor. The rotor has so-called. Blades, wherein guide vanes are arranged on the housing. The operating frequencies for steam turbines used in the municipal power supply area are usually 50Hz and 60Hz, respectively. Under certain circumstances, other frequencies are possible, such. B. in the use of the steam turbine in island operation. The rotational frequencies occurring during operation lead in connection with the thermodynamic conditions of the steam or gas to undesirable vibrations of the blades. As a rule, cracks occur in the rotor blades, in the airfoil and / or in the blade roots. The blade feet can be designed as so-called double-T, hammer or pine-tree feet. All these feet have in common that they are placed in a corresponding groove in the rotor. Furthermore, turbine blade feet are known which are bent. The bend results in a distribution of the transfer area between the rotor and the turbine blades. The transmitted forces can be better distributed, which leads to an extension of the life.

Die Turbinenschaufeln sind hierbei auf dem Umfang benachbart nebeneinander angeordnet. Die Turbinenschaufeln weisen Schaufelplatten auf, die zwischen den Schaufelfüßen und dem Schaufelblatt angeordnet sind. Der Rotor wird gemäß dem Stand der Technik derart ausgebildet, dass zwischen jeweils zwei Schaufelplatten ein Vorsprung des Rotors angeordnet ist.The turbine blades are arranged adjacent to each other on the circumference. The turbine blades have blade plates disposed between the blade roots and the airfoil. The rotor is formed according to the prior art such that between each two blade plates, a projection of the rotor is arranged.

Die Laufschaufeln werden in die entsprechenden Nuten eingestemmt. Im Betrieb regt die Strömung des Strömungsmediums die Turbinenschaufeln zu Schwingungen an, die vergleichsweise hoch und unerwünscht sind. Diese Schwingungen führen zu einer Verkürzung der Lebensdauer, wobei es auch vorkommen kann, dass Risse auftreten und somit eine Beschädigung herbeiführen. Wünschenswert wäre es eine Möglichkeit zu haben, mit der die Schwingungen der Laufschaufeln wirksam gedämpft werden.The blades are caulked into the corresponding grooves. In operation, the flow of the flow medium excites the turbine blades to vibrate, which are relatively high and undesirable. These vibrations lead to a shortening of the life, and it can also happen that cracks occur and thus bring about damage. It would be desirable to have a possibility with which the vibrations of the blades are effectively damped.

Bekannt sind sogenannte Fußplattendämpfer (under platform damper), die gerade ausgebildet sind. Gerade bedeutet in diesem Zusammenhang, dass die benachbarten Seitenflächen der Schaufelplattformen gerade sind. Die Relativbewegungen einer schwingenden Schaufel werden zur Dämpfung genutzt. Dazu wird bei geraden Schaufelfüßen Stangenmaterial zwischen benachbarte Fußplatten angeordnet. Die Spannungsverteilung vom Schaufelblatt zum Schaufelfuß ist bei gekrümmten Schaufelfüßen im Vergleich zu geraden Schaufelfüßen verbessert, was zu einer Minimierung der Spannungsspitzen führt. Allerdings erfordert ein gekrümmter bzw. gebogener Schaufelfuß auch eine gekrümmte bzw. gebogene Schaufelfußplatte. Fußplattendämpfer, die für gerade Schaufelfüße eingesetzt werden, sind für den Einsatz bei gebogenen Schaufelfüßen ungeeignet, da eine gleichmäßige Anlage des Fußplattendämpfers nicht mehr vorliegt. An dieser Stelle setzt die Erfindung an, deren Aufgabe es ist, einen Rotor für eine Strömungsmaschine anzugeben, wobei Schwingungsamplituden der auf dem Rotor angeordneten Schaufeln minimiert wird.Known are so-called Fußplattendämpfer (under platform damper), which are currently being developed. Straight in this context means that the adjacent side surfaces of the blade platforms are straight. The relative movements of a vibrating blade are used for damping. For this purpose, bar material is arranged between adjacent base plates for straight blade feet. The stress distribution from the airfoil to the blade root is improved with curved blade roots compared to straight blade roots, which results in a minimization of the stress spikes. However, a curved blade root also requires a curved blade root plate. Footplate dampers used for straight shovel feet are unsuitable for use with curved shovel feet, as there is no longer an even fit of the footplate damper. At this point, the invention begins, whose task is to provide a rotor for a turbomachine, wherein vibration amplitudes of the blades arranged on the rotor is minimized.

Gelöst wird diese Aufgabe durch einen Rotor für eine Strömungsmaschine, wobei der Rotor in Umfangsrichtung benachbart angeordnete Schaufeln aufweist, wobei der Rotor entlang einer axialen Richtung ausgebildet ist, wobei die Schaufeln einen gebogenen Schaufelfuß aufweisen, wobei der Schaufelfuß in einer Nut im Rotor angeordnet ist, wobei zwischen den Schaufeln ein Dämpfungselement angeordnet ist, wobei das Dämpfungselement einzelne, separat voneinander getrennte Dämpfungselementsegmente aufweist.This object is achieved by a rotor for a turbomachine, wherein the rotor has circumferentially adjacent blades, wherein the rotor is formed along an axial direction, wherein the blades have a curved blade root, wherein the blade root is arranged in a groove in the rotor, wherein a damping element is arranged between the blades, wherein the damping element has individual, separately separate damping element segments.

Die Erfindung schlägt daher den Weg ein, statt einem einzelnen Dämpfungselement, wie es bei geraden Schaufelfüßen verwendet wird, mehrere einzeln separat voneinander getrennte Dämpfungselementsegmente zu verwenden. Die Dämpfungselementsegmente werden ähnlich wie bei den geraden Schaufelfüßen zwischen den Schaufeln angeordnet. Da jedoch einzelne Dämpfungselementsegmente verwendet werden, die nacheinander zwischen den Schaufeln angeordnet sind, erfolgt eine gleichmäßige Kraftverteilung der einzelnen Schaufeln untereinander. Das führt zu einer Minimierung von Spannungsspitzen im Schaufelfuß, wodurch unerwünschte Schwingungen reduziert werden. Die einzelnen Dämpfungselementsegmente werden durch die im Betrieb auftretende Fliehkraft gegen die Schaufel gedrückt, so dass eine Kraft von dem Dämpfungselementsegment auf die Schaufeln ausgeübt wird. Die dadurch erzeugten Reibkräfte zwischen den schwingenden Schaufelfüßen und den Dämpfungselementsegmenten führen zu einer Dämpfung der Schaufelschwingungen. Die Dämpfung der Schaufelschwingungen erfolgt durch eine Gleitreibung zwischen den Dämpfungselementsegmenten und der Schaufel.The invention therefore proposes the way to use a plurality of separately separate damping element segments instead of a single damping element, as used in straight blade roots. The damper element segments are placed between the vanes, similar to the straight vaned feet. However, since individual damping element segments are used, which are arranged successively between the blades, there is a uniform force distribution of the individual blades with each other. This leads to a minimization of voltage spikes in the blade root, whereby unwanted vibrations are reduced. The individual damping element segments are pressed by the centrifugal force occurring during operation against the blade, so that a force is exerted by the damping element segment on the blades. The frictional forces generated thereby between the oscillating blade roots and the damping element segments lead to a damping of the blade vibrations. The damping of the blade vibrations is achieved by sliding friction between the damping element segments and the blade.

Im Betrieb wirkt eine Fliehkraft auf die Dämpfungselementsegmente, wobei diese Fliehkraft zu einer Anpresskraft führt, wodurch es zu der Reibung zwischen dem Dämpfungselementsegment und der Schaufel kommt.In operation, a centrifugal force acts on the damping element segments, this centrifugal force resulting in a contact force, which leads to the friction between the damping element segment and the blade.

Die Aufteilung des Dämpfungselementes in einzelne Dämpfungselementsegmente führt dazu, dass trotz der Relativbewegung der Fußplatten die Dämpfungselementsegmente immer auf der gesamten Länge der Fußplatte anliegen und somit reiben können.The division of the damping element into individual damping element segments causes despite the relative movement of the foot plates, the damping element segments always rest on the entire length of the base plate and thus can rub.

Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen angegeben.Advantageous developments are specified in the subclaims.

In einer vorteilhaften Weiterbildung weist der Schaufelfuß eine Fußplatte auf, wobei das Dämpfungselement zwischen zwei benachbarten Fußplatten angeordnet ist. Die Fußplatten sind dabei derart ausgebildet, dass das Dämpfungselement stabil dazwischen angeordnet werden kann. Durch die im Betrieb auftretende Fliehkraft wird die Stabilität des Dämpfungselementes weiter erhöht, was zu einer verbesserten Schwingungsdämpfung führt. Die Fußplatten ragen hierzu aus dem Schaufelblatt hervor und bilden einen Vorsprung an den das Dämpfungselement angeordnet wird.In an advantageous development, the blade root has a foot plate, wherein the damping element is arranged between two adjacent base plates. The foot plates are designed such that the damping element can be stably arranged therebetween. Due to the centrifugal force occurring during operation, the stability of the damping element is further increased, resulting in improved vibration damping. For this purpose, the foot plates protrude from the blade and form a projection on which the damping element is arranged.

In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung weisen die Dämpfungselementsegmente einen konischen Querschnitt in axialer Richtung gesehen auf. Der konische Querschnitt ist hierbei derart, dass das Dämpfungselement in radialer Richtung sich verjüngt. Durch die im Betrieb auftretenden Fliehkräfte wird dadurch das Dämpfungselementsegment weiter zwischen die Fußplatten bzw. Schaufeln gedrückt. Dadurch tritt eine Kraft auf, die gegen jeweils zwei Turbinenschaufeln drückt. Infolge der Relativbewegung zwischen dem Dämpfungselement und der Turbinenschaufel entsteht Reibungsarbeit (Dissipation), was schließlich zu einer Reduzierung der Schwingungen führt.In a further advantageous development, the damping element segments have a conical cross section as seen in the axial direction. The conical cross section is in this case such that the damping element tapers in the radial direction. As a result of the centrifugal forces occurring during operation, the damping element segment is thereby pressed further between the base plates or blades. This causes a force that presses against two turbine blades. Due to the relative movement between the damping element and the turbine blade, frictional work (dissipation) occurs, which ultimately leads to a reduction of the vibrations.

In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung sind die Dämpfungselementsegmente als Kugeln oder als Ellipsoide ausgebildet. Derartige Formen der Dämpfungselementsegmente lassen sich einfach herstellen. Darüber hinaus haben als Kugeln oder als Ellipsoide ausgebildete Dämpfungselementsegmente den Vorteil, dass sie ähnlich wie bei konischen Querschnitten unter Einflussnahme der Fliehkraft zu einer Kraft führen, die zusätzlich gegen die Fußplatten bzw. Schaufeln wirkt, was zu einer Energiedissipation führt und Schwingungen dadurch reduziert werden. Diese Form der Dämpfungselemente besitzt eine statisch bestimmte stabile Lage, die die Wirkungsweise des Systems verbessert.In a further advantageous development, the damping element segments are formed as balls or as ellipsoids. Such forms of the damping element segments can be produced easily. In addition, designed as balls or ellipsoid damping element segments have the advantage that they lead similar to conical cross-sections under the influence of centrifugal force to a force that additionally acts against the foot plates or blades, which leads to an energy dissipation and vibrations are thereby reduced. This form of damping elements has a statically determined stable position, which improves the operation of the system.

Vorteilhafterweise weisen die Fußplatten hierzu Ausnehmungen auf, die zum Aufnehmen der Dämpfungselementsegmente geeignet sind. Im Falle der konisch ausgebildeten Querschnitte der Dämpfungselementsegmente genügt es, wenn die Ausnehmungen eine Schräge aufweisen, die der Konizität des konischen Dämpfungselementsegmentes entspricht. Im Falle der als Kugeln oder als Ellipsoide ausgebildeten Dämpfungselementsegmente sind die Ausnehmungen der Form der Kugeln oder der Ellipsoide nachgebildet. Durch die Ausnehmungen können die Dämpfungselementsegmente stabil aufgenommen werden, wobei ein Verschieben der Dämpfungselementsegmente wirksam vermieden wird. Darüber hinaus ist die Montage und Demontage solcher Dämpfungselementsegmente vereinfacht.Advantageously, the foot plates for this purpose have recesses which are suitable for receiving the damping element segments. In the case of the conical cross sections of the damping element segments, it is sufficient if the recesses have a slope which corresponds to the taper of the conical damping element segment. In the case of formed as balls or ellipsoids damping element segments, the recesses of the shape of the balls or ellipsoids are modeled. Through the recesses, the damping element segments can be stably received, with a displacement of the damping element segments is effectively avoided. In addition, the assembly and disassembly of such damping element segments is simplified.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand der Zeichnungen näher beschrieben. Diese sollen das Ausführungsbeispiel nicht maßstäblich darstellen, vielmehr sind die Zeichnungen, wozu Erläuterungen dienen, in schematischer und/oder leicht versetzter Form ausgeführt. Im Hinblick auf Ergänzungen der aus den Zeichnungen unmittelbar erkennbaren Lehren wird auf den einschlägigen Stand der Technik verwiesen.Embodiments of the invention are described below with reference to the drawings. These are not intended to represent the embodiment to scale, but the drawings, to which explanations serve, executed in a schematic and / or slightly offset form. With regard to additions to the teachings directly recognizable from the drawings reference is made to the relevant prior art.

Es zeigen:Show it:

Figur 1FIG. 1
eine Seitenansicht in axialer Richtung von benachbarten Schaufeln;a side view in the axial direction of adjacent blades;
Figur 2FIG. 2
eine Draufsicht in radialer Richtung auf gradlinig ausgeführte Schaufelfüße;a plan view in the radial direction on straight executed blade feet;
Figur 3FIG. 3
eine Draufsicht in radialer Richtung von gebogen ausgeführten Schaufelfüßen;a plan view in the radial direction of bent scoop feet;
Figur 4FIG. 4
eine Seitenansicht eines gebogenen Schaufelfußes mit Dämpfungselementsegmenten;a side view of a curved blade root with damping element segments;
Figur 5aFIG. 5a
eine Darstellung eines Dämpfungselementsegmentes in ellipsoider Ausführungsform;a representation of a damping element segment in ellipsoidal embodiment;
Figur 5bFIG. 5b
eine Darstellung eines Dämpfungselementsegmentes;a representation of a damping element segment;
Figur 5cFIG. 5c
eine Darstellung eines Dämpfungselementsegmentes;a representation of a damping element segment;
Figur 5dFIG. 5d
eine Darstellung eines Dämpfungselementsegmentes von vorne;a representation of a damping element segment from the front;
Figur 6FIG. 6
eine Darstellung des Dämpfungselementsegmentes in konischer Bauform.a representation of the damping element segment in a conical design.

Komponenten mit ähnlicher Wirkungsweise weisen dasselbe Bezugszeichen auf.Components having a similar mode of operation have the same reference number.

Die Figur 1 zeigt in schematischer Weise zwei Schaufeln 1, die benachbart zueinander angeordnet sind. Die Schaufel 1 weist ein Schaufelblatt 2 und einen an das Schaufelblatt 2 materialeinstückig ausgebildeten Schaufelfuß 3 auf. Die beiden Schaufeln 1 werden in entsprechende Nuten in einem Rotor angeordnet. Der Rotor und die Nuten sind in der Figur 1 nicht näher dargestellt. Die Figur 1 soll lediglich die Anordnung der Schaufeln 1 schematisch darstellen. Zwischen den Schaufeln 1 ist ein Dämpfungselement 4 angeordnet. Das Dämpfungselement 4 liegt hierbei unterhalb des Schaufelblattes 2 am Schaufelfuß 3 an. Der Schaufelfuß ist als Tannenbaumfuß ausgeführt. Der Schaufelfuß 3 kann ebenso als T-Fuß oder als L-Fuß ausgebildet sein.The FIG. 1 schematically shows two blades 1, which are arranged adjacent to each other. The blade 1 has an airfoil 2 and a blade foot 3 which is integral with the airfoil 2. The two blades 1 are arranged in corresponding grooves in a rotor. The rotor and the grooves are in the FIG. 1 not shown in detail. The FIG. 1 is merely intended to represent the arrangement of the blades 1 schematically. Between the blades 1, a damping element 4 is arranged. The damping element 4 is in this case below the blade 2 at the blade root 3. The blade foot is designed as a pine tree foot. The blade root 3 may also be formed as a T-foot or L-foot.

Der Schaufelfuß 3 weist eine Schaufelplatte 5 auf, die oberhalb des Schaufelfußes 3 angeordnet ist. Die Schaufelplatte 5 weist eine Seitenfläche 6 und eine untere Fläche 7 auf. Die Seitenfläche 6 ist im Wesentlichen parallel zu einer radialen Richtung 8 der Schaufel 1 gerichtet. Die untere Fläche 7 ist im Wesentlichen senkrecht zu der radialen Richtung 8 ausgebildet. Das Dämpfungselement 4 und die Schaufelplatte 5 haben Kontakt an einer Berührungsstelle 9. Diese Berührungsstelle 9 ist entsprechend der geometrischen Form des Dämpfungselementes 4 ausgebildet. Die in Figur 1 dargestellte geometrische Form des Dämpfungselementes 4 entspricht einer zylindrischen Querschnittsform. Daher ist die Berührungsstelle 9 dem Radius des Dämpfungselementes 4 angepasst.The blade root 3 has a blade plate 5, which is arranged above the blade root 3. The blade plate 5 has a side surface 6 and a bottom surface 7. The side surface 6 is directed substantially parallel to a radial direction 8 of the blade 1. The lower surface 7 is formed substantially perpendicular to the radial direction 8. The damping element 4 and the blade plate 5 have contact at a contact point 9. This contact point 9 is formed according to the geometric shape of the damping element 4. In the FIG. 1 illustrated geometric shape of the damping element 4 corresponds to a cylindrical cross-sectional shape. Therefore, the contact point 9 is adapted to the radius of the damping element 4.

Weitere geometrische Formen des Dämpfungselementes 4 sind beispielsweise eine ellipsoide Querschnittsform oder eine konische Querschnittsform. Die ellipsoide Querschnittsform ist in der Figur 5a und die konische Querschnittsform ist in der Figur 6 dargestellt.Further geometric shapes of the damping element 4 are, for example, an ellipsoidal cross-sectional shape or a conical cross-sectional shape. The ellipsoidal cross sectional shape is in the FIG. 5a and the conical cross-sectional shape is in the FIG. 6 shown.

In Figur 5b ist eine Darstellung des Dämpfungselementes 4 zu sehen, wobei das Dämpfungselement 4 symmetrisch zur Symmetrieachse 13 ausgebildet ist. Die geometrische Form des Dämpfungselementes 4 kann nahezu beliebig sein. Die stirnseitigen Enden 14 sollten allerdings kleiner sein als der Mittelteil 15, so dass eine ellipsoidähnliche Form entsteht.In FIG. 5b is an illustration of the damping element 4 to see, wherein the damping element 4 is formed symmetrically to the axis of symmetry 13. The geometric shape of the damping element 4 can be almost arbitrary. However, the front ends 14 should be smaller than the middle part 15, so that an ellipsoid-like shape is formed.

In der in Figur 5c dargestellten Ausführungsform des Dämpfungselementes 4 sind der Mittelteil 15 und die stirnseitigen Enden 14 trapezförmig ausgebildet.In the in FIG. 5c illustrated embodiment of the damping element 4, the central part 15 and the front ends 14 are trapezoidal.

In Figur 5d ist eine Ansicht des Dämpfungselementes 4 von vorne zu sehen. Das Dämpfungselement 4 ist im Wesentlichen rotationssymmetrisch zur Symmetrieachse 13 ausgebildet.In FIG. 5d is a view of the damping element 4 seen from the front. The damping element 4 is substantially rotationally symmetrical to the symmetry axis 13.

In der Figur 2 ist eine Draufsicht eines gradlinig ausgeführten Schaufelfußes 3 dargestellt. Die Ausführungsform gemäß der Figur 2 entspricht dem Stand der Technik, wobei das Dämpfungselement 4 einstückig ausgebildet ist.In the FIG. 2 is a plan view of a straight executed blade root 3 is shown. The embodiment according to of the FIG. 2 corresponds to the prior art, wherein the damping element 4 is integrally formed.

In Figur 3 ist das Dämpfungselement 4 in mehrere Dämpfungselementsegmente aufgeteilt. Der in Figur 3 dargestellte Schaufelfuß 3 ist gebogen ausgeführt. Der Schaufelfuß 3 ist hierbei gegen eine axiale Richtung 10 gebogen. Die axiale Richtung 10 bezieht sich auf die Längsrichtung des Rotors, der nicht näher dargestellt ist. Die Dämpfungselementsegmente sind hierbei benachbart zwischen bzw. unter der Schaufelplatte 5 angeordnet. Die Abstände zwischen den Dämpfungselementsegmenten sind hierbei variabel. Eine Anordnung mit geringfügigem Zwischenraum zwischen den Dämpfungselementsegmenten ist allerdings von Vorteil. Die Kraftübertragung der Schaufel 1 über die Schaufelplatte 5 auf die benachbarte Schaufelplatte 5 wird über die gebogene Form der Schaufelplatte 5 optimal über das als Dämpfungselementsegmenten ausgebildete Dämpfungselement übertragen. In axialer Richtung 10 gesehen verteilt sich die Kraft zwischen den beiden Schaufelplatten 5 gleichmäßig. Eine Schwingung ist dadurch wirksam reduziert.In FIG. 3 the damping element 4 is divided into several damping element segments. The in FIG. 3 shown blade root 3 is executed bent. The blade root 3 is bent in this case against an axial direction 10. The axial direction 10 refers to the longitudinal direction of the rotor, which is not shown in detail. The damping element segments are in this case arranged adjacent between or below the blade plate 5. The distances between the damping element segments are variable. However, an arrangement with a slight gap between the damping element segments is advantageous. The power transmission of the blade 1 via the blade plate 5 to the adjacent blade plate 5 is optimally transmitted via the curved shape of the blade plate 5 via the damping element formed as a damping element segments. Viewed in the axial direction 10, the force between the two blade plates 5 is distributed uniformly. A vibration is thereby effectively reduced.

In der Figur 4 ist eine Seitenansicht einer Schaufel 1 mit eingebauten Dämpfungselementen 4 zu sehen. Die Dämpfungselementsegmente sind hierbei als Kugeln ausgeführt, die in Ausnehmungen 11 der Schaufelplatte 5 angeordnet sind. Durch die dreieckförmige Ausnehmung 11 können die Dämpfungselementsegmente 4 stabil angeordnet werden, wobei ein Verrücken bzw. Verschieben der Dämpfungselementsegmente in der axialen Richtung 10 durch die Ausnehmung 11 verhindert wird. Die Ausnehmungen 11 können ebenso der geometrischen Form der Dämpfungselementsegmente angepasst werden. Das bedeutet, dass die Ausnehmung 11, bezogen auf eine kugelförmige Ausbildung des Dämpfungselementsegmentes, kugelförmig ausgebildet sein kann.In the FIG. 4 is a side view of a blade 1 with built-damping elements 4 can be seen. The damping element segments are in this case designed as balls, which are arranged in recesses 11 of the blade plate 5. By the triangular recess 11, the damping element segments 4 can be stably arranged, with a dislocation or displacement of the damping element segments in the axial direction 10 is prevented by the recess 11. The recesses 11 can also be adapted to the geometric shape of the damping element segments. This means that the recess 11, based on a spherical configuration of the damping element segment, may be spherical.

Wie in Figur 1 zu sehen, ist die Berührungsstelle 9 als eine Fußplattenkante 12 ausgebildet, an der das Dämpfungselementsegment anliegt. Die Fußplattenkante 12 kann entsprechend der geometrischen Form des Dämpfungselementsegmentes angepasst werden. Bei einem konisch ausgebildeten Dämpfungselementsegment ist die Fußplattenkante 12 konisch ausgebildet, wobei die Konizität sich in radialer Richtung 8 verjüngt.As in FIG. 1 can be seen, the contact point 9 is formed as a Fußplattenkante 12, against which the damping element segment. The Fußplattenkante 12 can according to the geometric shape of the damping element segment can be adjusted. In a conically shaped damping element segment, the base plate edge 12 is conical, wherein the conicity tapers in the radial direction 8.

Claims (8)

Rotor für eine Strömungsmaschine,
wobei der Rotor in Umfangsrichtung benachbart angeordnete Schaufeln (1) aufweist,
wobei der Rotor entlang einer axialen Richtung (10) ausgebildet ist,
wobei die Schaufeln (1) einen gebogenen Schaufelfuß (3) aufweisen,
wobei der Schaufelfuß (3) in einer Nut im Rotor angeordnet ist,
wobei zwischen den Schaufeln (1) ein Dämpfungselement (4) angeordnet ist,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Dämpfungselement (4) einzelne, separat voneinander getrennte Dämpfungselementsegmente aufweist.Rotor for a turbomachine,
the rotor having circumferentially adjacent vanes (1),
wherein the rotor is formed along an axial direction (10),
the blades (1) having a curved blade root (3),
wherein the blade root (3) is arranged in a groove in the rotor,
wherein between the blades (1) a damping element (4) is arranged,
characterized in that
the damping element (4) has individual, separately separated damping element segments. Rotor nach Anspruch 1,
wobei der Schaufelfuß (3) gegen die axiale Richtung (10) gebogen ist.Rotor according to claim 1,
wherein the blade root (3) is bent against the axial direction (10). Rotor nach Anspruch 1 oder 2,
wobei der Schaufelfuß (3) eine Fußplatte aufweist und das Dämpfungselement (4) zwischen zwei benachbarten Fußplatten angeordnet ist.Rotor according to claim 1 or 2,
wherein the blade root (3) has a foot plate and the damping element (4) is arranged between two adjacent base plates. Rotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
wobei die Schaufelplatte (5) als Vorsprung ausgebildet ist.Rotor according to one of the preceding claims,
wherein the blade plate (5) is formed as a projection. Rotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
wobei die Dämpfungselementsegmente (4) einen konischen Querschnitt in axialer Richtung (10) gesehen aufweisen.Rotor according to one of the preceding claims,
wherein the damping element segments (4) have a conical cross section in the axial direction (10) seen. Rotor nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
wobei die Dämpfungselementsegmente (4) als Kugeln oder als Ellipsoide ausgebildet sind.Rotor according to one of claims 1 to 4,
wherein the damping element segments (4) are formed as balls or as ellipsoids. Rotor nach einem der Ansprüche 3 bis 6,
wobei die Fußplatten Ausnehmungen (11) zum Aufnehmen der Dämpfungselementsegmente (4) aufweisen.Rotor according to one of claims 3 to 6,
wherein the foot plates have recesses (11) for receiving the damping element segments (4). Rotor nach einem der Ansprüche 3 bis 6,
wobei die Fußplatte eine Fußplattenkante (12) aufweist, an der das Dämpfungselementsegment (4) anliegt,
wobei die Fußplattenkante (12) konisch ausgebildet ist,
wobei die Konizität sich in radialer Richtung (8) verjüngt.Rotor according to one of claims 3 to 6,
the foot plate having a foot plate edge (12) against which the damping element segment (4) abuts,
wherein the footplate edge (12) is conical,
wherein the taper tapers in the radial direction (8).
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