DE3100798C2

DE3100798C2 - Rotorschaufel für ein Gasturbinentriebwerk

Info

Publication number: DE3100798C2
Application number: DE3100798A
Authority: DE
Inventors: John Frederick Duffield Derby Coplin; George Stanton-By-Bridge Derby Pask; John Henry Roy Aston-on-Trent Derby Sadler
Original assignee: Rolls Royce PLC
Current assignee: Rolls Royce PLC
Priority date: 1980-01-17
Filing date: 1981-01-13
Publication date: 1982-12-30
Also published as: US4484859A; FR2474095A1; JPS56106006A; FR2474095B1; JPS6318002B2; DE3100798A1

Description

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Die Erfindung bezieht sich auf eine Rotorschaufel der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Gattung. Eine solche Rotorschaufel ist aus der US-PS 29 99 669 bekannt. Diese bekannte Schaufel weist eine sich in Schaufellängsrichtung erstreckende Bohrung auf, in die vom radial äußeren Ende her abwechselnd dicht in die Bohrung einpassende Platten und solche Platten eingesetzt sind, die nur lose in die Bohrung einpassen und sich im Betrieb gegen die fest eingepaßten Platten verschieben sollen. Dieser Plattenstapel wird durch eine eingesetzte Madenschraube gehalten. Hierdurch erfolgt eine Dämpfung von Vibrationen, indem die Vibrationsenergie durch Reibung aufgezehrt wird.

Der Erfindung liegt ausgehend von diesem Stand der Technik die Aufgabe zugrunde, die Vibrationsdämpfung unter Anwendung relativ kleiner Gewichte zu verbessern.

Gelöst wird die gestellte Aufgabe durch die im Kennzeichnungsteil des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmale. Das Kühllufteintrittsrohr, in das das Reibungsgewicht eingesetzt ist, stellt selbst ein schwingungsfähiges Gebilde dar, welches bei Vibrationen in Schwingungen versetzt wird, wodurch das Gewicht an der Oberfläche hin- und hergehend bewegt wird, wodurch ein Großteil der Energie aufgezehrt wird.

Dadurch, daß das Gewicht aus Keramikmaterial besteht, welches ein geringes spezifisches Gewicht und einen niedrigen Reibungskoeffizienten besitzt, kann bei geringer Gewichtsbelastung auch unter hohen Zentrifugalkräften eine Reibungbewegung gewährleistet werden, die die Vibrationsenergie wenigstens teilweise aufzehrt.

Weitere zweckmäßige Ausgestaltungen des Einbaus der Gewichte ergeben sich aus den Ansprüchen 2 bzw. 6S 3.

Nachstehend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung beschrieben. In der

Zeichnung zeigt

Fig. 1 einen Schnitt durch eine Turbinenrotorschaufel gemäß der Erfindung;

F i g. 2 einen Schnitt nach der Linie 2-2 gemäß Fig.!; Fig.3 einen Teilschnitt der Schaufelspitze gemäß e'nem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung; F i g. 4 einen Schnitt nach der Linie 4-4 gemäß F i g. 3. Der Turbinenteil des Triebwerks weist eine Rotorscheibe auf, die mehrere Rotorschaufeln 16 trägt F i g. 1 zeigt einen Schnitt einer der Schaufeln 16 mit einem gerippten Schaufelfuß 17, einem Schaufelschaft 18, einer Plattform 19 und einem hohlen Schaufelblatt 20.

Der Schaft 18 ist mit einer Kühllufteintrittsöffnung 21 versehen, durch die Kühlluft aus einer nicht dargestellten Quelle in einen Kanal 22 abströmt, der in das hohle Innere 23 eines Kühllufteintrittsrohres 24 führt Das Rohr 24 bildet gemäß dem dargestellten Ausführungsbeispiel einen integralen Bestandteil der Schaufel.

Das Rohr 24 ist mit mehreren Prall-Kühlöffnungen 25 versehen, durch die Kühlluft in einer Vielzahl von Strahlen auf der inneren Oberfläche 26 des hohlen Schaufelblattes 20 auftrifft Um dies zu ermöglichen, ist das Rohr 24 in seiner Form der Gestalt der inneren Oberfläche 26 derart angepaßt, daß nur ein kleiner Spalt dazwischen verbleibt, über den die Kühlluftstrahlen verlaufen müssen, um auf die innere Oberfläche 26 aufzuprallen.

Da die Schaufel 16 kein äußeres Deckband aufweist, um der Vibrationsbewegung zu widerstehen, wird die Schaufel einer beträchtlichen Vibration bei gewissen Resonanzfrequenzen ausgesetzt sein. Um eine Dämpfung dieser Vibration herbeizuführen ist das hohle Schaufelblatt mit einer an der Schaufelspitze vorgesehenen Scheidewand 27 versehen, die eine innere Oberfläche 28 besitzt, welche sich quer zur Richtung des Zentrifugalfeldes erstreckt, welches im Betrieb auf die Schaufel einwirkt. Gemäß dem dargestellter. Ausführungsbeispiel verläuft die Oberfläche 28 senkrecht zu dieser Richtung. Ein Gewicht 29, welches gemäß dem Ausführungsbeispiel ein Keramikgewicht, beispielsweise aus Silicium-Nitrid oder Silicium-Karbid ist, ist in das offene radial äußere Ende des Rohres 24 eingesetzt und kann sich frei radial nach außen unter der Wirkung der Zentrifugalkraft bewegen, es wird jedoch an einer Berührung mit der Innenseite des Rohres 24 gehindert Zu diesem Zweck ist eine Reihe von Vorsprüngen 30· an der Innenseite des Rohres 24 vorgesehen, die das Gewicht 29 daran hindern, in das Innere des Rohres einzufallen und wie aus F i g. 2 ersichtlich, passen die Gewichte sehr dicht in das Rohr 24 ein, um eine Abdichtung des sonst offenen Rohrendes zu bewirken. Wenn das Triebwerk arbeitet, dann drehen sich Rotor und Schaufeln mit einer hohen Drehzahl, und die Gewichte 29 werden gegen die innere Oberfläche 28 der Trennwand 27 angedrückt Wenn die Schaufel vibrieren sollte, dann bewirken die unterschiedlichen Abmessungen von Schaufelblatt und Rohr 24, daß auch die Bewegungen unterschiedlich sind. Infolgedessen bewegt sich die Spitze des Rohres 24 relativ zur Spitze des Schaufelblattes 20 und bewirkt, daß das Gewicht 29 längs der Oberfläche 28 verschoben wird. Der Reibungseingriff zwischen der Oberfläche und dem Gewicht bewirkt eine Abbremsung dieser Bewegung und bei der Überwindung der Bremskraft wird Energie verbraucht und demgemäß wird die Vibration gedämpft. Wenn die Reibungskraft, die der Bewegung der Gewichte auf der Oberfläche 28 entgegenwirkt zu groß ist, dann findet keine solche Bewegung mehr statt und

das System ist »blockiert« und es wird keine Dämpfung oder nur eine sehr geringe Dämpfung erreicht Die Reibungskraft hängt von der Masse des Gewichtes und vom Reibungskoeffizienten zwischen dem Material des Gewichts und der Oberfläche ab. Es hat sich gezeigt, daß für praktische Anwendungen das Gewicht und der Reibungskoeffizient niedrig sein müßten, und diese Kombination erhält man durch Benutzung eines Keramikgewichtes. Für Keramikmaterialien kann Her Reibungskoeffizient weniger als die Hälfte einer Superlegierung betragen, während die Dichte nur ein Drittel jener der Superlegierung beträgt

Bei dem Ausführungsbeispiel nach F i g. 1 und 2 sollte die Lage der Scheidewand 27 berücksichtigt werden. Es ist notwendig, daß die Oberfläche 28 quer zur Richtung des Zentrifugalfeldes im Schaufelblatt verläuft, so daß eine minimale seitwärts gerichtete Kraft auf das Gewicht 29 ausgeübt wird, die dazu neigt, das Gewicht gegen die Wand des Rohres 24 zu drücken, und demgemäß das System zu blockieren. Die Spitze 31 der Schaufel braucht jedoch nicht parallel zu dieser Scheidewand 27 zu verlaufen, und diese Spitze weist gemäß dem dargestellten Ausführungsbeispiel einen beträchtlichen Neigungswinkel auf. Um diese Erfordernisse miteinander in Einklang zu bringen, besitzt das Schaufelblatt einen Hohlraum 32 außerhalb der Scheidewand 27.

Im folgenden wird auf die Fig.3 und 4 Bezug genommen. Der Grundaufbau der Schaufel und die Kühlanordnung ist die gleiche wie bei dem Ausfuhrungsbeispiel nach F i g. 1 und 2. Jn diesem Fall ist jedoch die äußere Spitze des Rohres 33 durch einen Stopfen 34 geschlossen, der in das Innere des Rohres hart eingelötet ist Der Stopfen 34 weist eine Vertiefung 35 in der nach außen weisenden Oberfläche auf, und in diese Vertiefung ist ein Kermaikgewicht 36 aus Silicium-Nitrid oder Silicium-Karbid eingesetzt. Das Gewicht 36 kann sich frei beweger- um an der Oberfläche 37 anzugreifen, welche die innere Oberfläche der massiven Schaufelspitze 38 ist. Wie die Oberfläche 28 bei dem ersten Ausführungsbeispiel, hegt die Oberfläche 37 quer, und in diesem Fall senkrecht zur Richtung des Zentrifugalfeldes, und die Dämpfungswirkung des Gewichtes 36 wird in genau der gleichen Weise wie bei dem vorbeschriebenen Ausführungsbeispiei erzeugt

Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 3 ist an der Spitze der Schaufel wiederum ein beträchtlicher Anstellwinkel vorhanden, d. h. die Schaufeispilze verläuft nicht parallel zur Oberfläche 37. In diesem Fall ist der Raum zwischen Schaufelspitze und Oberfläche 37 vollständig durch die massive Schaufelspitze 38 ausgefüllt. Bei diesem Ausführungsbeispiel ergibt sich eine bessere Abdichtung für die Spitze des Lufteintrittsrohres als bei dem vorbeschriebenen Ausführungsbeispiel, jedoch auf Kosten eines etwas schwereren und komplexeren Aufbaus.

Hierzu 1 Slatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Rotorschaufel für ein Gasturbinentriebwerk mit einem sich wenigstens über den radial äußeren Schaufelabschnitt erstreckenden Hohlraum, der radial außen durch eine quer verlaufende Wand begrenzt ist, gegen die durch Zentrifugalkraft ein innerhalb des Hohlraums angeordnetes Gewicht gedrückt wird, welches durch Gleiten gegenüber der Wand Schaufelvibrationen dämpft, dadu rch gekennzeichnet, daß das aus Keramikmaterial besiehende Gewicht (29; 36) durch das radial äußere Ende eines in den Schaufelhohlraum eingesetzten Kühllufteintrittsrohres (24; 33) derart abgestützt ist, daß es sich gegen die Oberfläche (28; 37) bewegen kann.

2. Rotorschaufel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Keramikgewicht (2S) in das im radial äußeren Ende offene Kühllufteintrittsrohr (24) eingesetzt ist und dieses am radial äußeren Ende abschließt und abdichtet (F i g. 1).

3. Rotorschaufel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das radial äußere Ende des Lufteintrittsrohres (32) durch einen Pfropfen (34) abgeschlossen und abgedichtet ist, und daß dieser Pfropfen eine Vertiefung (35) aufweist, in der das Gewicht (36) ruht (F ig. 3).