EP2646656B1 - Dämpfungsmittel zum dämpfen einer schaufelbewegung einer turbomaschine - Google Patents

Dämpfungsmittel zum dämpfen einer schaufelbewegung einer turbomaschine Download PDF

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EP2646656B1
EP2646656B1 EP11813768.6A EP11813768A EP2646656B1 EP 2646656 B1 EP2646656 B1 EP 2646656B1 EP 11813768 A EP11813768 A EP 11813768A EP 2646656 B1 EP2646656 B1 EP 2646656B1
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EP
European Patent Office
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damping means
turbomachine
blade
damping
rotor
Prior art date
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Active
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EP11813768.6A
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English (en)
French (fr)
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EP2646656A1 (de
Inventor
Carsten SCHÖNHOFF
Manfred Dopfer
Martin Pernleitner
Wilfried SCHÜTTE
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MTU Aero Engines AG
Original Assignee
MTU Aero Engines AG
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Publication date
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    • 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
    • F01D25/00—Component parts, details, or accessories, not provided for in, or of interest apart from, other groups
    • F01D25/04—Antivibration arrangements
    • F01D25/06—Antivibration arrangements for preventing blade vibration
    • 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
    • F05D2260/00—Function
    • F05D2260/96—Preventing, counteracting or reducing vibration or noise
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T29/00—Metal working
    • Y10T29/49—Method of mechanical manufacture
    • Y10T29/49316—Impeller making

Definitions

  • the invention relates to a damping means for damping a blade movement of a turbomachine according to claim 1 and to a method for producing the damping means.
  • Turbomachinery in particular gas or steam turbines, have a rotor and distributed over the circumference of the rotor blades, which are coupled to the rotor.
  • the blades must be designed to withstand, during operation of the turbine, a variety of stresses, such as e.g. withstand centrifugal forces, erosion corrosion and vibrations.
  • the vibrational stresses to which the present invention pertains may arise from a combination of the medium flowing through the turbine and the forces acting on the blades.
  • the blade vibrations can lead to a structural change of the blade material in the long term, which can end in a fatigue fracture. Thus, it is necessary to dampen the vibrations of the blades. From the prior art, a variety of damping means for blade vibrations is known.
  • a damping means for a blade of a turbine is disposed in a recess of a blade platform.
  • the damping means has in the Achsnormalquerrough a triangular shape with rounded longitudinal edges.
  • the longitudinal edges each have a symmetrical crowned shape between the corners.
  • the damping means for damping the blade movement abuts an inner wall of the recess and a friction surface of another blade platform.
  • a disadvantage of the damping means used in the prior art, which have a symmetrical crowned shape, is how is fixed due to the symmetrical crowned formation of the longitudinal edge of the damping means of the friction contact region with a friction surface of the turbomachine. This may result in a correspondingly shaped friction surface of the turbomachine that the damping means is applied unfavorably to the friction surface of the turbomachine.
  • the friction surface of the turbomachine may be formed such that the damping means only in a small Reibtrust Scheme on the friction surface of the Turbomachine is present. The result of this is that the frictional heat occurring during the damping of the blade movement can only be dissipated via the small frictional contact region, which can lead to damage or wear of the damping means and / or the corresponding friction component of the turbomachine.
  • the object of the present invention is to improve the damping of a turbomachinery blade.
  • a damping means according to the preamble of claim 1 is further developed by the characterizing features.
  • Claim 6 protects a turbomachine in which the damping means is used.
  • Claim 10 provides a method of manufacturing the damping means under protection.
  • the damping means has at least one asymmetrically crowned side surface, which is provided for damping a blade movement of a turbomachine. Upon swinging of the blade during operation of the turbomachine, the swing motion of the blade is damped by friction of the side surface of the damping means with the friction surface of the turbomachine in the frictional contact region.
  • the asymmetrically convex side surface makes it possible to displace the friction contact region between the friction surface of the turbomachine and the side surface of the damping means into a more favorable region.
  • the frictional contact region is displaced such that the frictional contact region between the side surface of the damping means and the friction surface of the turbomachine increases.
  • the frictional heat which occurs when the blade movement is damped can be dissipated via the larger frictional contact area into a friction component of the turbomachine.
  • a further advantage of using an asymmetrically convex side surface is that, when the side surface of the damping means becomes worn due to friction and / or heating, the friction region of the damping means and thus the friction contact region between the damping means and the friction surface of the turbomachine increases disproportionately.
  • a larger frictional contact area allows faster friction heat removal, which increases the risk of damage and / or wear of the Damping means and / or friction component of the turbomachine reduced.
  • an advantage of an asymmetrically convex side surface is that, in the case of wear caused by friction, an adaptation of the friction region of the damping means to the respective friction surface of the friction component of the turbomachine occurs. As a result, manufacturing inaccuracies of the friction component are compensated. As a result, the manufacturing cost for the production of the friction component of the turbomachine is reduced.
  • a convex curved surface is referred to.
  • a convex curved surface is understood in the context of the invention, a surface having two delimited areas that can not be converted by reflection on an axis or plane into each other.
  • the asymmetrically crowned side surface is therefore understood in particular to mean a convexly curved side surface which has two differently shaped sections. The sections are formed such that there is no mirror plane perpendicular to the side surface and to which the sections separated by the mirror plane are mirror-symmetrical.
  • a friction contact region is understood to be a region in which friction occurs between the friction region of the damping means and the friction surface of the turbomachine during a blade movement.
  • the friction component is understood to mean all components of a turbomachine which are in frictional contact with the damping means in order to damp a blade vibration.
  • a friction member may in particular be part of a blade or may be coupled to a blade.
  • a blade platform, a cover plate of a blade, and a positioning means for the blade in the rotor axis direction can each be a friction component in the sense of the present invention. The aforementioned friction components are described in more detail below.
  • the asymmetrically crowned side surface may be formed such that it can rotate slightly about a damping center axis.
  • the asymmetrically crowned side surface is formed such that increases in a slight rotation of the damping means of the friction region of the damping means and thus the Reibtrust Scheme between damping means and the friction member of the turbomachine.
  • the side surface may have at least two sections with different radii of curvature.
  • at least one portion which is radially further away from a rotor axis, have a smaller radius of curvature than a portion which is radially closer to the rotor axis.
  • the damping of the blade vibration is improved.
  • the improvement of the damping results because the frictional contact portion forms in a region of the side surface of the damping means, which is far away from the rotor axis. It is true that the farther the frictional contact portion is away from the rotor axis, the greater a friction torque caused by the frictional force occurring in the frictional contact portion, which dampens the vibration of the blade.
  • the damping means comprises a base body which is triangular or polygonal shaped in a Achsnormalquerrough.
  • the side surfaces of the triangular or polygonal base body may each have rounded corners of the base body.
  • the portion of the asymmetrical crowned side surface, which has a smaller radius of curvature and is provided at the end of the side surface remote from the rotor axis, may each be provided adjacent to the rounded corners.
  • an anti-rotation means and / or a fastening means is attached at the damping means.
  • the anti-rotation means prevents twisting of the damping means about a damping center axis within a recess of the turbomachine.
  • the damping means is moved in a direction away from the rotor axis due to the centrifugal force.
  • On the damping means acts a rotational force, which causes the damping means rotates as long as the damping center axis until the anti-rotation means abuts against a provided on the turbomachine stop surface.
  • the anti-rotation means is preferably formed to abut against the abutment surface when the damping means is rotated to a position in which the above-mentioned small-radius-of-curvature portion is in frictional contact with the friction surface of the turbomachine.
  • the fastening means serve to prevent or limit a movement of the damping means, in particular in the direction of a rotor axis of the turbomachine.
  • the fastener ensures that the fastener can not leave the recess of the turbomachine.
  • the turbomachine may be a gas or steam turbine and, in particular, an aircraft engine.
  • the turbomachine has a rotor and stator blades and blades distributed over the circumference of the rotor, which are arranged one after the other in the flow direction of the gas.
  • In the rotor distributed grooves are provided over the circumference of the rotor.
  • the grooves extend parallel to a rotor axis.
  • the blade in particular a blade, may have a cover plate, an airfoil, a blade platform and a blade root.
  • the blade is positioned over the blade root in the groove in the radial direction to the rotor axis.
  • a fixing of the blade in Rotorachsraum can be done by a provided in the groove locking plate and / or by a separately provided on the rotor positioning.
  • Vane vibration may occur with respect to the blade and the rotor and / or between two or more blades.
  • the damping means can be arranged at different locations in the turbomachine.
  • the cover plate of a blade can have a recess which at least partially defines a, in particular closed, cavity and in which the damping means is arranged.
  • the recesses of two cover plates of adjacent blades may define the cavity.
  • the damping means is arranged in the recess such that, during operation of the turbomachine, the damping means is in frictional contact by means of a side surface in frictional contact with a friction surface of the recesses of a cover plate and with another side surface with a friction surface of the recess of the other cover plate.
  • a damping means in a recess in a positioning means which secures the blade position in Rotorachs Vietnamese, be arranged.
  • the damping means is arranged such that it is in frictional contact with a side surface a friction surface of the positioning means.
  • the damping means in another side surface in contact, in particular frictional contact, with a blade surface.
  • a damping means may be arranged in a recess of a blade platform.
  • the blade platform is disposed between the blade root and the airfoil.
  • the damping means is disposed in the recess such that the damping means is in frictional contact with a friction surface of the blade platform in which the recess is provided and with another side surface in frictional contact with a friction surface of an adjacent blade platform when operating the turbomachine.
  • the damping means which has at least one asymmetrically spherical side surface, can preferably be produced by prototyping, forming and / or by a machining production process.
  • damping means 2 has in a Achsnormalquerrough an essentially triangular base body 20.
  • the triangular base body 20 has a support surface 25 and two side surfaces 21, 21 ', which merge into one another in rounded ends.
  • the side surfaces 21, 21 'each have an asymmetrical spherical shape.
  • the asymmetrically crowned shape of the individual side surfaces 21, 21 'results because the side surfaces 21, 21' each have three sections, each with different radii of curvature R1, R2, R3.
  • the damping means 2 has an anti-rotation means 24, which is mounted on the base body 20 and extends over the support surface 25 in the radial direction to a rotor axis, not shown.
  • the damping means 2 is arranged in a cavity which is defined by two recesses 11 of adjacently arranged blades 10, 10 'of a turbomachine 1.
  • the cavity has in a Achsnormalquerrough a triangular cross-section, wherein the individual cavity walls are formed longer than the side surfaces 21 and the support surface 25 of the damping means 2.
  • the damping means 2 is arranged in the cavity so that it is independent of the operating state of the turbomachine 1 with the cavity walls both blades 10,10 'is in contact.
  • Both side surfaces 21, 21 'of the damping means 2 have a first section with a first radius of curvature R1, a second section with a second radius of curvature R2 and a third section with a third radius of curvature R3. Further, in both side surfaces 21, 21 ', the second portion having the second radius of curvature R2 is disposed between the first and second portions and formed longer than the first and third portions.
  • the third radius of curvature R3 has a smaller value than the first and second radius of curvature R1, R2. Furthermore, the first radius of curvature R1 has a smaller value than the second radius of curvature R2.
  • the first section with the first radius of curvature R1 is located in the radial direction to the rotor axis at the end of the side surface 21 near the rotor axis.
  • the third section with the third radius of curvature R3 is in the radial direction to the rotor axis at the point remote from the rotor axis End of the side surface 21 arranged and with the corresponding cavity wall in a Reibêt Society 22 in frictional contact.
  • the first portion with the first radius of curvature R1 is arranged in the radial direction to the rotor axis at the end of the side surface 21' remote from the rotor axis.
  • the third section with the third radius of curvature R3 is arranged in the radial direction to the rotor axis at the end of the side surface 21 'close to the rotor axis and in frictional contact with the corresponding cavity wall in a frictional contact region 22.
  • the blade 10 of the turbomachine 1 is designed such that it has a recess 14 through which the anti-rotation means 24 extends in a radial direction to the rotor axis.
  • the recess 14 is bounded by the walls of the recess 14 and by a stop surface 12.
  • the stop surface 12 is provided on the blade 10 ', which is adjacent to the blade 10 with the recess 14.
  • the recess 14 is formed such that the damping means 2 can not fall over them from the cavity in an idle state of the turbine.
  • the damping means 2 is located on the support surface 25 on the corresponding cavity wall, and the anti-rotation means 24 extends through the recess 14 in the radial direction to the rotor axis.
  • the damping means 2 is moved in the radial direction in a direction away from the rotor axis due to the centrifugal force until the side surfaces 21, 21 'abut against the cavity walls. In this movement in the direction of the cavity walls, a rotation of the damping means 2 takes place about a damping axis.
  • the damping means 2 is rotated until the anti-rotation means 24 abuts against the abutment surface 12 of a blade 10. As a result, the two side surfaces 21, 21 'of the damping means 2 are in frictional contact with the cavity walls in the friction contact region 22, respectively. During a movement of one or both blades 10, 10 'in the radial and / or axial direction, the blade movement can be damped due to the frictional contact of the damping means 2 with the cavity walls.
  • Fig. 2 shows an enlarged view AA of the ReibWallet Anlagens 22 FIG. 1 , How out Fig. 2 it can be seen, the third portion with the radius of curvature R3 of the first side surface 21 is in frictional contact with the cavity wall.
  • the second portion of the first side surface 21 having the radius of curvature R2 greater than the radius of curvature R3 is not in frictional contact with the cavity wall.

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Description

  • Die Erfindung betrifft ein Dämpfungsmittel zum Dämpfen einer Schaufelbewegung einer Turbomaschine gemäß dem Anspruch 1 und ein Verfahren zum Herstellen des Dämpfungsmittels. gemäß dem Anspruch 10. Turbomaschinen, insbesondere Gas- oder Dampfturbinen, weisen einen Rotor und über den Umfang des Rotors verteilte Schaufeln auf, die mit dem Rotor gekoppelt sind. Die Schaufeln müssen derart ausgelegt werden, dass sie bei einem Betrieb der Turbine eine Vielzahl von Beanspruchungen, wie z.B. durch Zentrifugalkräfte, Erosionskorrosion und Schwingungen aushalten.
  • Die Schwingungsbeanspruchungen, auf die sich die vorliegende Erfindung bezieht, können durch eine Kombination des durch die Turbine strömenden Mediums und der auf die Schaufeln wirkenden Kräfte entstehen. Die Schaufelschwingungen können längerfristig zu einer Gefügeveränderung des Schaufelmaterials führen, die in einem Ermüdungsbruch enden kann. Somit ist es notwendig, die Schwingungen der Schaufeln zu dämpfen. Aus dem Stand der Technik ist eine Vielzahl von Dämpfungsmitteln für Schaufelschwingungen bekannt.
  • In der DE 103 40 773 ist ein Dämpfungsmittel für eine Laufschaufel einer Turbine in einer Aussparung einer Laufschaufelplattform angeordnet. Das Dämpfungsmittel weist im Achsnormalquerschnitt eine dreieckartige Form mit abgerundeten Längskanten auf. Die Längskanten weisen zwischen den Ecken jeweils eine symmetrisch ballige Form auf. Bei einem Betrieb der Turbine liegt das Dämpfungsmittel zum Dämpfen der Laufschaufelbewegung an einer Innenwand der Aussparung und an einer Reibfläche einer anderen Laufschaufelplattform an.
  • Ein Nachteil der im Stand der Technik verwendeten Dämpfungsmittel, die eine symmetrisch ballige Form aufweisen, besteht darin, wie aufgrund der symmetrisch balligen Ausbildung der Längskante des Dämpfungsmittels der Reibkontaktbereich mit einer Reibfläche der Turbomaschine festgelegt ist. Dies kann bei einer entsprechend geformten Reibfläche der Turbomaschine dazu führen, dass das Dämpfungsmittel ungünstig an der Reibfläche der Turbomaschine anliegt. So kann die Reibfläche der Turbomaschine derart ausgebildet sein, dass das Dämpfungsmittels nur in einem kleinen Reibkontaktbereich an der Reibfläche der Turbomaschine anliegt. Dies führt dazu, dass die bei der Dämpfung der Schaufelbewegung auftretende Reibwärme nur über den kleinen Reibkontaktbereich abgeführt werden kann, was zu einer Beschädigung bzw. einem Verschleiß des Dämpfungsmittels und/ oder des entsprechenden Reibbauteils der Turbomaschine führen kann.
  • Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es , die Dämpfung einer Turbomaschinenschaufel zu verbessern.
  • Zur Lösung dieser Aufgabe ist ein Dämpfungsmittel nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 durch dessen kennzeichnende Merkmale weitergebildet. Anspruch 6 stellt eine Turbomaschine unter Schutz, in der das Dämpfungsmittel eingesetzt wird. Anspruch 10 stellt ein Verfahren zum Herstellen des Dämpfungsmittels unter Schutz.
  • Erfindungsgemäß weist das Dämpfungsmittel wenigstens eine asymmetrisch ballige Seitenfläche auf, die zum Dämpfen einer Schaufelbewegung einer Turbomaschine vorgesehen ist. Bei einem Schwingen der Schaufel während des Betriebs der Turbomaschine wird die Schwingbewegung der Schaufel durch eine Reibung der Seitenfläche des Dämpfungsmittels mit der Reibfläche der Turbomaschine in dem Reibkontaktbereich gedämpft.
  • Dabei ermöglich die asymmetrisch ballige Seitenfläche ein Verlagern des Reibkontaktbereichs zwischen der Reibfläche der Turbomaschine und der Seitenfläche des Dämpfungsmittels in einen günstigeren Bereich. Vorzugsweise wird der Reibkontaktbereich derart verlagert, dass sich der Reibkontaktbereich zwischen der Seitenfläche des Dämpfungsmittels und der Reibfläche der Turbomaschine vergrößert. Die bei einer Dämpfung der Schaufelbewegung auftretende Reibwärme kann über den größeren Reibkontaktbereich in ein Reibbauteil der Turbomaschine abgeführt werden. Somit verringert sich die Gefahr, dass beim Dämpfen der Schaufelbewegung das Dämpfungsmittel und/ oder das Reibbauteil aufgrund der Reibwärme beschädigt werden bzw. verschleissen.
  • Ein weiterer Vorteil einer Verwendung einer asymmetrisch balligen Seitenfläche besteht darin, dass sich bei einem Verschleiß der Seitenfläche des Dämpfungsmittels aufgrund der Reibung und/ oder Erwärmung der Reibbereich des Dämpfungsmittels und damit der Reibkontaktbereich zwischen Dämpfungsmittel und der Reibfläche der Turbomaschine überproportional stark vergrößert. Ein größerer Reibkontaktbereich ermöglicht eine schnellere Reibwärmeabfuhr, wodurch sich die Gefahr einer Beschädigung und/ oder eines Verschleißes des Dämpfungsmittels und/ oder Reibbauteils der Turbomaschine verringert. Des Weiteren besteht ein Vorteil einer asymmetrisch balligen Seitenfläche darin, dass es bei einem reibungsbedingten Verschleiß zu einer Anpassung des Reibbereichs des Dämpfungsmittels an die jeweilige Reibfläche des Reibbauteils der Turbomaschine kommt. Dadurch werden Fertigungsungenauigkeiten des Reibbauteils ausgeglichen. Im Ergebnis verringert sich der Fertigungsaufwand für die Herstellung des Reibbauteils der Turbomaschine.
  • Als ballig wird im Sinne der Erfindung eine konvex gekrümmte Fläche bezeichnet. Als eine asymmetrische Fläche wird im Sinne der Erfindung eine Fläche verstanden, die zwei abgegrenzte Bereiche aufweist, die nicht durch Spiegelung an einer Achse bzw. Ebene ineinander überführt werden können. Als asymmetrisch ballige Seitenfläche wird daher im Sinne der Erfindung insbesondere eine konvex gekrümmte Seitenfläche verstanden, die zwei unterschiedlich ausgebildete Abschnitte aufweist. Die Abschnitte sind derart ausgebildet, dass es keine Spiegelebene gibt, die senkrecht zu der Seitenfläche verläuft und zu der die durch die Spiegelebene getrennten Abschnitte spiegelsymmetrisch sind.
  • Als Reibkontaktbereich wird im Sinne der Erfindung ein Bereich verstanden, in dem bei eine Schaufelbewegung Reibung zwischen dem Reibbereich des Dämpfungsmittels und der Reibfläche der Turbomaschine auftritt.
  • Als Reibbauteil werden im Sinne der Erfindung alle Bauteile einer Turbomaschine verstanden, die in Reibkontakt mit dem Dämpfungsmittel stehen, um eine Schaufelschwingung zu dämpfen. Ein Reibbauteil kann insbesondere Bestandteil einer Schaufel sein oder kann mit einer Schaufel gekoppelt sein. So kann es sich beispielsweise bei einer Schaufelplattform, einer Deckelplatte einer Schaufel, und bei einem Positioniermittel für die Laufschaufel in Rotorachsrichtung jeweils um ein Reibbauteil im Sinne der vorliegenden Erfindung handeln. Die zuvor genannten Reibbauteile werden nachfolgend näher beschrieben.
  • In einer bevorzugten Ausführung kann die asymmetrisch ballige Seitenfläche derart ausgebildet sein, dass sich diese geringfügig um eine Dämpfungsmittelachse drehen kann. Infolge der Reibung der Seitenfläche mit der Reibfläche der Turbomaschine wirkt auf das Dämpfungsmittel eine Reibkraft, die ein leichtes Drehen des Dämpfungsmittels bewirken kann. Dabei ist die asymmetrisch ballige Seitenfläche derart ausgebildet, dass sich bei einem geringfügigen Drehen des Dämpfungsmittels der Reibbereich des Dämpfungsmittels und damit der Reibkontaktbereich zwischen Dämpfungsmittel und dem Reibbauteil der Turbomaschine vergrößert.
  • Die Seitenfläche kann wenigstens zwei Abschnitte mit unterschiedlichen Krümmungsradien aufweisen. Dabei kann wenigstens ein Abschnitt, der radial weiter von einer Rotorachse entfernt ist, einen kleineren Krümmungsradius aufweisen als ein Abschnitt, der radial näher zur Rotorachse liegt. Bei einem Kontaktieren der Reibfläche der Turbomaschine mit dem Abschnitt mit dem zuvor genannten kleinen Krümmungsradius der Seitenfläche wird die Dämpfung der Schaufelschwingung verbessert. Die Verbesserung der Dämpfung ergibt sich, da sich der Reibkontaktabschnitt in einem Bereich der Seitenfläche des Dämpfungsmittels bildet, der von der Rotorachse weit entfernt ist. Dabei gilt, dass je weiter der Reibkontaktabschnitt von der Rotorachse entfernt ist, umso größer ein durch die im Reibkontaktabschnitt auftretende Reibkraft bewirktes Reibdrehmoment ist, das die Schwingung der Schaufel dämpft.
  • Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung besteht darin, dass das Dämpfungsmittel einen Grundkörper aufweist, der in einem Achsnormalquerschnitt dreieck- oder mehreckförmig ausgebildet ist. Die Seitenflächen des dreieck- oder mehreckförmigen Grundkörpers können jeweils abgerundete Ecken des Grundkörpers aufweisen. Der Abschnitt der asymmetrisch balligen Seitenfläche, der einen kleineren Krümmungsradius aufweist und an dem von der Rotorachse entfernten Ende der Seitenfläche vorgesehen ist, kann jeweils benachbart zu den abgerundeten Ecken vorgesehen sein.
  • An dem Dämpfungsmittel ist ein Verdrehsicherungsmittel und/oder ein Befestigungsmittel angebracht. Das Verdrehsicherungsmittel verhindert bzw. begrenzt ein Verdrehen des Dämpfungsmittels um eine Dämpfungsmittelachse innerhalb einer Aussparung der Turbomaschine. Im Betrieb der Turbomaschine wird das Dämpfungsmittel aufgrund der Fliehkraft in eine Richtung weg von der Rotorachse bewegt. Auf das Dämpfungsmittel wirkt eine Drehkraft, die bewirkt, dass sich das Dämpfungsmittel solange um die Dämpfungsmittelachse dreht, bis das Verdrehsicherungsmittel gegen einen an der Turbomaschine vorgesehene Anschlagsfläche stößt. Das Verdrehsicherungsmittel ist vorzugsweise derart ausgebildet dass es gegen die Anschlagsfläche stößt, wenn das Dämpfungsmittel in eine Position gedreht ist, in der der oben genannte Abschnitt mit dem kleinen Krümmungsradius in Reibkontakt mit der Reibfläche der Turbomaschine ist.
  • Bei einem Verschleiß der Seitenfläche aufgrund der Reibung ändert sich die Form des Dämpfungsmittels und damit die Position des Schwerpunkts des Dämpfungsmittels. Durch eine entsprechende konstruktive Ausbildung der Seitenflächen des Dämpfungsmittels kann die Position des Schwerpunkts eingestellt werden. Dadurch lässt sich die dynamische Eigenschaft des Dämpfungsmittels verbessern.
  • Das Befestigungsmittel dient zum Verhindern bzw. Begrenzen einer Bewegung des Dämpfungsmittels, insbesondere in Richtung einer Rotorachse der Turbomaschine. Somit stellt das Befestigungsmittel sicher, dass das Befestigungsmittel die Aussparung der Turbomaschine nicht verlassen kann.
  • Bei der Turbomaschine kann es sich um eine Gas- oder Dampfturbine und insbesondere um ein Flugzeugtriebwerk handeln. Die Turbomaschine weist einen Rotor und über den Umfang des Rotors verteilte Statorschaufeln und Laufschaufeln auf, die in Strömungsrichtung des Gases nacheinander angeordnet sind. In dem Rotor sind über den Umfang des Rotors verteilte Nuten vorgesehen. Die Nuten erstrecken sich parallel zu einer Rotorachse. Die Schaufel, insbesondere eine Laufschaufel, kann eine Deckplatte, ein Schaufelblatt, eine Schaufelplattform und einen Schaufelfuß aufweisen. Die Schaufel wird über den Schaufelfuß in der Nut in radialer Richtung zur Rotorachse lagefest positioniert. Eine Fixierung der Schaufel in Rotorachsrichtung kann durch ein in der Nut vorgesehenes Sicherungsblech und/ oder durch ein am Rotor separat vorgesehenes Positioniermittel erfolgen.
  • Eine Schaufelschwingung kann bezüglich der Schaufel und dem Rotor und/ oder zwischen zweien oder mehreren Schaufeln auftreten. Zum Dämpfen der Schaufelschwingung kann das Dämpfungsmittel an unterschiedlichen Stellen in der Turbomaschine angeordnet werden.
  • Die Deckplatte einer Schaufel kann eine Aussparung aufweisen, die wenigstens teilweise einen, insbesondere geschlossenen, Hohlraum definiert und in der das Dämpfungsmittel angeordnet ist. So können die Aussparungen von zwei Deckplatten von benachbart angeordneten Schaufeln den Hohlraum definieren. Das Dämpfungsmittel ist in der Aussparung derart angeordnet, dass im Betrieb der Turbomaschine das Dämpfungsmittel mittels einer Seitenfläche in Reibkontakt mit einer Reibfläche der Aüssparungen einer Deckplatte und mit einer anderen Seitenfläche mit einer Reibfläche der Aussparung der anderen Deckplatte jeweils in Reibkontakt ist.
  • Alternativ oder zusätzlich kann ein Dämpfungsmittel in einer Aussparung in einem Positioniermittel, das die Schaufelposition in Rotorachsrichtung sichert, angeordnet sein. Dabei ist das Dämpfungsmittel derart angeordnet, dass es mit einer Seitenfläche in Reibkontakt mit einer Reibfläche des Positioniermittels ist. Des Weiteren ist das Dämpfungsmittel in einer anderen Seitenfläche in Kontakt, insbesondere Reibkontakt, mit einer Schaufelfläche.
  • Alternativ oder zusätzlich kann ein Dämpfungsmittel in einer Aussparung einer Schaufelplattform angeordnet sein. Die Schaufelplattform ist zwischen dem Schaufelfuß und dem Schaufelblatt angeordnet. Das Dämpfungsmittel ist in der Aussparung derart angeordnet, dass das Dämpfungsmittel bei einem Betrieb der Turbomaschine mit einer Seitenfläche in Reibkontakt mit einer Reibfläche der Schaufelplattform, in der die Aussparung vorgesehen ist, und mit einer anderen Seitenfläche in Reibkontakt mit einer Reibfläche einer benachbarten Schaufelplattform ist.
  • Das Dämpfungsmittel, das wenigstens eine asymmetrisch ballige Seitenfläche aufweist, kann vorzugsweise mittels Urformen, Umformen und/oder durch ein spanendes Fertigungsverfahren hergestellt werden.
  • Weitere Merkmale und Vorteile ergeben sich aus den Unteransprüchen und dem Ausführungsbeispiel. Hierzu zeigen:
    • Figur 1:
    eine schematische Darstellung eines Dämpfungsmittels in einem Hohlraum gemäß einer Ausführung der Erfindung.
    Figur 2:
    eine vergrößerte Ansicht A-A eines Reibkontaktbereichs aus Figur 1 gemäß einer Ausführung der Erfindung.
  • Das in Figur 1 gezeigte Dämpfungsmittel 2 weist in einem Achsnormalquerschnitt einen im Wesentlichen dreieckförmigen Grundkörper 20 auf. Der dreieckförmige Grundkörpers 20 weist eine Auflagefläche 25 und zwei Seitenflächen 21, 21' auf, die in abgerundeten Enden ineinander übergehen. Die Seitenflächen 21, 21' weisen jeweils eine asymmetrisch ballige Form auf. Die asymmetrisch ballige Form der einzelnen Seitenflächen 21, 21' ergibt sich, weil die Seitenflächen 21, 21' jeweils drei Abschnitte mit jeweils unterschiedlichen Krümmungsradien R1, R2, R3 aufweisen. Ferner weist das Dämpfungsmittel 2 ein Verdrehsicherungsmittel 24 auf, das am Grundkörper 20 angebracht ist und sich über die Auflagefläche 25 in radialer Richtung zu einer nicht dargestellten Rotorachse erstreckt.
  • Das Dämpfungsmittel 2 ist in einem Hohlraum angeordnet, der durch zwei Aussparungen 11 von benachbart angeordneten Schaufeln 10, 10' einer Turbomaschine 1 definiert wird. Der Hohlraum weist in einem Achsnormalquerschnitt einen dreieckförmigen Querschnitt auf, wobei die einzelnen Hohlraumwände länger ausgebildet sind als die Seitenflächen 21 bzw. die Auflagefläche 25 des Dämpfungsmittels 2. Das Dämpfungsmittel 2 ist dabei derart im Hohlraum angeordnet, dass es unabhängig vom Betriebszustand der Turbomaschine 1 mit den Hohlraumwänden beider Schaufeln 10,10' in Kontakt ist.
  • Beide Seitenflächen 21, 21' des Dämpfungsmittels 2 weisen einen ersten Abschnitt mit einem ersten Krümmungsradius R1, einen zweiten Abschnitt mit einem zweiten Krümmungsradius R2 und einen dritten Abschnitt mit einem dritten Krümmungsradius R3 auf. Des Weiteren ist in beiden Seitenflächen 21, 21'der zweite Abschnitt mit dem zweiten Krümmungsradius R2 zwischen dem ersten und zweiten Abschnitt angeordnet und länger ausgebildet als der erste und dritte Abschnitt. Der dritte Krümmungsradius R3 weist einen kleineren Wert auf als der erste und zweite Krümmungsradius R1, R2. Des Weiteren weist der erste Krümmungsradius R1 einen kleineren Wert auf als der zweite Krümmungsradius R2.
  • In der ersten Seitenfläche 21 befindet sich in radialer Richtung zu der Rotorachse der erste Abschnitt mit dem ersten Krümmungsradius R1 am zur Rotorachse nahen Ende der Seitenfläche 21. Der dritte Abschnitt mit dem dritten Krümmungsradius R3 ist in radialer Richtung zur Rotorachse an dem von der Rotorachse entfernten Ende der Seitenfläche 21 angeordnet und mit der entsprechenden Hohlraumwand in einem Reibkontaktbereich 22 in Reibkontakt.
  • In der zweiten Seitenfläche 21' ist der erste Abschnitt mit dem ersten Krümmungsradius R1 in radialer Richtung zu der Rotorachse am zur Rotorachse entfernten Ende der Seitenfläche 21' angeordnet. Der dritte Abschnitt mit dem dritten Krümmungsradius R3 ist in radialer Richtung zur Rotorachse an dem zur Rotorachse nahen Ende der Seitenfläche 21' angeordnet und mit der entsprechenden Hohlraumwand in einem Reibkontaktbereich 22 in Reibkontakt.
  • Die Schaufel 10 der Turbomaschine 1 ist derart ausgebildet, dass sie eine Ausnehmung 14 aufweist, durch die sich das Verdrehsicherangsmittel 24 in einer radialen Richtüng zu der Rotorachse erstreckt. Die Ausnehmung 14 wird begrenzt durch die Wände der Ausnehmung 14 und durch eine Anschlagsfläche 12. Die Anschlagsfläche 12 ist an der Schaufel 10' vorgesehen, die zur Schaufel 10 mit der Ausnehmung 14 benachbart ist. Die Ausnehmung 14 ist derart ausgebildet, dass das Dämpfungsmittel 2 in einem Ruhezustand der Turbine nicht über diese aus dem Hohlraum fallen kann. In einem nichtdargestellten Ruhezustand der Turbomaschine 1 liegt das Dämpfungsmittel 2 über die Auflagefläche 25 an der entsprechenden Hohlraumwand an, und das Verdrehsicherungsmittel 24 erstreckt sich durch die Ausnehmung 14 in radialer Richtung zur Rotorachse.
  • Während des Betriebs der Turbomaschine 1 wird das Dämpfungsmittel 2 aufgrund der Fliehkraft in radialer Richtung solange in eine Richtung weg von der Rotorachse bewegt bis die Seitenflächen 21, 21' gegen die Hohlraumwände stoßen. Bei dieser Bewegung in Richtung zu den Hohlraumwänden erfolgt eine Verdrehung des Dämpfungsmittels 2 um eine Dämpfungsachse.
  • Das Dämpfungsmittel 2 wird solange gedreht bis das Verdrehsicherungsmittel 24 gegen die Anschlagsfläche 12 der einen Schaufel 10 stößt. Im Ergebnis befinden sich die zwei Seitenflächen 21, 21' des Dämpfungsmittels 2 mit den Hohlraumwänden in dem Reibkontaktbereich 22 jeweils in Reibkontakt. Bei einer Bewegung einer oder beider Schaufeln 10, 10' in radialer und/ oder axialer Richtung kann die Schaufelbewegung aufgrund des Reibkontakts des Dämpfungsmittels 2 mit den Hohlraumwänden gedämpft werden.
  • Fig. 2 zeigt einen vergrößerte Ansicht A-A des Reibkontaktbereichs 22 aus Figur 1. Wie aus Fig. 2 ersichtlich ist, befindet sich der dritte Abschnitt mit dem Krümmungsradius R3 der ersten Seitenfläche 21 in Reibkontakt mit der Hohlraumwand. Der zweite Abschnitt der ersten Seitenfläche 21 mit dem Krümmungsradius R2, der größer ist als der Krümmungsradius R3, steht nicht in Reibkontakt mit der Hohlraumwand.

Claims (10)

  1. Dämpfungsmittel (2) zum Dämpfen einer Schaufelbewegung einer Turbomaschine (1), wobei das Dämpfungsmittel (2) wenigstens eine Seitenfläche (21, 21') aufweist, die zum Dämpfen der Schaufelbewegung durch Reibkontakt mit einer Reibfläche der Turbomaschine (1) vorgesehen ist, wobei die Seitenfläche (21, 21') asymmetrisch ballig ausgebildet ist und gekennzeichnet durch ein Verdrehsicherungsmittel (24).
  2. Dämpfungsmittel (2) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Seitenfläche (21, 21') wenigstens zwei Abschnitte mit unterschiedlichen Krümmungsradien (R1, R2, R3) aufweist.
  3. Dämpfungsmittel (2) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein Abschnitt der Seitenfläche (21, 21'), der radial weiter von einer Rotorachse der Turbomaschine (1) entfernt ist, einen kleineren Krümmungsradius aufweist als ein Abschnitt der Seitenfläche (21, 21'), der radial näher zur Rotorachse liegt.
  4. Dämpfungsmittel (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Dämpfungsmittel (2) einen drei- oder mehreckförmigen Achsnormalquerschnitt aufweist.
  5. Dämpfungsmittel (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch ein Befestigungsmittel zum Begrenzen oder Verhindern einer Bewegung des Dämpfungsmittels (2), insbesondere in Richtung einer Rotorachse der Turbomaschine (1).
  6. Turbomaschine (1), insbesondere Gas- oder Dampfturbine, mit einem Rotor und wenigstens einer Schaufel (10), insbesondere einer mit dem Rotor gekoppelten Laufschaufel, dadurch gekennzeichnet, dass die Turbomaschine (1) ein Dämpfungsmittel (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche aufweist.
  7. Turbomaschine (1) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaufel (10) ein Schaufelblatt und an dem vom Rotor entfernten Ende des Schaufelblatts eine Deckplatte aufweist, wobei die Deckplatte eine Aussparung aufweist, die, wenigstens teilweise, einen, insbesondere geschlossenen, Hohlraum definiert, in dem das Dämpfungsmittel (2) angeordnet ist.
  8. Turbomaschine (1) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Dämpfungsmittel (2), wenigstens teilweise, in einem Hohlraum in einem Positioniermittel für die Schaufel (10) in axialer Richtung angeordnet ist.
  9. Turbomaschine (1) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaufel (10) ein Schaufelblatt und an dem dem Rotor zugewandten Ende des Schaufelblatts eine Plattform aufweist, wobei die Plattform eine Aussparung aufweist, die, wenigstens teilweise, einen, insbesondere geschlossenen, Hohlraum definiert, in dem das Dämpfungsmittel (2) angeordnet ist.
  10. Verfahren zum Herstellen eines Dämpfungsmittels (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine Seitenfläche (21, 21') asymmetrisch ballig hergestellt, insbesondere ur- und/oder umgeformt und/oder spanend bearbeitet, wird und dass das Dämpfungsmittels (2) ein Verdrehsicherungsmittel (24) aufweist.
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