DE3245069A1

DE3245069A1 - Laufschaufelschwingungsdaempfer und damit ausgeruestete laufschaufel- und scheibenbaugruppe

Info

Publication number: DE3245069A1
Application number: DE19823245069
Authority: DE
Inventors: Herbert John 06062 Plainville Conn. Lillibridge; Russell Alvin 06447 Marlborough Conn. Schwarzmann
Original assignee: United Technologies Corp
Current assignee: Raytheon Technologies Corp
Priority date: 1981-12-14
Filing date: 1982-12-06
Publication date: 1983-06-16
Also published as: JPH0319881B2; GB2111130B; DE3245069C2; US4455122A; FR2518164A1; FR2518164B1; JPS58107802A; GB2111130A

Description

United Technologies Corporation Hartford, Connecticut 06101, V.St.A.

Laufschaufelschwingungsdämpfer und damit ausgerüstete Laufschaufel- und Scheibenbaugruppe

Die Erfindung bezieht sich auf Axialströmungsmaschinen und betrifft insbesondere das Dämpfen von Schwingungseriergie in den Laufschaufeln solcher Maschinen.

Die Konzepte wurden in der GasturbinentriebwerksindusLrie Tür die Verwendung in dem Turbinenabschnitt von Gasturbinentriebwerken entwickelt, sie sind aber ebensogut auch für andere industrielle Zwecke verwendbar.

In einer typischen Rotorbaugruppe einer Axialströmungsturbine erstrecken sich mehrere Laufschaufeln von einer Scheibe oder einem trommeiförmigen Gebilde aus nach außen. Die Laufschaufeln erstrecken sich über einen im Querschnitt ringförmigen Strömungsweg für Arbeitsmedium und entnehmen - in Turbinen den Arbeitsmediumgasen, die über sie hinwegströmen, Energie. Jede Laufschaufel hat einen Flügelprofilabschnitt, der sich in den Strömungr.wog erstreckt-, oinon KuRnbsclm i Lt , der in dor Scheibe oder Trommel vorankort ist, und oinon I¹In t tCormab-

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schnitt, dor dLo Lnnore Begrenzung des Arbeitsmediumströmungsweges bildet.

Durch die nacheinander durch örtliche aerodynamische Störungen in dem Arbeitsmediumströmungsweg hindurchgehenden Laufschaufeln ergeben sich abwechselnd größere und kleinere Belastungen der Laufschaufeln. Diese Veränderung der Belastungscharakteristik führt zur Schaufeldurchbiegung und zum Ausüben einer Spannung auf den Schaufelwerkstoff. Wenn die Frequenz, mit der sich die Belastungscharakteristik ändert, mit der Eigenfrequenz der Schaufel zusammenfällt, kommt es zur Resonanz; die Durchbiegungsamplituden nehmen zu, und es ist wahrscheinlich, daß es zu einer Beschädigung durch Schwingungen kommt.

Die Schwingungserscheinung und die Notwendigkeit, sich in umlaufenden Maschinen mit solchen Problemen zu befassen, ist seit langem erkannt worden. Beispiele für die bekannten Lösungen der Laufschaufelschwingungsprobleme finden sich in den US-PS 3 112 915, 3 266 770, 3 610 778, 3 666 376, 3 709 631, 3 751 183, 3 887 298, 4 101 245 und 4 182 598 sowie in der GB-PS 1· 259 750.

Die folgende Beschreibung wird zeigen, daß die Konzepte der Erfindung sowohl in baulicher als auch in funktionaler Hinsicht auf den in der Industrie bekannten Konzepten aufbauen.

Gemäß der Erfindung biegt sich eine Plattformdichtung zwischen benachbarten Laufschaufeln eines Gasturbinentriebwerks unter den im Betrieb auftretenden Belastungen durch und legt sich gegen einen Laufschaufel/Laufschaufel-Schwingungsdämpfer, der außerhalb von ihr angeordnet ist.

Ein Hauptmerkmal der Erfindung ist die Wirkbeziehung zwischen dem unter der Plattform von zwei benachbarten Laufschaufeln angeordneten Schwingungsdämpfer und der einwärts von diesem

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. s.

angeordneten flexiblen Plattformdichtung. Im eingebauten Zustand ist jeder Schwingungsdämpfer unter den Plattformen von benachbarten Laufschaufeln in einem Hohlraum eingeschlossen, der an seinem radial inneren Ende durch die flexible Dichtung begrenzt wird. Im Betriebszustand wird der Schwingung sd.'imp Γ er durch Zentrifugalkräfte nach außen gegen die Unterseiten der Plattformen von benachbarten Laufschaufeln gedrückt; die flexible Dichtung biegt sie]
des Schwingungsdämpfers.

xible Dichtung biegt sich 'gegen die nach innen gewandte Seite

Hauptvorteile der Erfindung sind das wirksame Dichtvermögen und das gute Schwingungsdämpfungsvermögen. Wirtschaftlichkeit und einfache Herstellbarkeit der Dichtungs- und Dämpferelemente sind zusätzliche Vorteile. Zu einer wirksamen Abdichtung kommt es, wenn sich die Dichtung aufgrund von Jienl rifugalkräften durchbiegt, durch die sich die Dichtung der Geometrie der Schaufelplattformen anpaßt. Das Schwingungsabsorptionsvermögen des Schwingungsdämpfers ist besser, wenn der Mittelteil der Dichtung unter diesen Belastungen an dem Schwingungsdämpfer anliegt. Die Schaufelenergie wird demgemäß bei einer Relativbewegung zwischen den Laufschaufeln und dem Schwingungsdämpfer und bei einer Relativbewegung zwischen der Dichtung und dem Schwingungsdämpfer in dem Berührungsbereich vernichtet.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher beschrieben. Es zeigt

Fig. 1 eine Längsschnittansicht einer Tur-

binenrotorbaugruppe eines Gasturbinentriebwerks ,

Fig. 2 eine Schnittansicht nach der Linie

2-2 in Fig. 1 und

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Fig. 3 in auseinandergezogener perspektivi

scher Darstellung den Schwingungsdämpfer und die Dichtung.

Die beste Ausführungform der Erfindung wird unter Bezugnahme auf ein Gasturbinentriebwerk beschrieben. Fig. 1 zeigt eine Längsschnittansicht der Scheiben- und LaufSchaufelbaugruppe 10 eines solchen Triebwerks. Die Scheiben- und Laufschaufelbaugruppe besteht hauptsächlich aus einer Rotorscheibe 14 und aus mehreren Laufschaufeln 16, die sich von der Scheibe aus nach außen erstrecken.

Jede Laufschaufel 16 hat einen Flügelprofilabschnitt 18, einen Plattformabschnitt 20 und einen Fußabschnitt 22. Die Flügelprol ilabschn i t.Le erst reckon sieh an der Baugruppe radial in eimm axial gerichteten Strömurigsweg für Arbeitsmediumgase. Jeder Plattformabschnitt bildet einen Teil der Innenwand des Strömungsweges für Arbeitsmediumgase. Jeder Fußabschnitt faßt in einen entsprechend geformten Schlitz 24 in dem Umfang der Scheibe ein, der die Laufschaufel an der Baugruppe 10 radial festhält. Eine vordere Seitenplatte 26 und eine hintere Seitenplatte 28 halten die Laufschaufel an der Rotorbaugruppe radial fest und sind an der Scheibe mittels eines Niets 30 befestigt. Der Fußabschnitt hat einen verlängerten Halsteil 32, der die Laufschaufel oberhalb der Scheibe zu dem Strömungsweg für Arbeitsmediumgase hebt. Der Plattformabschnitt bildet einen Teil der Innenwand des Strömungsweges für Arbeitsmediumgase. Ein Hohlraum 34 ist oberhalb des Randes 36 der Scheibe zwischen den verlängerten Ilalsbereichen von benachbarten Laufschaufeln gebildet.

Die Laufschaufeln sind typisch gekühlt und haben einen hohlen Teil, der sich innerhalb der Laufschaufel von dem Fußabschnitt au;; in don Fl ügel prof i 1 nbschn i I t erstreckt und zum Hindurchlei lon von Kühl IuI I durch <lio l,au fnc-hauf π 1 dient. Kühlluft

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wird dem Fußabschnitt über eine Leitung oder ein Loch 38 in der Scheibe zugeführt. Ein Teil der Kühlluft leckt sowohl radial als auch axial an der Grenzfläche zwischen dem Fußabschnitt der Laufschaufel und dem entsprechenden Scheibenschlitz hindurch und in den Hohlraum 34. Eine plattenartige Dichtung 42, die aus flexiblem Blech besteht, ist über dem Spalt 44 zwischen benachbarten Laufschaufeln angeordnet, um zwischen benachbarten Laufschaufeln abzudichten, und ruht auf sich axial erstreckenden Vorsprüngen 46. Die Vorsprünge 46 sind besser in Fig. 2 zu erkennen. Die Dichtplatte 4 2 hat die Aufgabe, das äußere Ende des Hohlraums 34 abzudichten. Ein oder mehrere Lappen 48 stehen von der Laufschaufel und über die Dichtplatte 42 vor,'um'die Dichtplatte an den Vorsprüngen 46 radial einzuschließen.

Die Vorsprünge 46 an den Laufschaufeln 16 begrenzen einen zweiten Hohlraum 50 außerhalb der Dichtplatte 42 und unterhalb der Plattformabschnitte 20 der Laufschaufeln. Ein Schwingungsdämpfer 52 erstreckt sich durch den Hohlraum 50 und ist in der Lage, gleichzeitig auf den Unterseiten der Plattformen von zwei benachbarten Laufschaufeln zu ruhen.

Im Betrieb des Triebwerks, in welches der Schwingungsdämpfer 52 und die Dichtplatte 42 eingebaut sind, drücken Zentrifugalkräfte den Schwingungsdämpfer und die Dichtplatte an der Ro-^ torbaugruppe 10 nach außen. Der Schwingungsdämpfer kommt an den Unterseiten der LaufSchaufelplattformabschnitte 20 in Anlage, und die Dichtplatte 42 kommt an den Vorsprüngen 46 in Anlage. Der Mittelteil 56 der Dichtplatte 42 biegt sich gegen den festgehaltenen Schwingungsdämpfer. Eine Dichtplatte mit einer nominellen Dicke von 0,76 mm bei einer unabgestützten Spannweite S in der Größenordnung von 7,6 mm bis 10,2 mm hat eine ausreichende Biegsamkeit. Kino Durchbiegung in der Grössenordnung von 0,^r>l mm bis 0,7f> nun wird nrwn rl <?(:. Der Abstand

/.wischen der Dichtung und dnm Schwi ngungsdämpf er ist demgemäß kleiner als die erwartete Durchbiegung, so daß die Dichtung in der Lage ist, sich gegen den Schwingungsdämpfer zu legen .

Die Laufschaufelschwingung äußert sich in dem Plattformbereich als eine Umfangsbewegung der Plattformen. Die Energie, die diese Bewegung verursacht, wird durch Reibkontakt des Schwingungsdämpfers mit den beiden Plattformen sowie durch ReibkontakL· des Schwingungsdämpfer» mit der durchgebogenen Dichtplatte 4 2 vernichtet. Die durchgebogene Dichtung, die an dem Schwingungsdämpfer anliegt, vergrößert das Energievernichtungsvermögen des Schwingungsdämpfers. Die durchgebogene Stellung der Dichtplatte im Betrieb ist in Fig. 2 durch eine gestrichelte Linie angedeutet.

Der Schwingungsdämpfer 52 kann in Gießtechnik ohne Fertigbearbeitung hergestellt werden. Ebenso ist die Dichtplatte 42 auf einfache Weise herstellbar, weil es nur auf die Durchbiegung ankommt, durch die sie sich den Vorsprüngen 46 anpaßt, um den Zwischenraum zwischen benachbarten Laufschaufeln abzudichten.

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Claims

Patentansprüche:

[ !./Vorrichtung zum Dämpfen von Laufschaufelschwingungsenergie, gekennzeichnet durch einen Dämpfer (52), der unter den Plattformen (20) von zwei benachbarten Laufschaufeln (16) angeordnet ist, und durch eine plattenartige Dichtung (42) einwärts von dem Dämpfer, die durch die benachbarten Laufschaufeln radial festgehalten wird, wobei der Abstand der Dichtung von dem Dämpfer ausreichend klein ist, so daß unter Zentrifugalbelastung der Mittelteil der Dichtung sich durchbiegt und an dem Dämpfer in Anlage kommt, wodurch das Energie vernichtungs vermögen des Dämpfers gesteigert wird.
2. Laufschaufel- und Scheibenbaugruppe einer umlaufenden Maschine, die einen Strömungsweg für Arbeitsmediumgase hat, der sich axial durch sie hindurch erstreckt, mit:

einer Rotorscheibe (14), die mehrere Schlitze (24) hat, welche an ihrem Umfang angeordnet sind, und mehreren Laufschaufeln (16), die jeweils einen Fußabschnitt (22), der in einen entsprechenden Schlitz (24) der Rotorscheibe (14) einfaßt, einen Plattformabschnitt (20), der einen Teil der Innenwand des Strömungsweges für Arbeitsmediumgase

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bildet, und einen FlügelprofiLabschnlLt (18), der sich in den Strömungsweg erstreckt, haben,

dadurch gekennzeichnet, daß ein Schwingungsdämpfer (52) unter dem Plattformabschnitt (20) von zwei benachbarten Laufschaufeln (16) angeordnet und an den Unterseiten der Plattformabschnitte (20) durch Zentrifugalkräfte in Anlage bringbar ist, um Laufschaufelschwingungen zu dämpfen, und

daß eine flexible Dichtung (42) an den beiden benachbarten Laufschaufeln (16) angeordnet ist, um eine radiale Leckage zwischen ihnen zu verhindern, wobei die Dichtung ausreichend nahe bei dem Schwingungsdämpfer (52) angeordnet ist, so daß sie in der Lage ist, sich aufgrund von Zentrifugalbelastungen gegen den Dämpfer zu biegen, um die Laufschaufelschwingung weiter zu dämpfen.

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