DE10022244A1 - Schaufelanordnung mit Dämpfungselementen - Google Patents

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Schaufelanordnung mit Dämpfungselementen sowie ein Verfahren zur Vibrationsdämpfung einer Schaufelanordnung. Die Schaufelanordnung umfasst einen Rotor sowie am Umfang des Rotors angeordnete Schaufeln. Zwischen den Schaufeln sind Dämpfungselemente (2, 3) angeordnet, die bei einer Rotation des Rotors durch eine in radialer Richtung wirkende Zentrifugalkraft mit den Schaufeln in Kontakt stehen. Zwischen benachbarten Schaufeln sind hierbei zumindest zwei Dämpfungselemente (2, 3) in Umfangsrichtung des Rotors hintereinander angeordnet, die sich bei einer Rotation des Rotors über eine Berührungsfläche (6) berühren und von denen ein erstes Dämpfungselement (2) mit einer ersten Reibungsfläche (4) der einen und ein zweites Dämpfungselement (3) mit einer zweiten Reibungsfläche (5) der anderen Schaufel in Kontakt treten. DOLLAR A Mit der Schaufelanordnung lassen sich eine Vielzahl von unterschiedlichen Schwingungszuständen wirksam dämpfen.

Description

Technisches Anwendungsgebiet

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Schau­ felanordnung mit Dämpfungselementen. Die Dämpfungsele­ mente dienen der Vibrationsdämpfung der Schaufelanord­ nung. Die Schaufelanordnung umfasst einen Rotor sowie am Umfang des Rotors angeordnete Schaufeln, wobei zwi­ schen den Schaufeln Dämpfungselemente lose angeordnet sind, die bei einer Rotation des Rotors um eine Roto­ rachse durch eine in radialer Richtung wirkende Zentri­ fugalkraft mit den Schaufeln in Kontakt stehen.

Derartige Schaufelanordnungen werden insbesondere bei Strömungsmaschinen wie Gasturbinen eingesetzt. Die einzelnen Schaufeln bestehen hierbei in der Regel aus dem Schaufelblatt, einer Schaufelplattform und dem Schaufelfuß, der in entsprechende Ausnehmungen am Um­ fang des Rotors eingehängt ist. Beim Betrieb der Schau­ felanordnung entstehen durch verschiedene Anregungsur­ sachen unerwünschte Biege- und Torsionsschwingungen, die zu einer frühzeitigen Materialermüdung und damit zu einer verkürzten Lebensdauer der Schaufelanordnung füh­ ren können. Die vorliegende Erfindung betrifft eine Schaufelanordnung mit Dämpfungselementen zur Dämpfung dieser unerwünschten Schwingungen.

Stand der Technik

Zur Verminderung der Vibrationen von Schau­ felanordnungen werden bereits Dämpfungselemente einge­ setzt, die zwischen den einzelnen Schaufeln wirken. Bei diesen Dämpfungselementen handelt es sich um in der Re­ gel lose Körper, die im Ruhezustand zunächst zwischen den Schaufelfüßen der Schaufeln am Rotor oder auf ent­ sprechenden Tragestrukturen aufliegen und beim Betrieb des Rotors aufgrund der in radialer Richtung wirkenden Zentrifugalkraft gegen die Unterseite der Schaufel­ plattformen benachbarter Schaufeln gedrückt werden. Je­ des Dämpfungselement steht dabei zur gleichen Zeit mit beiden benachbarten Schaufelplattformen in Kontakt. Hierdurch kann die kinetische Energie einer aufgrund von Vibrationen hervorgerufenen Relativbewegung zwi­ schen den Schaufeln in Reibungsenergie zwischen den je­ weiligen Schaufelplattformen und dem anliegenden Dämp­ fungselement umgewandelt werden. Dies dämpft die Schwingungen und führt insgesamt zu einer verminderten Schwingungsbelastung der Schaufelanordnung.

Eine derartige Schaufelanordnung mit Dämpfungsele­ menten ist beispielsweise aus der US 4,917,574 bekannt. Bei dieser Anordnung bilden die Schaufelplattformen be­ nachbarter Schaufeln mit ihrer Unterseite Ausnehmungen, in die während der Rotation durch die Zentrifugalkraft kugelförmige Körper als Dämpfungselemente gedrückt wer­ den.

Eine weitere Möglichkeit der Ausgestaltung der Dämpfungselemente besteht darin, diese als stabförmige Elemente mit rundem Querschnitt auszubilden, die parallel zur Rotorachse zwischen benachbarten Schaufeln an­ geordnet sind. Die Anordnung kann hierbei beispielswei­ se in einer entsprechenden seitlichen Ausnehmung des Schaufelfußes oder der Schaufelplattform einer der be­ nachbarten Schaufeln erfolgen. Auf eine derartige An­ ordnung wird beispielsweise in A. J. Scalzo, Journal of Engineering for Gas Turbines and Power, Vol. 114, April 1992, auf den Seiten 289 und 290 eingegangen. Diese häufig verwendete Form der Dämpfungselemente mit kreis­ förmigem Querschnitt bewirkt zusätzlich eine Abdichtung des Gasstromes einer Gasturbine gegenüber dem Rotor und wird daher auch als sog. "seal-pin damper" bezeichnet. Ein Nachteil dieser Dämpfungselemente besteht jedoch darin, dass unter bestimmten Bedingungen das Dämpfungs­ element verklemmen kann. Dadurch werden Relativbewegun­ gen unterbunden, wodurch große Spannungen an den Über­ gangsstellen vom Dämpfungselement zu den Schaufeln ent­ stehen. Diese Spannungen führen zu einer frühzeitigen Materialermüdung und können die Ausbildung von Rissen in den Schaufeln begünstigen. Weiterhin wirken diese kreisquerschnittsförmigen Dämpfungselemente nicht bei allen auftretenden Schwingungen einer Schaufelanordnung in gleicher Weise, so dass bestimmte Schwingungszustän­ de beinahe ungedämpft auftreten können. Insbesondere kommt es bei diesen kreisquerschnittsförmigen Dämp­ fungselementen vor, dass keine Relativbewegung zwischen den Kontaktflächen auftritt oder die Dämpfungselemente auf der Kontaktfläche abrollen statt eine Gleitbewegung durchzuführen.

Eine weitere Schaufelanordnung mit Dämpfungsele­ menten ist beispielsweise in der US 5,156,528 beschrie­ ben. Bei dieser Anordnung bilden Randbereiche sich gegenüberliegender benachbarter Schaufelplattformen eine sich in radialer Richtung verjüngende Ausnehmung bzw. Führung, in die das Dämpfungselement durch die Zentri­ fugalkraft gedrückt wird. Das Dämpfungselement ist hierbei mit keilförmigem Querschnitt ausgebildet, wobei der Keilwinkel dem Winkel der durch die beiden Randbe­ reiche der Schaufelplattformen gebildeten V-förmigen Ausnehmung entspricht. Mit dieser keilförmigen Ausge­ staltung der Dämpfungselemente lassen sich wiederum an­ dere Schwingungsmoden der Schaufelanordnung effizient dämpfen als die, die mit den oben beschriebenen Dämp­ fungselementen wirksam beeinflusst werden. Insbesondere sind diese keilförmigen Dämpfungselemente nicht für die Dämpfung gleichphasiger Schwingungsmoden geeignet. Wei­ terhin besteht bei diesen Dämpfungselementen das Pro­ blem, dass sie im Einsatz unter bestimmten Bedingungen verkippen können, wodurch die Dämpfungswirkung stark reduziert wird.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Schaufelanordnung mit Dämpfungselementen sowie ein Verfahren zur Vibrationsdämpfung einer Schau­ felanordnung anzugeben, mit denen eine gute Dämpfung einer Vielzahl von unterschiedlichen Schwingungszustän­ den erreicht werden kann.

Darstellung der Erfindung

Die Aufgabe wird mit der Schaufelanordnung gemäß Anspruch 1 bzw. mit dem Verfahren gemäß Anspruch 19 ge­ löst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Schaufelanord­ nung sind Gegenstand der Unteransprüche.

Die Schaufelanordnung mit Dämpfungselementen um­ fasst einen Rotor sowie am Umfang des Rotors angeordne­ te Schaufeln. Zwischen den Schaufeln sind Dämpfungsele­ mente angeordnet, die bei einer Rotation des Rotors um die Rotorachse durch die in radialer Richtung wirkende Zentrifugalkraft mit den Schaufeln in Kontakt gebracht werden. Die Schaufelanordnung zeichnet sich dadurch aus, dass zumindest zwischen zwei benachbarten Schau­ feln mehrere Dämpfungselemente in Umfangsrichtung des Rotors hintereinander angeordnet sind. Diese Dämpfungs­ elemente sind derart ausgestaltet und angeordnet, dass sich bei einer Rotation des Rotors die hintereinander angeordneten Dämpfungselemente über ein oder mehrere Berührungsflächen berühren und ein erstes der hinter­ einander angeordneten Dämpfungselemente mit einer er­ sten Reibungsfläche der einen und ein zweites der hin­ tereinander angeordneten Dämpfungselemente mit einer zweiten Reibungsfläche der anderen der benachbarten Schaufeln in Kontakt treten.

Im Gegensatz zu den bekannten Anordnungen des Standes der Technik stehen bei der vorliegenden Anord­ nung somit eine oder mehrere weitere Flächen, die Be­ rührungsflächen zwischen den zwei oder mehr Dämpfungs­ elementen, zur Umwandlung von kinetischer Schwingungse­ nergie in Reibungsenergie zur Verfügung. Durch diese zusätzliche(n) Berührungsfläche(n) wird weiterhin die Gefahr eines Festsetzens der Dämpfungselemente, wie dies unter bestimmten Schwingungsbedingungen bei den kreisquerschnittsförmigen Dämpfungselementen des Stan­ des der Technik auftreten kann, vermindert. Die vorlie­ gende Anordnung bietet insbesondere die Möglichkeit, die zwei oder mehr Dämpfungselemente in voneinander abweichenden Formen auszuführen, um sie optimal an die jeweiligen Dämpfungserfordernisse anpassen zu können. Der Formenvielfalt sind hierbei keine Grenzen gesetzt, solange die gegenseitigen Reibungskontakte sowie die Reibungskontakte zu den Schaufeln bzw. Schaufelplatt­ formen im Betrieb aufrechterhalten werden können.

Der Massen-Schwerpunkt der Gruppe aus hintereinan­ der angeordneten Dämpfungselementen kann so gewählt werden, dass er in Umfangsrichtung des Rotors nicht symmetrisch zwischen den zwei benachbarten Schaufeln oder Reibungsflächen liegt. Hierdurch lässt sich - ins­ besondere bei Einsatz von zwei hintereinander angeord­ neten Dämpfungselementen - die Last ungleich auf die Dämpfungselemente verteilen. Die Asymmetrie kann durch eine unterschiedliche geometrische Ausgestaltung oder durch unterschiedliche Massen der beiden Dämpfungsele­ mente gezielt eingestellt werden. Durch die Vielzahl an Kombinationsmöglichkeiten lassen sich die Gruppen aus Dämpfungselementen für jeden Anwendungsfall optimal konfigurieren. Insbesondere kann durch die geeignete Wahl der Reibungs- bzw. Kontaktflächen, der Masse und der Position des Masse-Schwerpunktes sichergestellt werden, dass sich die Dämpfungselemente nicht festset­ zen.

Die Dämpfungselemente sollten hierbei auch ein ho­ hes Steifigkeits/Gewichts-Verhältnis aufweisen. Dies kann auch durch eine hohle Form dieser Elemente er­ reicht werden.

Die Dämpfungselemente einer Gruppe können aus un­ terschiedlichen Materialien bestehen. So kann bei­ spielsweise als Basismaterial eines von zwei Dämpfungs­ elementen Kobalt, als Basismaterial des anderen Dämpfungselementes Nickel gewählt werden. Dies ermöglicht unterschiedliche Reibungskoeffizienten an den jeweili­ gen Reibungsflächen mit den Schaufeln, so dass durch die Materialwahl eine weitere Anpassungsmöglichkeit zur Erzielung einer optimalen Schwingungsdämpfung zur Ver­ fügung steht.

Die Dämpfungselemente werden hierbei, ebenso wie bei den bekannten Anordnungen des Standes der Technik, durch die Zentrifugalkraft bei der Rotation des Rotors beispielsweise gegen die Unterseite der Schaufelplatt­ formen gedrückt. Die Schaufelplattformen sollten an ih­ ren Unterseiten hierfür in Anpassung an die Form der Dämpfungselemente geeignet ausgeformt sein bzw. Füh­ rungsnuten bilden. Es versteht sich jedoch von selbst, dass neben den Schaufelplattformen auch andere Bereiche des Schaufelfußes durch geeignete Ausformung zur Auf­ nahme der Dämpfungselemente ausgebildet sein können. Im Ruhezustand des Rotors können die Dämpfungselemente auch durch geeignete Rückhaltesysteme gehalten werden.

In einer bevorzugten Ausführungsform der vorlie­ genden Schaufelanordnung wird eine Kombination aus ei­ nem stabförmigen Dämpfungselement mit kreisförmigem Querschnitt und einem keilförmigen Dämpfungselement, d. h. einem stabförmigen Dämpfungselement mit keilförmigem Querschnitt, eingesetzt. Durch diese Kombination von zwei unterschiedlich wirkenden Dämpfungselementen las­ sen sich eine Vielzahl unterschiedlicher Schwingungszu­ stände effektiv dämpfen. Während mit dem stabförmigen Dämpfungselement mit kreisförmigem Querschnitt in er­ ster Linie gleichphasige Schwingungen wirkungsvoll ge­ dämpft werden, wirkt das keilförmige Dämpfungselement vor allem auf Schwingungen, die nicht gleichphasig auf­ treten.

Durch die zusätzlich zwischen den Dämpfungselemen­ ten entstandene Berührungsfläche zur Aufnahme von Schwingungsenergie lässt sich weiterhin das bei aus­ schließlichem Einsatz eines stabförmigen Dämpfungsele­ mentes mit kreisrundem Querschnitt auftretende Problem des Festsetzens vermeiden. Dies erhöht die Lebensdauer der Schaufelanordnung.

Selbstverständlich lassen sich auch mehr als zwei Dämpfungselemente hintereinander anordnen. So können beispielsweise drei Dämpfungselemente, von denen eines einen kreisrunden Querschnitt und die anderen beiden einen keilförmigen Querschnitt aufweisen - oder umge­ kehrt - eingesetzt werden.

Die erfindungsgemäße Gruppe hintereinander ange­ ordneter Dämpfungselemente kann nur zwischen einzelnen oder auch zwischen allen benachbarten Schaufeln der Be­ schaufelung eingesetzt werden. In letzter Zeit hat sich zudem herausgestellt, dass durch eine Fehlabstimmung (mistuning) der Dämpfer das Flattern reduziert oder vermieden werden kann. Die Möglichkeit einer asymmetri­ schen Dämpferkonfiguration der vorliegenden Erfindung bietet hierbei deutliche Vorteile. So können beispiels­ weise die hintereinander angeordneten Dämpfungselemente einer Gruppe aus unterschiedlichen Materialien bestehen und/oder unterschiedliche geometrische Formen aufwei­ sen, wobei sich dieses Material- bzw. Formen-Muster in einer vertauschten Weise über die gesamte Beschaufelung wiederholt. Ebenso lässt sich beispielsweise die rela­ tive Position eines Dämpfungselementes mit keilförmigem Querschnitt zu einem Dämpfungselementes mit kreisförmi­ gem Querschnitt von Schaufel zu Schaufel vertauschen, um die gewünschte Fehlabstimmung zu erreichen.

Weiterhin lassen sich zwischen jeweils benachbar­ ten Schaufeln zwei oder mehr Gruppen der hintereinander angeordneten Dämpfungselemente in identischer oder un­ terschiedlicher Ausgestaltung über die axiale Erstrec­ kung der Schaufeln anordnen. Hierdurch hat man die Mög­ lichkeit, verschiedenste Schwingungsformen effektiv zu dämpfen. Die Dämpferkonfigurationen der einzelnen Grup­ pen werden jeweils in der Form und/oder dem Massenver­ hältnis und/oder den geometrischen Abmessungen entspre­ chend der zu dämpfenden Schwingungsform optimiert.

Die erfindungsgemäße Schaufelanordnung wird nach­ folgend anhand von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit den Zeichnungen ohne Beschränkung des allgemeinen Erfindungsgedankens nochmals beispielhaft erläutert. Hierbei zeigen:

Fig. 1 ein erstes Beispiel für eine Ausgestaltung und Anordnung der Dämpfungselemente bei der erfindungsgemäßen Schaufelanordnung;

Fig. 2 ein zweites Beispiel für eine Ausgestaltung und Anordnung der Dämpfungselemente bei der erfindungsgemäßen Schaufelanordnung;

Fig. 3 ein drittes Beispiel für eine Ausgestaltung und Anordnung der Dämpfungselemente bei der erfindungsgemäßen Schaufelanordnung; und

Fig. 4 ein Beispiel für die Anordnung von zwei Grup­ pen von Dämpfungselementen über die axiale Erstreckung der Schaufeln.

Wege zur Ausführung der Erfindung

Fig. 1 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel für eine Ausgestaltung der Dämpfungselemente bei der erfin­ dungsgemäßen Schaufelanordnung. Die Figur zeigt einen Ausschnitt aus der Schaufelanordnung in einer Schnitt­ ebene senkrecht zur Rotorachse. Hierbei sind die Schau­ felplattformen 1 benachbarter Schaufeln zu erkennen, die - nicht dargestellt - am Rotorblatt eingehängt sind und einen kleinen Abstand zueinander aufweisen. Die Un­ terseiten der beiden Schaufelplattformen 1 bilden Rei­ bungsflächen 4, 5, gegen die die beiden Dämpfungsele­ mente 2, 3 bei einer Rotation des Rotors durch die Zen­ trifugalkraft gedrückt werden. Die Reibungsflächen 4, 5 sind in diesem Beispiel unter einem Winkel von ca. 45° zu der Ebene, die durch die radiale Richtung und die Rotorachse aufgespannt wird, geneigt. In diesem Bei­ spiel wird ein Dämpfungselement 2 mit keilförmigem Querschnitt - im Folgenden als keilförmiges Dämpfungs­ element bezeichnet - zusammen mit einem Dämpfungsele­ ment 3 mit kreisförmigem Querschnitt - im Folgenden als kreisförmiges Dämpfungselement bezeichnet - eingesetzt. Beide Dämpfungselemente sind in axialer Richtung stab­ förmig ausgebildet, wie dies aus dem Stand der Technik bekannt ist.

Bei einer Schwingung des Gesamtsystems erfolgt ei­ ne Relativbewegung zwischen den beiden benachbarten Schaufelplattformen 1, die wiederum zu einer Relativbewegung zwischen dem keilförmigen Dämpfungselement 2 und der Reibungsfläche 4, zwischen dem kreisförmigen Dämp­ fungselement 3 und der Reibungsfläche 5 und zu einer Relativbewegung zwischen den beiden Dämpfungselementen an der Berührungsfläche 6 führt. An allen drei Berüh­ rungs- bzw. Kontaktstellen kann somit Schwingungsener­ gie in Reibungsenergie umgewandelt werden, so dass eine effektive Schwingungsdämpfung erreicht wird.

Eine derartige Ausgestaltung und Anordnung ermög­ licht eine Relativbewegung der Dämpfungselemente zuein­ ander und zu den Schaufelplattformen in radialer Rich­ tung zur optimalen Dämpfung der gleichphasigen Biege­ schwingungen. Gleichzeitig wird das bei Dämpfungsele­ menten mit kreisförmigem Querschnitt auftretende Pro­ blem des Festsetzens vermieden, ohne dafür einen be­ stimmten Neigungswinkel der Reibungsfläche 5 an der Schaufelplattform einhalten zu müssen.

Fig. 2 zeigt ein weiteres Beispiel für die Ausge­ staltung und Anordnung der Dämpfungselemente bei der vorliegenden Schaufelanordnung. Bei dieser Ausführungs­ form, die ansonsten der Ausführungsform der Fig. 1 entspricht, ist die Oberfläche des keilförmigen Dämp­ fungselementes 2, die mit der Reibungsfläche 4 der Schaufelplattform in Kontakt tritt, mit Erhebungen bzw. erhabenen Bereichen 7 versehen. Diese erhabenen Berei­ che dienen der Vermeidung einer Verkippung des keilför­ migen Dämpfungselementes gegenüber der Reibungsfläche 4, wie sie unter bestimmten Schwingungsbedingungen auf­ treten könnte. Durch diese Ausgestaltung werden daher mögliche Verkippungen des Dämpfungselementes vermieden, die zu einer Verschlechterung des Dämpfungsverhaltens führen.

Die Neigung der Reibungsfläche 4 auf der Seite des keilförmigen Dämpfungselementes 2 zu einer senkrecht zur radialen Richtung verlaufenden Ebene kann bei die­ ser wie auch bei den weiteren Ausführungsbeispielen zwischen 45° und 80° liegen und wird derart gewählt, dass ein Festsetzen des Dämpfungselementes 2 verhindert wird. Der Winkel α zwischen der Berührungsfläche 6 von keilförmigem 2 und kreisförmigem Dämpfungselement 3 und der senkrecht zur radialen Richtung verlaufenden Ebene kann beliebig gewählt werden, um die erforderliche Sta­ bilität zu erreichen und das Festsetzen des Dämpfungs­ elementes 3 zu verhindern. Dieser Winkel α kann insbe­ sondere auch deutlich kleiner als 90° gewählt werden. Der Winkel θ zwischen der Reibungsfläche 5 und der senkrecht zur radialen Richtung verlaufenden Ebene er­ gibt sich bei α = 90° aus der Bedingung µ ≦ cosθ/(1 + sinθ), um das Festsetzen des Dämpfungselementes 3 zu vermeiden, wobei µ der Reibungskoeffizient an der Be­ rührungsfläche 6 ist. Bei einem Winkel α < 90° kann ei­ ne derartige Bedingung für α und θ abgeleitet werden.

Ein weiteres Beispiel für eine Ausgestaltung der Dämpfungselemente der vorliegenden Schaufelanordnung ist in Fig. 3 dargestellt. Bei dieser Anordnung ist das erste Dämpfungselement 2 - wiederum keilförmig - derart ausgestaltet, dass es bei einer Rotation des Ro­ tors mit beiden Reibungsflächen 4, 5 der beiden benach­ barten Schaufelplattformen 1 in Kontakt tritt. Auch hierbei wird wiederum ein weiteres Dämpfungselement mit kreisförmigem Querschnitt 3 eingesetzt, das ebenfalls mit der Reibungsfläche 5 der einen Schaufelplattform 1 reibschlüssig in Kontakt tritt. Der Durchmesser des kreisförmigen Dämpfungselementes 4 muss hierbei selbst­ verständlich bei sonst gleichen geometrischen Bedingun­ gen geringer ausfallen, als bei den Ausführungsformen der Fig. 1 und 2.

Das keilförmige Dämpfungselement 2 ist wiederum mit erhabenen Bereichen 7 versehen, um die bereits dar­ gelegte Kippinstabilität zu vermeiden.

Im Gegensatz zu den Ausführungsformen der Fig. 1 und 2 tritt bei der Ausführungsform der Fig. 3 ein zusätzlicher Reibungskontakt zwischen dem ersten Dämp­ fungselement 2 und der Reibungsfläche 5 auf. Es stehen daher eine zusätzliche Kontaktstelle zur Aufnahme von Schwingungsenergie zur Verfügung. Auch in diesem Bei­ spiel bewirkt das kreisförmige Dämpfungselement 3 eine effiziente Dämpfung von radialen Relativbewegungen wäh­ rend das keilförmige Dämpfungselement die Dämpfung der anderen Schwingungsmoden übernimmt.

Fig. 4 zeigt schließlich schematisch ein Beispiel für die Anordnung von zwei Gruppen von Dämpfungselemen­ ten über die axiale Erstreckung der Schaufeln. In der Figur sind das Schaufelblatt 8, die Schaufelplattform 1 sowie der Schaufelfuß 9 zu erkennen. Über die axiale Erstreckung der Schaufel (axiale Richtung 12) sind hier die Positionen zwei Gruppen 10, 11 von hintereinander angeordneten Dämpfungselementen angedeutet, die gemäß den Patentansprüchen, beispielsweise wie in den voran­ gegangen Beispielen, ausgestaltet sind. Die erste Grup­ pe 10 befindet sich in diesem Beispiel an der Vorder­ kante 14 der Schaufel, die zweite Gruppe 11 an der Hin­ terkante 15. Die Strömungsrichtung 13 ist durch einen Pfeil angedeutet. Durch eine asymmetrische Anordnung oder Ausgestaltung der Gruppen in der axialen Richtung können unterschiedliche Schwingungsmoden effektiv ge­ dämpft werden.

Die Ausgestaltungen der vorliegenden Schau­ felanordnung sind für die Dämpfung einer Vielzahl mög­ licher resonanter und nichtresonanter Schwingungsanre­ gungen geeignet, wie beispielsweise Flattern, Rütteln oder stochastische Anregung. Die Möglichkeit der von­ einander abweichenden geometrischen Gestaltung der bei­ den Dämpfungselemente ermöglicht eine optimale Anpas­ sung an die jeweiligen Gegebenheiten. Auch bei bezüg­ lich der Rotorachse geneigten Plattformen können die Dämpfungselemente in einer entsprechend geneigten Posi­ tion bzw. Orientierung eingesetzt werden.

Die Dämpfungselemente sind sowohl beim Einsatz in Niederdruck - wie auch in Hochdruckturbinen und für Kom­ pressorschaufeln geeignet. Sie können als einfache Dämpfungselemente oder zur zusätzlichen Abdichtung als Dämpfungs- und Dichtungselemente eingesetzt werden.

Bezugszeichenliste

1

Schaufelplattform

2

erstes Dämpfungselement

3

zweites Dämpfungselement

4

erste Reibungsfläche

5

zweite Reibungsfläche

6

Berührungsebene

7

Erhebungen

8

Schaufelblatt

9

Schaufelfuß

10

erste Gruppe

11

zweite Gruppe

12

axiale Richtung

13

Strömungsrichtung

14

Vorderkante

15

Hinterkante

Claims (22)

1. Schaufelanordnung mit Dämpfungselementen, die ei­ nen Rotor sowie am Umfang des Rotors angeordnete Schaufeln umfasst, wobei zwischen den Schaufeln Dämpfungselemente (2, 3) angeordnet sind, die bei einer Rotation des Rotors um eine Rotorachse durch eine in radialer Richtung wirkende Zentrifugal­ kraft mit den Schaufeln in Kontakt stehen, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest zwischen zwei benachbarten Schau­ feln mehrere Dämpfungselemente (2, 3) in Umfangs­ richtung des Rotors hintereinander angeordnet sind, so dass sich bei einer Rotation des Rotors die hintereinander angeordneten Dämpfungselemente (2, 3) über ein oder mehrere Berührungsflächen (6) berühren und ein erstes (2) der hintereinander an­ geordneten Dämpfungselemente mit einer ersten Rei­ bungsfläche (4) der einen und ein zweites (3) der hintereinander angeordneten Dämpfungselemente mit einer zweiten Reibungsfläche (5) der anderen der benachbarten Schaufeln in Kontakt treten.

2. Schaufelanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die hintereinander angeordneten Dämpfungsele­ mente das erste (2), das zweite (3) und ein drit­ tes Dämpfungselement umfassen, das in Umfangsrich­ tung des Rotors zwischen erstem (2) und zweitem Dämpfungselement (3) angeordnet ist.

3. Schaufelanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die hintereinander angeordneten Dämpfungsele­ mente nur das erste (2) und das zweite Dämpfungs­ element (3) umfassen.

4. Schaufelanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Berührungsfläche (6) zwischen dem ersten (2) und dem zweiten Dämpfungselement (3) annähernd parallel zur radialen Richtung verläuft.

5. Schaufelanordnung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass sich das erste (2) und das zweite Dämpfungs­ element (3) in ihrer geometrischen Form unter­ scheiden.

6. Schaufelanordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Dämpfungselement (2) einen keilför­ migen Querschnitt und das zweite Dämpfungselement (3) einen kreis- oder ellipsenförmigen Querschnitt aufweist.

7. Schaufelanordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Keilwinkel des keilförmigen Querschnitts des ersten Dämpfungselementes (2) dem Winkel zwi­ schen der ersten Reibungsfläche (4) und der von der radialen Richtung und der Rotorachse aufge­ spannten Ebene entspricht.

8. Schaufelanordnung nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Dämpfungselement (2) derart ausge­ staltet und angeordnet ist, dass es bei einer Ro­ tation des Rotors auch mit der zweiten Reibungs­ fläche (5) in Kontakt tritt.

9. Schaufelanordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer Ausgestaltung des ersten Dämpfungs­ elementes (2) mit einem keilförmigen Querschnitt der Keilwinkel des keilförmigen Querschnitts dem Winkel zwischen der ersten Reibungsfläche (4) und der zweiten Reibungsfläche (5) entspricht.

10. Schaufelanordnung nach einem der Ansprüche 6, 7 und 9, dadurch gekennzeichnet, dass Oberflächen des ersten Dämpfungselementes (2), die mit der oder den Reibungsflächen (4, 5) in Kontakt treten, Erhebungen (7) aufweisen.

11. Schaufelanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass sich das dritte Dämpfungselement in der geo­ metrischen Form vom ersten (2) und zweiten Dämp­ fungselement (3) unterscheidet.

12. Schaufelanordnung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass das dritte Dämpfungselement einen keilförmigen Querschnitt und das erste (2) und das zweite Dämpfungselement (3) einen kreis- oder ellipsen­ förmigen Querschnitt aufweisen.

13. Schaufelanordnung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass das dritte Dämpfungselement einen kreis- oder ellipsenförmigen Querschnitt und das erste (2) und das zweite Dämpfungselement (3) einen keilförmigen Querschnitt aufweisen.

14. Schaufelanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die erste (4) und die zweite Reibungsfläche jeweils (5) durch eine Unterseite einer Schaufel­ plattform (1) der jeweiligen Schaufel gebildet wird, wobei die Reibungsflächen (4, 5) derart zu der von der radialen Richtung und der Rotorachse aufgespannten Ebene geneigt sind, dass sie zusam­ men eine V-förmige Führung bilden, in die die Dämpfungselemente (2, 3) durch die Zentrifugal­ kraft gedrückt werden.

15. Schaufelanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Massen-Schwerpunkt der Gruppe aus hinter­ einander angeordneten Dämpfungselementen (2, 3) in Umfangsrichtung des Rotors nicht symmetrisch zwi­ schen den zwei benachbarten Schaufeln oder Rei­ bungsflächen (4, 5) liegt.

16. Schaufelanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass zwei oder mehr Gruppen der hintereinander an­ geordneten Dämpfungselemente (2, 3) in identischer oder unterschiedlicher Ausgestaltung über die axiale Erstreckung der Schaufeln angeordnet sind.

17. Schaufelanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass ein oder mehrere Gruppen der hintereinander angeordneten Dämpfungselemente (2, 3) zwischen weiteren benachbarten Schaufeln angeordnet sind.

18. Schaufelanordnung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass sich einige der Gruppen hintereinander ange­ ordneter Dämpfungselemente (2, 3) zwischen unter­ schiedlichen benachbarten Schaufeln in ihrer Aus­ gestaltung unterscheiden.

19. Verfahren zur Vibrationsdämpfung einer Schau­ felanordnung, die einen Rotor sowie am Umfang des Rotors angeordnete Schaufeln umfasst, bei dem Dämpfungselemente (2, 3) zwischen den Schaufeln angeordnet werden, die bei einer Rotation des Ro­ tors um eine Rotorachse durch eine in radialer Richtung wirkende Zentrifugalkraft mit den Schau­ feln in Kontakt treten, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest zwischen zwei benachbarten Schau­ feln mehrere Dämpfungselemente (2, 3) in Umfangsrichtung hintereinander angeordnet werden, so dass sich bei einer Rotation des Rotors die hinterein­ ander angeordneten Dämpfungselemente berühren und ein erstes (2) der hintereinander angeordneten Dämpfungselemente mit einer ersten Reibungsfläche (4) der einen und ein zweites (3) der hintereinan­ der angeordneten Dämpfungselemente mit einer zwei­ ten Reibungsfläche (5) der anderen der benachbar­ ten Schaufeln in Kontakt treten.

20. Verfahren nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass zwei oder drei der Dämpfungselemente (2, 3) hintereinander angeordnet werden.

21. Verfahren nach Anspruch 19 oder 20, dadurch gekennzeichnet, dass zwei oder mehr Gruppen der hintereinander an­ geordneten Dämpfungselemente (2, 3) in identischer oder unterschiedlicher Ausgestaltung über die axiale Erstreckung der Schaufeln angeordnet wer­ den.

22. Verfahren nach einem der Ansprüche 19 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass ein oder mehrere Gruppen der hintereinander angeordneten Dämpfungselemente (2, 3) in identi­ scher oder unterschiedlicher Ausgestaltung zwi­ schen weiteren benachbarten Schaufeln angeordnet werden.