DE19913265A1 - Turbomaschinenschaufel - Google Patents

Abstract

Aufgabe der Erfindung ist es, den Wirkungsgrad einer mit einem verstärkten Loch zur Aufnahme eines Dämpfungselementes ausgestatteten Turbomaschinenschaufel zu verbessern. Dazu sind die erhabenen Endflächen (12, 13) des zum Loch (10) hin verstärkten Randbereiches (11) des Schaufelblattes (4) mit einem zur Eintrittskante (5) des Schaufelblattes (4) offenen, spitzen Winkel alpha und/oder mit einem zur Schaufelspitze (9) offenen, spitzen Winkel beta ausgebildet.

Description

Technisches Gebiet

Die Erfindung betrifft eine mit einem Dämpferdrahtloch versehene Turbomaschi­ nenschaufel gemäss dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Stand der Technik

Um unzulässige Schwingungen der Schaufeln von Turbomaschinen zu vermeiden werden häufig Dämpferdrähte oder andere Dämpfungselemente eingesetzt, wel­ che in entsprechenden Löchern der Schaufeln aufgenommen werden. Infolge der hohen Umdrehungszahlungen treten jedoch insbesondere an den Lochrändern er­ höhte Spannungen auf.

Zur Vorbeugung einer frühzeitigen Materialermüdung ist es bekannt, im Loch­ bereich der Schaufeln entsprechende Verstärkungen vorzunehmen. Der Kontakt­ bereich, den der Dämpferdraht beim Betrieb der Turbomaschine zum Dämpfer­ drahtloch aufweist, ist durch den Abstand zwischen den Begrenzungsebenen der Verstärkungen definiert. Dieser Abstand, bzw. die Länge des Kontaktbereiches wird dabei so gewählt, dass sowohl eine ausreichende statische als auch dynami­ sche Festigkeit gewährleistet ist.

Problematisch bei einer solchen Verstärkung des Lochbereiches ist jedoch die Tatsache, dass jede Verstärkung eine Störung der Strömung im Bereich des Dämpferdrahtes hervorruft und damit den Wirkungsgrad der Beschaufelung redu­ ziert. Dabei ist die Verringerung des Wirkungsgrades um so grösser, je grösser die Verstärkung ausgebildet wird.

Darstellung der Erfindung

Die Erfindung versucht alle diese Nachteile zu vermeiden. Ihr liegt die Aufgabe zu­ grunde, den Wirkungsgrad einer Turbomaschinenschaufel zu verbessern, welche ein verstärktes Loch zur Aufnahme eines Dämpfungselementes aufweist.

Erfindungsgemäss wird dies dadurch erreicht, dass bei einer Vorrichtung gemäss dem Oberbegriff des Anspruchs 1, die erhabenen Endflächen des zum Loch hin verstärkten Randbereiches des Schaufelblattes mit einem zur Eintrittskante des Schaufelblattes offenen, spitzen Winkel α und/oder mit einem zur Schaufelspitze offenen, spitzen Winkel β ausgebildet sind.

Damit konvergieren die Endflächen des verstärkten Randbereiches in Richtung der Schaufelaustrittskante sowie in Richtung des Schaufelfusses, so dass die Grösse des verstärkten Randbereiches in der Hauptströmungsrichtung des Ar­ beitsfluides abnimmt. In der Folge entsteht eine im Bereich des Loches aerodyna­ misch günstig gestaltete Turbomaschinenschaufel mit einem verbesserten Wir­ kungsgrad.

Vorzugsweise sind die beiden spitzen Winkel α und β in einem Bereich von 5° bis 30° ausgebildet. Es hat sich gezeigt, dass bei einer solchen Ausgestaltung beson­ ders geringe Störungen der Strömung im Bereich der Dämpfungselemente auftre­ ten.

Kurze Beschreibung der Zeichnung

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand einer Lauf­ schaufel der Abgasturbine eines Turboladers dargestellt.

Es zeigen:

Fig. 1 eine saugseitige Seitenansicht der Laufschaufel;

Fig. 2 einen Schnitt durch die Laufschaufel, entlang der Linie II-II in Fig. 1;

Fig. 3 einen Schnitt durch die Laufschaufel, entlang der Linie III-III in Fig. 1.

Es sind nur die für das Verständnis der Erfindung wesentlichen Elemente gezeigt. Nicht dargestellt sind beispielsweise die weiteren Bauteile der Abgasturbine, ein­ schliesslich ihres Turbinenrades.

Weg zur Ausführung der Erfindung

Die in Fig. 1 dargestellte, als Laufschaufel 1 ausgebildete Turbomaschinenschau­ fel besteht aus einem Schaufelfuss 2, einer Plattform 3 und einem Schaufelblatt 4. Die Plattformen benachbarter Turbinenschaufeln des nicht dargestellten Turbinen­ rades liegen unmittelbar aneinander an und bilden so die innere Begrenzung des Strömungskanals, welcher nach aussen von einer ebenfalls nicht dargestellten Schaufelabdeckung abgeschlossen wird. Das Schaufelblatt 4 besitzt eine Eintritts­ kante 5, eine Austrittskante 6, eine Saugseite 7 sowie eine Druckseite 8 und weist eine Schaufelspitze 9 auf.

Im Schaufelblatt 4 ist ein von der Saugseite 7 zur Druckseite 8 durchgehendes Loch 10 zur Aufnahme eines nicht dargestellten Dämpferdrahtes angeordnet, wel­ cher die im Betrieb auftretenden Schaufelschwingungen reduziert. Das Schaufel­ blatt ist zudem mit einem zum Loch 10 hin verstärkten Randbereich 11 ausgebil­ det, wobei der Randbereich 11 sowohl auf der Saugseite 7 als auch auf der Druck­ seite 11 eine gegenüber dem Schaufelblatt 4 erhabene Endfläche 12, 13 besitzt. Die Endflächen 12, 13 sind mit einem zur Eintrittskante 5 des Schaufelblattes 4 offenen, spitzen Winkel α von etwa 10° und mit einem zur Schaufelspitze 9 offe­ nen, spitzen Winkel β von etwa 20° ausgebildet (Fig. 2, Fig. 3).

Somit konvergieren beide Endflächen 12, 13 des verstärkten Randbereiches 11 in Richtung der Austrittskante 6 des Schaufelblattes 4 sowie in Richtung des Schau­ felfusses 2 dergestalt, dass die Verstärkung des austrittseitigen und des schaufel­ fussseitigen Teils des Randbereiches 11 deutlich geringer ausgebildet ist als die Verstärkung des eintrittseitigen und des schaufelspitzenseitigen Teils des Rand­ bereiches 11.

Diese Ausbildung des Schaufelblattes 4 im Bereich des Loches 10 hat eine ver­ besserte Strömungsführung beim Betrieb des Turboladers bzw. der Abgasturbine zur Folge. Insbesondere erfährt das in einer Hauptströmungsrichtung 14 am Schaufelblatt 4 entlangströmende Arbeitsmedium infolge der, wie oben beschrie­ ben, spitzwinklig zueinander angeordneten Endflächen 12, 13 eine deutlich gerin­ gere Störung als dies bei den Lösungen des Standes der Technik der Fall ist. Auf­ grund der verbesserten Strömungsführung im Bereich des Turbinenrades kann ein höherer Wirkungsgrad des Turboladers und damit letztlich auch der mit diesem verbundenen Brennkraftmaschine erzielt werden.

Je nach Ausbildung des Schaufelblattes 4 und entsprechend den Einsatzbedin­ gungen des Turboladers hat es sich gezeigt, dass die Winkel α und β zwischen den Endflächen 12, 13 des verstärkten Randbereiches 11 vorteilhaft jeweils in ei­ nem Bereich von 5° bis 30° ausgebildet sind.

Natürlich können die Endflächen 12, 13 auch nur einen der beiden spitzen Winkel α, β aufweisen (nicht dargestellt), was zwar die Fertigung vereinfacht, aber einen gewissen Wirkungsgradverzicht darstellt.

Selbstverständlich kann eine solchermassen ausgebildete Verstärkung des Rand­ bereiches des den Dämpferdraht aufnehmenden Loches für alle Arten von Dämp­ fungselementen verwendet werden, wie beispielsweise auch bei Bindedrähten, Bolzen usw. und auch bei sogenannten Zick-Zack-Bindungen.

Bezugszeichenliste

1

Turbomaschinenschaufel, Laufschaufel

2

Schaufelfuss

3

Plattform

4

Schaufelblatt

5

Eintrittskante

6

Austrittskante

7

Saugseite

8

Druckseite

9

Schaufelspitze

10

Loch

11

Randbereich

12

Endfläche

13

Endfläche

14

Hauptströmungsrichtung

Claims (3)

1. Turbomaschinenschaufel mit Schaufelblatt, welches eine Eintrittskante (5), ei­ ne Austrittskante (6), eine Saugseite (7), eine Druckseite (8) sowie eine Schau­ felspitze (9) aufweist und mit einem durchgehenden Loch (10) zur Aufnahme eines Dämpfungselementes für die Schaufelschwingungen ausgestattet ist, wobei das Schaufelblatt (4) mit einem zum Loch (10) hin verstärkten Rand­ bereich (11) ausgebildet ist und der Randbereich (11) sowohl auf der Saugsei­ te (7) als auch auf der Druckseite (8) eine erhabene Endfläche (12, 13) besitzt, dadurch gekennzeichnet, dass die Endflächen (12, 13) mit einem zur Eintritts­ kante (5) des Schaufelblattes (4) offenen, spitzen Winkel (α) und/oder mit ei­ nem zur Schaufelspitze (9) offenen, spitzen Winkel (β) ausgebildet sind.

2. Turbomaschinenschaufel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Winkel α in einem Grössenbereich von 5° ≦ α ≦ 30° ausgebildet ist.

3. Turbomaschinenschaufel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Winkel β in einem Grössenbereich von 5° ≦ α ≦ 30° ausgebildet ist.