DE60118473T2 - Fingerdämpfer für eine Turbinenscheibe - Google Patents

Fingerdämpfer für eine Turbinenscheibe Download PDF

Info

Publication number
DE60118473T2
DE60118473T2 DE60118473T DE60118473T DE60118473T2 DE 60118473 T2 DE60118473 T2 DE 60118473T2 DE 60118473 T DE60118473 T DE 60118473T DE 60118473 T DE60118473 T DE 60118473T DE 60118473 T2 DE60118473 T2 DE 60118473T2
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
turbine disk
integrally bladed
damper
bladed turbine
fingers
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
DE60118473T
Other languages
English (en)
Other versions
DE60118473D1 (de
Inventor
Maynard L. Thousand Oaks Stangeland
Roger Eric Moorpark Berenson
Gary Alan Camarillo Davis
Eric J. Simi Valley Krieg
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Raytheon Technologies Corp
Original Assignee
United Technologies Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by United Technologies Corp filed Critical United Technologies Corp
Application granted granted Critical
Publication of DE60118473D1 publication Critical patent/DE60118473D1/de
Publication of DE60118473T2 publication Critical patent/DE60118473T2/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01DNON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D5/00Blades; Blade-carrying members; Heating, heat-insulating, cooling or antivibration means on the blades or the members
    • F01D5/12Blades
    • F01D5/26Antivibration means not restricted to blade form or construction or to blade-to-blade connections or to the use of particular materials
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01DNON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D5/00Blades; Blade-carrying members; Heating, heat-insulating, cooling or antivibration means on the blades or the members
    • F01D5/02Blade-carrying members, e.g. rotors
    • F01D5/10Anti- vibration means
    • YGENERAL 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
    • Y10TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10STECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10S416/00Fluid reaction surfaces, i.e. impellers
    • Y10S416/50Vibration damping features

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Turbine Rotor Nozzle Sealing (AREA)
  • Mechanical Operated Clutches (AREA)

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein Turbinen und insbesondere einen Dämpfer zum Dämpfen einer Schwingung in einer Turbinenscheibe nach dem Oberbegriff von Anspruch 1.
  • Turbinenscheiben unterliegen allgemein hohen Arbeitszyklusermüdungsdefekten aufgrund von Resonanzschwingung und Fluidstrukturinstabilitäten. Scheiben weisen mehrere kritische Drehzahlen auf, wobei ein Betrieb der Scheibe bei irgendeiner dieser Drehzahlen eine verstärkte wandernde Welle in der Scheibe erzeugt, wodurch möglicherweise übermäßige dynamische Belastungen hervorgerufen werden. Bei jeder dieser kritischen Drehzahlen ist die Welle bezüglich des Gehäuses fest und kann durch beliebige Asymmetrien in dem Strömungsfeld angeregt werden. Die resultierende Resonanzschwingung verhindert den Betrieb herkömmlicher Turbinenscheiben bei kritischen Drehzahlen. Fluidstrukturinstabilitäten entstehen aufgrund einer Kopplung zwischen dem umgebenden Fluid und der Scheibe, was ebenfalls übermäßige Belastungen hervorrufen und einen Betrieb bei Drehzahlen oberhalb einer Schwellenstabilitätsgrenze verhindern kann.
  • Bei herkömmlichen Turbinenscheiben, bei denen separate Schaufeln auf eine Scheibe montiert sind, werden typischerweise Schaufeldämpfungsverfahren eingesetzt, um eine Resonanzantwort zu verringern sowie die Fluidstrukturinstabilität zu verhindern, welche aus der Kopplung von aerodynamischen Kräften und Strukturverbiegungen resultiert. Entsprechend ist es übliche Praxis, in der Gasturbinen- und Raketentriebwerksindustrie Schaufelschwingungen zu kontrollieren, indem Dämpfer zwischen die Plattformen oder Deckbänder einzelner Schaufeln platziert werden, welche an der Scheibe mit einer Zinke oder einem Tannenbaum angebracht sind. Solche Schaufeldämpfer sind ausgestaltet, um eine Schwingung durch eine Energie dissipierende Reibungskraft während einer Relativbewegung benachbarter Schaufeln in tangentialen Schwingungsmoden, axialen Schwin gungsmoden oder Torsionsschwingungsmoden zu kontrollieren. Schaufeldämpfer stellen zusätzlich zu den Schaufelbefestigungen eine Reibungsdämpfung sowohl für eine Scheibenschwingung als auch für eine Schaufelschwingung zur Verfügung.
  • Dieser Dämpfungsmechanismus ist jedoch nicht für integral beschaufelte Turbinenscheiben („Blisks") praktikabel, außer es werden radiale Schlitze zwischen jede Schaufel gefertigt, um eine Schaufelschaftnachgiebigkeit einzuführen. Die zusätzliche Kompliziertheit der Schlitze erhöht die Randzonenbelastung an der Turbinenscheibe und vereitelt einige der Kosten-, Drehzahl- und Gewichtsvorteile der Blisk. Folglich führt der Mangel an einer Schaufelbefestigungsverbindung zu einer wesentlichen Dämpfungsverringerung und kann zu einer Fluidstrukturinstabilität bei anderen Drehzahlen als den kritischen Drehzahlen der stehenden Welle der Scheibe führen.
  • Radkranzdämpfer sind von der Zahnradindustrie eingesetzt worden, um eine Schwingung in dünn verrippten Zahnrädern mit großem Durchmesser zu verringern. Bei solchen Anwendungen wird ein Spaltring oder eine Reihe von Spiralringen in einer oder mehreren Haltenuten an der Unterseite des Zahnkranzes vorgespannt. Bei relativ geringen Radkranzgeschwindigkeiten stellt die Zentrifugalkraft auf den Dämpferring eine Dämpfung aufgrund einer Relativbewegung bereit, wenn der Zahnkranz eine Schwingung in einer diametralen Mode erfährt. Dieses Reibungsdämpfungsverfahren ist jedoch bei hohen Radkranzgeschwindigkeiten nicht möglich, da die Zentrifugalkraft auf den Dämpferring eine hinreichende Größe aufweist, um zu bewirken, dass der Dämpfer gegen den Radkranz blockiert. Eine Blockierung tritt ein, wenn die Reibungskräfte groß genug werden, um eine Relativbewegung an der Berührungsfläche zu unterdrücken, wodurch bewirkt wird, dass sich der Dämpferring als ein integraler Teil des Radkranzes biegt.
  • Die GB-A-2255138 offenbart einen Dämpfer, welcher ein ringförmiges Element aufweist, das einen Abschnitt aufweist, welcher eine Mehrzahl von radial nach innen gerichteten Vorsprüngen und Ausnehmungen definiert, welche abwechselnd aufeinander folgend um das Element angeordnet sind, so dass im Betrieb unter einer Zentrifugalwirkung dynamische Ungleichgewichte erzeugt werden, die Reibungen erzeugen, welche einen Dämpfungseffekt auf Schwingungen der Schaufeln aufweisen.
  • Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Dämpfer für eine integral beschaufelte Turbinenscheibe bereitzustellen, welcher eine Mehrzahl von Fingern einsetzt, um die Schwingung einer integral beschaufelten Turbinenscheibe zu verringern. Der Dämpfer ist hauptsächlich dazu bestimmt, eine Schwingung zu verringern, wenn die integral beschaufelte Turbinenscheibe in einer diametralen Modenform schwingt. Jedoch ist der Dämpfer auch wirksam, um die Schwingung der Turbinenschaufeln zu verringern, welche an der Scheibenrandzone montiert sind.
  • Es ist eine andere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Dämpfer bereitzustellen, welcher ein Profil aufweist, das eine Reibungskontaktkraft durchgängig über ein Scheibenprofil ausübt, um die Kontaktkraft senkrecht zu der Scheibenoberfläche zu richten.
  • In einer bevorzugten Form stellt die vorliegende Erfindung einen Dämpfer zum Verringern von Schwingungen in einer integral beschaufelten Turbinenscheibe zur Verfügung. Der Dämpfer umfasst ein ringförmiges Element und eine Mehrzahl von Fingern. Das ringförmige Element ist so eingerichtet, dass es von einer radialen Stufe an der Innenfläche der Randzone der integral beschaufelten Turbinenscheibe gehalten wird. Alternativ können herkömmliche Befestigungsmittel eingesetzt werden, um das ringförmige Element mit der Randzone der integral beschaufel ten Turbinenscheibe zu koppeln. Die Mehrzahl von Fingern ist mit dem ringförmigen Element gekoppelt und konzentrisch um dieses beabstandet. Jeder der Finger ist eingerichtet, um eine relative Umfangsbewegung bezüglich der Innenfläche der integral beschaufelten Turbinenscheibe zur Verfügung zu stellen, wenn die integral beschaufelte Turbinenscheibe in einer diametralen Modenform schwingt. Das ringförmige Element ist eingerichtet, um eine strukturelle Stützung für die Finger bereitzustellen, so dass sie eine Kontaktkraft auf die integral beschaufelte Turbinenscheibe ausüben, welche senkrecht zu der Scheibenoberfläche gerichtet ist.
  • Zusätzliche Vorteile und Merkmale der vorliegenden Erfindung werden aus der nachfolgenden Beschreibung und den beigefügten Ansprüchen ersichtlich werden, wenn sie in Verbindung mit den beigefügten Figuren betrachtet werden, wobei:
  • 1 eine Querschnittsansicht einer integral beschaufelten Turbinenscheibenanordnung ist, welche gemäß den Lehren der vorliegenden Erfindung konstruiert ist;
  • 2 eine Längsschnittansicht eines Abschnitts der integral beschaufelten Turbinenscheibenanordnung von 1 ist, welche die integral beschaufelte Turbinenscheibe darstellt;
  • 3 ein vergrößerter Abschnitt der integral beschaufelten Turbinenscheibe ist, welche in 2 dargestellt ist;
  • 4 eine frontale Draufsicht eines Abschnitts der integral beschaufelten Turbinenscheibenanordnung von 1 ist, welche den Dämpfer darstellt;
  • 5 ein vergrößerter Abschnitt des in 4 dargestellten Dämpfers ist;
  • 6 eine Querschnittsansicht des Dämpfers entlang der Linie 6-6 von 4 ist;
  • 7 eine Querschnittsansicht der integral beschaufelten Turbinenscheibenanordnung von 1 ist;
  • 8 eine Querschnittsansicht einer integral beschaufelten Turbinenscheibenanordnung ist, welche gemäß einem alternative Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung konstruiert ist;
  • 9 eine Längsschnittansicht der integral beschaufelten Turbinenscheibenanordnung von 8 ist;
  • 10 eine frontale Draufsicht eines Abschnitts der integral beschaufelten Turbinenscheibenanordnung von 8 ist, welche den Dämpfer detaillierter darstellt;
  • 11 eine vergrößerte Ansicht eines Abschnitts des in 10 dargestellten Dämpfers ist; und
  • 12 eine Querschnittsansicht eines Abschnitts des Dämpfers entlang der Linie 12-12 von 10 ist.
  • Unter Bezugnahme auf 1 der Zeichnung ist eine Turbopumpe 10 in einer Querschnittsansicht gezeigt, bei welcher verschiedene Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung wirksam eingesetzt werden können. Es ist gezeigt, dass die Turbopumpe 10 eine integral beschaufelte Turbinenscheibenanordnung 12 umfasst, welche eine integral beschaufelte Turbinenscheibe 14 und einen Dämpfer 16 aufweist.
  • In 2 und 3 ist ein Abschnitt der integral beschaufelten Turbinenscheibe 14 in einer Querschnittsansicht gezeigt. Die integral beschaufelte Turbinenscheibe 14 ist symmetrisch um eine Längsachse 20 und umfasst einen einheitlich ausgebildeten Rotorabschnitt 22, welcher eine Mehrzahl von sich radial erstreckenden Schaufeln 24 und eine axiale Fläche 26 aufweist. Bei dem speziellen dargestellten Ausführungsbeispiel ist eine Dämpferaushöhlung 28, welche einen ersten Aushöhlungsabschnitt 30 und einen zweiten Aushöhlungsabschnitt 32 aufweist, in der axialen Fläche 26 ausgebildet. Der erste Aushöhlungsabschnitt 30 ist in der axialen Fläche 26 in einer Richtung senkrecht zu der Längsachse 20 ausgebildet. Der erste Aushöhlungsabschnitt 30 umfasst eine ringförmige Fläche 34 und einen radialen Randabschnitt 36. Der zweite Aushöhlungsabschnitt 32 umfasst eine gebogene Innenoberfläche 38, welche die ringförmige Fläche 34 schneidet.
  • In 4 bis 6 ist gezeigt, dass der Dämpfer 16 ein ringförmiges Element 40 und eine Mehrzahl von T-förmigen Fingern 42 umfasst, welche mit dem ringförmigen Element 40 gekoppelt sind und umfangs um dieses beabstandet sind. Bei dem speziellen dargestellten Ausführungsbeispiel ist das ringförmige Element 40 ein durchgängiger Ring, welcher bemessen ist, um mit der ringförmigen Fläche 34 des ersten Aushöhlungsabschnitts 30 in Eingriff zu treten. Jeder der Mehrzahl von T-förmigen Fingern 42 umfasst einen Basisabschnitt 44 und einen Schenkelabschnitt 46. Der Basisabschnitt 44 ist mit dem ringförmigen Element 40 gekoppelt und erstreckt sich radial von diesem nach innen. Der Schenkelabschnitt 46 ist mit einem distalen Ende des Basisabschnitts 44 gekoppelt und erstreckt sich tangential von diesem. Die T-förmigen Finger 42 umfassen eine gebogene Außenoberfläche 48, welche eingerichtet ist, um mit der gebogenen Innenoberfläche 38 in dem zweiten Aushöhlungsabschnitt 32 auf eine Weise zusammenzuwirken, welche unten detailliert erörtert werden wird.
  • Bevorzugt sind das ringförmige Element 40 und die Mehrzahl von T-förmigen Fingern 42 integral ausgebildet. Eine Ausgestaltung auf diese Weise ermöglicht, dass jeder der T-förmigen Finger 42 von einem Paar von umfangs beabstandeten, tangential ausgerichteten Schlitzen 50 und einem Paar von umfangs beabstandeten, sich radial erstreckenden Schlitzen 52 ausgebildet ist. Wie gezeigt schneidet jeder der sich radial erstreckenden Schlitze 52 einen der tangential ausgerichteten Schlitze 50.
  • In 7 ist der Dämpfer 16 in einer funktionsfähigen Verbindung mit der integral beschaufelten Turbinenscheibe 14 gezeigt. Der Dämpfer 16 wird bevorzugt in einem flüssigen Gas, z.B. in flüssigem Stickstoff gekühlt und während der Montage der integral beschaufelten Turbinenscheibenanordnung 12 auf die Dämpferaushöhlung 28 aufgeschrumpft. Das ringförmige Element 40 verleiht dem Dämpfer 16 einen kontinuierlichen Verlauf, um zu ermöglichen, dass er in seiner Position relativ zu der integral beschaufelten Turbinenscheibe 14 gehalten wird. Das ringförmige Element 40 stellt auch einen Mechanismus zum Vorspannen der Mehrzahl von T-förmigen Fingern 42 gegen die gebogene Innenoberfläche 38 bereit.
  • Im Betrieb entkoppeln die sich radial erstreckenden Schlitze 52 und die tangential ausgerichteten Schlitze 50 effektiv die Tangentialbewegung des ringförmigen Elements 40 von den T-förmigen Fingern 42. Aufgrund hoher Zentrifugalkräfte, welche in der integral beschaufelten Turbinenscheibenanordnung 12 anwesend sind, wird das ringförmige Element 40 mit einer hinreichenden Kraft, um eine Blockierung zu bewirken, gegen die ringförmige Fläche 34 gedrückt. Während der Blockierung wird eine relative Bewegung zwischen dem ringförmigen Element 40 und der ringförmigen Fläche 34 gehemmt. Aufgrund der Anwesenheit der sich radial erstreckenden Schlitze 52 und der tangential ausgerichteten Schlitze 50 dürfen sich die T-förmigen Finger 42 an der Reibungsberührungsfläche 54 zwischen der integral beschaufelten Turbinenscheibe 14 und dem Dämpfer 16 tangential bewegen, wenn die integral beschaufelte Turbinen scheibenanordnung 12 in einer diametralen Modenform schwingt. Die Reibungsberührungsfläche 54 umfasst einen Bereich, in welchem das ringförmige Element 40 bzw. die T-förmigen Finger 42 die ringförmige Fläche 34 bzw. die gebogene Innenoberfläche 38 berührt bzw. berühren. Eine Schwingung der integral beschaufelten Turbinenscheibe 14 in einer diametralen Mode bewirkt eine tangentiale Bewegung zwischen den T-förmigen Fingern 42 und der gebogenen Innenoberfläche 38. Die Umfangslänge und die Dicke der sich radial erstreckenden Schlitze 52 und der tangential ausgerichteten Schlitze 50 werden ausgewählt, um die Dämpfung, die Zentrifugalkraft und die relative Tangentialbewegung für eine spezielle Anwendung zu optimieren.
  • Ein anderes einzigartiges Merkmal des Dämpfers 16 ist die Konfiguration seiner Kontaktoberfläche 60 (welche in 6 dargestellt ist). Die Kontaktoberfläche 60 umfasst die gebogene Außenoberfläche 48 der T-förmigen Finger 42 und die ringförmige Außenoberfläche 62 des ringförmigen Elements 40. Die Kontaktoberfläche 60 ist auf eine Weise eingerichtet, in welcher das ringförmige Element 40 eine erste Kontaktkraft zur Verfügung stellt und die T-förmigen Finger 42 eine zweite Kontaktkraft zur Verfügung stellen. Die erste Kontaktkraft, welche von dem ringförmigen Element 40 zur Verfügung gestellt wird, wird auf die integral beschaufelte Turbinenscheibe 14 in einer radialen Richtung durch die ringförmige Außenoberfläche 62 ausgeübt. Die gebogene Außenoberfläche 48 bewirkt, dass die zweite Kontaktkraft, welche von den T-förmigen Fingern 42 ausgeübt wird, sich stetig von einer radialen Richtung zu einer axialen Ausrichtung (d.h. gegen einen sich radial erstreckenden Abschnitt der axialen Fläche 26 der integral beschaufelten Turbinenscheibe 14) ändert. Folglich wird der Großteil der Dämpferzentrifugallast über das ringförmige Element 40 zu der integral beschaufelten Turbinenscheibe 14 übertragen, während die T-förmigen Finger 42 eine viel kleinere Kontaktkraft zur Verfügung stellen. Eine Konfiguration auf diese Weise verhin dert eine Blockierung zwischen den T-förmigen Fingern 42 und der integral beschaufelten Turbinenscheibe 14.
  • Die Reibungseigenschaften der Kontaktoberfläche 60 können durch die Endbearbeitung der Kontaktoberfläche 60 bis zu einer gewünschten Oberflächengüte oder durch die Aufbringung einer Beschichtung, z.B. einer Versilberung oder von Molybdändisulfid, gesteuert werden. Eine Versilberung ist sehr wünschenswert, da sie gegen Reibverschleiß widerstandsfähig ist, welcher aus einer Kleinstbewegung zwischen dem Dämpfer 16 und der integral beschaufelten Turbinenscheibe 14 resultieren kann.
  • Während die integral beschaufelte Turbinenscheibenanordnung 12 bisher als einen Dämpfer 16 mit T-förmigen Fingern 42 umfassend beschrieben worden ist, welcher auf eine Dämpferaushöhlung 28 während der Montage der integral beschaufelten Turbinenscheibenanordnung 12 aufgeschrumpft wird, werden Fachleute einsehen, dass die Erfindung in ihren umfassenderen Aspekten etwas anders ausgestaltet sein kann. Zum Beispiel kann der Dämpfer 16' mit einer Fläche der integral beschaufelten Turbinenscheibe 14' gekoppelt sein, wie in 8 und 9 dargestellt. Bei dieser Anordnung ist gezeigt, dass die integral beschaufelte Turbinenscheibenanordnung 12' ein Paar von Dämpfern 16' umfasst, welche über eine Mehrzahl von Befestigungsmitteln 100 mit der integral beschaufelten Turbinenscheibe 14' gekoppelt sind. Die integral beschaufelte Turbinenscheibe 14' ist symmetrisch um ihre Längsachse 20' und umfasst einen einheitlich ausgebildeten Rotorabschnitt 22', welcher eine Mehrzahl von sich radial erstreckenden Schaufeln 24 und ein Paar von axialen Flächen 26' aufweist.
  • Bei dem speziellen dargestellten Ausführungsbeispiel ist eine Dämpferaushöhlung 28', welcher einen ersten Aushöhlungsabschnitt 30' und einen zweiten Aushöhlungsabschnitt 32' aufweist, in jeder der axialen Flächen 26' ausgebildet. Der erste Aushöhlungsabschnitt 30' ist in der axialen Fläche 26' in einer Richtung parallel zu der Längsachse 20' ausgebildet. Der erste Aushöhlungsabschnitt 30' umfasst eine Mehrzahl von Befestigeröffnungen 102. Es ist dargestellt, dass der zweite Aushöhlungsabschnitt 32' ein sich umfangs erstreckendes Wandelement 104 umfasst, welches schräg laufend zu dem ersten Aushöhlungsabschnitt 30' ist, wodurch der zweite Aushöhlungsabschnitt 32' mit einer Form versehen wird, welche einem abgeschnittenen umgekehrten Kegel entspricht. Fachleute werden verstehen, dass die Form des zweiten Aushöhlungsabschnitts 32' auf eine gewünschte Weise zugeschnitten sein kann, um spezielle Konstruktionsziele zu erreichen, und somit der zweite Aushöhlungsabschnitt 32' alternativ gebogen ausgeformt sein kann.
  • In 9 bis 12 ist gezeigt, dass der Dämpfer 16' ein ringförmiges Element 40' und eine Mehrzahl von Fingern 42' umfasst, welche mit dem ringförmigen Element 40' gekoppelt und umfangs um dieses beabstandet sind. Bei dem speziellen dargestellten Ausführungsbeispiel ist das ringförmige Element 40' ein Flansch, welcher an dem ersten Aushöhlungsabschnitt 30' anliegt. Jeder der Mehrzahl von Fingern 42' umfasst einen Basisabschnitt 44' und einen Endabschnitt 46'. Der Basisabschnitt 44' ist mit dem ringförmigen Element 40' gekoppelt und erstreckt sich radial von diesem nach innen. Der Endabschnitt 46' ist mit einem distalen Ende des Basisabschnitts 44' gekoppelt und erstreckt sich von diesem, um den zweiten Aushöhlungsabschnitt 32' zu berühren. Die Finger 42' umfassen eine Außenoberfläche 48', welche ausgestaltet ist, um mit dem Wandelement 104 des zweiten Aushöhlungsabschnitts 32' auf eine Weise zusammenzuwirken, welche unten detailliert erörtert werden wird. Bevorzugt sind das ringförmige Element 40' und die Mehrzahl von Fingern 42' integral ausgebildet. Eine Konstruktion auf diese Weise ermöglicht, dass jeder der Finger 42' von einem Paar von umfangs beabstandeten, sich radial erstreckenden Schlitzen 52' ausgebildet wird. Wie gezeigt, endet jeder der sich radial erstreckenden Schlitze 52' bei einer Schlitzöffnung 110, welche eingesetzt wird, um die Spannungskonzentration an den Schnittpunkten zwischen dem ringförmigen Element 40' und jedem der Mehrzahl von Fingern 42' zu verringern, wenn der Dämpfer 16' in Betrieb ist.
  • In 8 und 9 ist dargestellt, dass die Mehrzahl von Befestigungsmitteln 100 eine Mehrzahl von Außengewindebefestigern 114, eine Mehrzahl von Innengewindemuttern 116 und eine Mehrzahl von Hundeknochen-Unterlegscheiben 118 umfassen. Jede der Hundeknochen-Unterlegscheiben 118 ist über einem Paar von umfangs benachbarten Befestigeröffnungen 120 bzw. 102 positioniert, welche in dem ringförmigen Element 40' bzw. dem ersten Aushöhlungsabschnitt 30' der integral beschaufelten Turbinenscheibe 14' ausgebildet sind. Die Außengewindebefestiger 114 werden durch die Befestigeröffnungen 120 und 102 platziert, und die Innengewindemuttern 116 werden mittels des Gewindes mit den Außengewindebefestigern 114 in Eingriff gebracht, so dass eine Klemmkraft durch die Befestigungsmittel 100 erzeugt wird, um das ringförmige Element 40' so festzuhalten, dass sich das ringförmige Element 40' nicht um die Längsachse 20' drehen wird.
  • Im Betrieb entkoppeln die sich radial erstreckenden Schlitze 52' effektiv die Tangentialbewegung des ringförmigen Elements 40' von den Fingern 42'. Die sich radial erstreckenden Schlitze 52' ermöglichen, dass sich die Finger 42' an einer Reibungsberührungsfläche 54' zwischen der integral beschaufelten Turbinenscheibe 14' und dem Dämpfer 16' tangential bewegen, wenn die integral beschaufelte Turbinenscheibenanordnung 12' in einer diametralen Modenform schwingt. Die Reibungsberührungsfläche 54' umfasst einen Bereich, in welchem die Finger 42' das Wandelement 104 des zweiten Aushöhlungsabschnitts 32' berühren. Eine Schwingung der integral beschaufelten Turbinenscheibe 14' in einer diametralen Mode wird zu dem Dämpfer 16' übertragen und von diesem absorbiert. In dieser Hinsicht verursachen die Schwingungen eine Tangentialbewegung in der Mehrzahl von Fingern 42' relativ zu dem Wandelement 104, so dass die Schwingungsenergie in der Reibungsberührungsfläche 54' durch einen Reibungskontakt zwischen der Mehrzahl von Fingern 42' und dem Wandelement 104 absorbiert wird.
  • Während die Erfindung unter Bezugnahme auf ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel in der Beschreibung beschrieben und in den Figuren dargestellt worden ist, werden Fachleute verstehen, dass verschiedene Abwandlungen vorgenommen werden können und Äquivalente für Elemente desselben eingesetzt werden können, ohne vom Umfang der Erfindung abzuweichen, wie er in den Ansprüchen definiert ist. Zusätzlich können viele Modifizierungen vorgenommen werden, um eine spezielle Situation oder ein spezielles Material an die Lehren der Erfindung anzupassen, ohne vom wesentlichen Umfang derselben abzuweichen. Daher ist es beabsichtigt, dass die Erfindung nicht auf das spezielle Ausführungsbeispiel beschränkt ist, welches als die beste Weise, welche momentan für die Ausführung dieser Erfindung in Betracht gezogen wird, in den Figuren dargestellt und in der Beschreibung beschrieben worden ist, sondern dass die Erfindung alle Ausführungsbeispiele umfasst, welche unter die Beschreibung der beigefügten Ansprüche fallen.

Claims (17)

  1. Dämpfer zum Dämpfen einer Schwingung in einer integral beschaufelten Turbinenscheibe, wobei der Dämpfer (16, 16') umfasst: ein ringförmiges Element (40, 40'), welches eingerichtet ist, um mit der integral beschaufelten Turbinenscheibe (14, 14') gekoppelt zu werden; eine Mehrzahl von Fingern (42'), welche umfangs um das ringförmige Element (40, 40') beabstandet sind, wobei jeder der Finger einen Basisabschnitt (44) aufweist, welcher mit dem ringförmigen Element (40, 40') gekoppelt ist und sich radial von diesem erstreckt; dadurch gekennzeichnet, dass jeder der Finger (42') tangential relativ zu dem ringförmigen Element (40, 40') beweglich ist, wenn die Turbinenscheibe (14, 14') in einer diametralen Modenform schwingt, so dass die Mehrzahl von Fingern (42') eine Oberfläche der Turbinenscheibe (14, 14') berührt, um Schwingungen zu absorbieren.
  2. Dämpfer (16, 16') nach Anspruch 1, wobei jeder der Mehrzahl von Fingern (42') eine Reibungsoberfläche (48) umfasst, welche eingerichtet ist, um eine Fläche (54, 54') der integral beschaufelten Turbinenscheibe (14, 14') zu berühren.
  3. Dämpfer (16, 16') nach Anspruch 2, wobei die Reibungsoberfläche jedes der Mehrzahl von Fingern (42') eine gebogene Form aufweist.
  4. Dämpfer (16, 16') nach Anspruch 2 oder 3, wobei die Reibungsoberfläche aus einem Material ausgebildet ist, welches widerstandsfähig gegen Reibverschleiß ist.
  5. Dämpfer (16, 16') nach Ansprüchen 1–4, wobei das ringförmige Element und die Mehrzahl von Fingern (42') integral ausgebildet sind.
  6. Dämpfer (16, 16') nach Anspruch 5, wobei jeder Basisabschnitt (44) durch ein Paar von umfangs beabstandeten, sich radial erstreckenden Schlitzen (52) ausgebildet ist.
  7. Dämpfer (16, 16') nach Anspruch 6, wobei jeder der Mehrzahl von Fingern (42') weiterhin durch ein Paar von umfangs beabstandeten, sich radial erstreckenden Schlitzen (52) definiert ist, wobei sich jeder der umfangs beabstandeten, radial ausgerichteten Schlitze (50) mit einem der umfangs beabstandeten, sich radial erstreckenden Schlitze (52) schneidet, wobei die umfangs beabstandeten, radial ausgerichteten Schlitze (50) mit den umfangs beabstandeten, sich radial erstreckenden Schlitzen (52) zusammenwirken, um die Mehrzahl von Fingern (42') allgemein mit einer T-Form zu versehen.
  8. Dämpfer (16, 16') nach Anspruch 6, wobei jeder der umfangs beabstandeten, sich radial erstreckenden Schlitze (52) bei einer Schlitzöffnung (110) endet, um eine Spannungskonzentration bei einem Schnittpunkt zwischen dem ringförmigen Element (40) und der Mehrzahl von Fingern (42') zu verringern.
  9. Dämpfer (16, 16') nach Ansprüchen 5–8, wobei das ringförmige Element (40) ein durchgängiger Ring ist.
  10. Integral beschaufelte Turbinenscheibenanordnung (12), umfassend: eine integral beschaufelte Turbinenscheibe (14, 14'); und einen Dämpfer (16, 16') nach einem der Ansprüche 1–9.
  11. Integral beschaufelte Turbinenscheibenanordnung (12, 12') nach Anspruch 10, wobei das ringförmige Element (40) in eine in der axialen Fläche ausgebildete Aushöhlung aufgeschrumpft (28) ist.
  12. Integral beschaufelte Turbinenscheibenanordnung (12, 12') nach Anspruch 10, wobei eine Mehrzahl von Befestigungsmitteln (100) eingesetzt wird, um das ringförmige Element fest mit der axialen Fläche zu koppeln.
  13. Integral beschaufelte Turbinenscheibenanordnung (12, 12') nach Anspruch 12, wobei ein Kontakt zwischen der Mehrzahl von Fingern (42') und der axialen Fläche (26, 26') der integral beschaufelten Turbinenscheibe (14, 14') eine Kontaktkraft erzeugt, welche auf die integral beschaufelte Turbinenscheibe (14, 14') in einer Richtung ausgeübt wird, welche senkrecht zur Kontaktoberfläche ist.
  14. Integral beschaufelte Turbinenscheibenanordnung (12, 12') nach Anspruch 13, wobei die Kontaktkraft von einer gebogenen Tasche (38) aufgenommen wird, welche in der axialen Fläche (26, 26') der integral beschaufelten Turbinenscheibe ausgebildet ist.
  15. Integral beschaufelte Turbinenscheibenanordnung (12, 12') nach Anspruch 14, wobei das ringförmige Element und die Mehrzahl von Fingern (42') mit einem Material beschichtet sind, welches widerstandsfähig gegen Reibverschleiß ist.
  16. Integral beschaufelte Turbinenscheibenanordnung (12, 12') nach Anspruch 10, wobei die Kontaktoberfläche gebogen ausgeformt ist.
  17. Integral beschaufelte Turbinenscheibenanordnung (12, 12') nach Anspruch 10, wobei die axiale Fläche (26, 26') der integral beschaufelten Turbinenscheibe (14, 14') ein sich umfangs erstreckendes Wandelement (104) umfasst, welches eine Form aufweist, die einem abgeschnittenen umgekehrten Kegel entspricht, wobei die Kontaktoberfläche der Mehrzahl von Fingern (42') das sich umfangs erstreckende Wandelement (104) berührt, um Schwingungen in der integral beschaufelten Turbinenscheibe (14, 14') zu verringern, wenn die integral beschaufelte Turbinenscheibe (12, 12') in einer diametralen Modenform schwingt.
DE60118473T 2000-08-10 2001-07-18 Fingerdämpfer für eine Turbinenscheibe Expired - Fee Related DE60118473T2 (de)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US09/636,536 US6375428B1 (en) 2000-08-10 2000-08-10 Turbine blisk rim friction finger damper
US636536 2000-08-10

Publications (2)

Publication Number Publication Date
DE60118473D1 DE60118473D1 (de) 2006-05-18
DE60118473T2 true DE60118473T2 (de) 2006-08-31

Family

ID=24552330

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE60118473T Expired - Fee Related DE60118473T2 (de) 2000-08-10 2001-07-18 Fingerdämpfer für eine Turbinenscheibe

Country Status (4)

Country Link
US (2) US6375428B1 (de)
EP (1) EP1180579B1 (de)
DE (1) DE60118473T2 (de)
ES (1) ES2257380T3 (de)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP3514326A1 (de) * 2018-01-19 2019-07-24 MTU Aero Engines GmbH Rotor, insbesondere blisk einer gasturbine, und verfahren zum herstellen desselben
DE112007002164B4 (de) * 2006-09-18 2020-12-24 Emerson Climate Technologies, Inc. Verdichteranordnung mit einer vibrationsdämpfenden Anordnung
EP4438856A1 (de) * 2023-03-28 2024-10-02 MTU Aero Engines AG Dämpferring zur reduzierung von unerwünschten schwingungen einer blisk, sowie blisk und turbomaschine

Families Citing this family (29)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7296976B2 (en) * 2004-10-20 2007-11-20 Rolls-Royce Corporation Dual counterweight balancing system
US7887299B2 (en) * 2007-06-07 2011-02-15 Honeywell International Inc. Rotary body for turbo machinery with mistuned blades
FR2918109B1 (fr) 2007-06-26 2013-05-24 Snecma Roue mobile pour un turboreacteur et turboreacteur la comportant
DE102007037208B4 (de) 2007-08-07 2013-06-20 Mtu Aero Engines Gmbh Turbinenschaufel mit zumindest einer Einsatzhülse zum Kühlen der Turbinenschaufel
US8328519B2 (en) 2008-09-24 2012-12-11 Pratt & Whitney Canada Corp. Rotor with improved balancing features
US8137067B2 (en) * 2008-11-05 2012-03-20 General Electric Company Turbine with interrupted purge flow
US8162615B2 (en) * 2009-03-17 2012-04-24 United Technologies Corporation Split disk assembly for a gas turbine engine
US8419370B2 (en) 2009-06-25 2013-04-16 Rolls-Royce Corporation Retaining and sealing ring assembly
US8469670B2 (en) * 2009-08-27 2013-06-25 Rolls-Royce Corporation Fan assembly
US8435006B2 (en) * 2009-09-30 2013-05-07 Rolls-Royce Corporation Fan
US8734089B2 (en) 2009-12-29 2014-05-27 Rolls-Royce Corporation Damper seal and vane assembly for a gas turbine engine
US9151170B2 (en) * 2011-06-28 2015-10-06 United Technologies Corporation Damper for an integrally bladed rotor
US9169730B2 (en) 2011-11-16 2015-10-27 Pratt & Whitney Canada Corp. Fan hub design
RU2499889C1 (ru) * 2012-03-13 2013-11-27 Открытое акционерное общество Конструкторско-производственное предприятие "Авиамотор" Способ снижения динамических напряжений в рабочих лопатках последней ступени турбины
US9683447B2 (en) * 2014-04-11 2017-06-20 Honeywell International Inc. Components resistant to traveling wave vibration and methods for manufacturing the same
US10612401B2 (en) * 2014-09-09 2020-04-07 Rolls-Royce Corporation Piezoelectric damping rings
EP3073052B1 (de) * 2015-02-17 2018-01-24 Rolls-Royce Corporation Bläserbaugruppe
GB201503105D0 (en) 2015-02-25 2015-04-08 Rolls Royce Plc Blisk
GB201506196D0 (en) 2015-04-13 2015-05-27 Rolls Royce Plc Rotor damper
GB201506197D0 (en) * 2015-04-13 2015-05-27 Rolls Royce Plc Rotor damper
DE102016101427A1 (de) 2016-01-27 2017-07-27 Rolls-Royce Deutschland Ltd & Co Kg Rotor in BLISK- oder BLING-Bauweise eines Flugtriebwerks
US10724375B2 (en) * 2016-02-12 2020-07-28 General Electric Company Gas turbine engine with ring damper
EP3222811A1 (de) 2016-03-24 2017-09-27 Siemens Aktiengesellschaft Schwingungsdämpfung in einer gasturbine
US20190120255A1 (en) * 2017-10-25 2019-04-25 United Technologies Corporation Segmented structural links for coupled disk frequency tuning
US20190234228A1 (en) * 2018-01-29 2019-08-01 Pratt & Whitney Canada Corp. Bladed rotor with integrated gear for gas turbine engine
US20190284936A1 (en) * 2018-03-15 2019-09-19 United Technologies Corporation Gas turbine engine rotor disk
CN109826670A (zh) * 2019-02-15 2019-05-31 北京星际荣耀空间科技有限公司 涡轮盘、液体火箭发动机、液体火箭
US11391175B2 (en) * 2019-06-13 2022-07-19 The Regents Of The University Of Michigan Vibration absorber dampers for integrally bladed rotors and other cyclic symmetric structures
JP2022013322A (ja) * 2020-07-03 2022-01-18 三菱重工業株式会社 タービン

Family Cites Families (18)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB168997A (en) * 1920-06-12 1921-09-12 George Gerald Stoney Improvements relating to the prevention or reduction of vibration in rotating bodies
US1434414A (en) * 1921-05-14 1922-11-07 Stoney George Gerald Prevention or reduction of vibration in rotating bodies
US2836392A (en) * 1953-06-03 1958-05-27 United Aircraft Corp Disc vibration damping means
US2948505A (en) * 1956-12-26 1960-08-09 Gen Electric Gas turbine rotor
US3356339A (en) 1966-12-12 1967-12-05 Gen Motors Corp Turbine rotor
US3677662A (en) 1970-10-09 1972-07-18 Avco Corp Multilayer ring damped turbomachine rotor assembly
US4171930A (en) 1977-12-28 1979-10-23 General Electric Company U-clip for boltless blade retainer
US4361213A (en) * 1980-05-22 1982-11-30 General Electric Company Vibration damper ring
SE8406281L (sv) * 1984-12-11 1986-06-12 Sven Gunnar Brandberg Sett vid lagring av medelaktivt avfall fran kernkraftsanleggningar och avfallsenhet framstelld hervid
US4859143A (en) 1987-07-08 1989-08-22 United Technologies Corporation Stiffening ring for a stator assembly of an axial flow rotary machine
US4848182A (en) * 1987-09-08 1989-07-18 United Technologies Corporation Rotor balance system
US4817455A (en) 1987-10-15 1989-04-04 United Technologies Corporation Gas turbine engine balancing
FR2674569A1 (fr) * 1991-03-27 1992-10-02 Snecma Disque ailete monobloc avec amortissement des vibrations pour turbomachine.
US5373922A (en) * 1993-10-12 1994-12-20 The United States Of America As Represented By The Administrator Of The National Aeronautics And Space Administration Tuned mass damper for integrally bladed turbine rotor
FR2716931B1 (fr) * 1994-03-03 1996-04-05 Snecma Système d'équilibrage et d'amortissement d'un dique de turbomachine.
US5518639A (en) * 1994-08-12 1996-05-21 Hoeganaes Corp. Powder metallurgy lubricant composition and methods for using same
US5827047A (en) 1996-06-27 1998-10-27 United Technologies Corporation Turbine blade damper and seal
US5733103A (en) 1996-12-17 1998-03-31 General Electric Company Vibration damper for a turbine engine

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE112007002164B4 (de) * 2006-09-18 2020-12-24 Emerson Climate Technologies, Inc. Verdichteranordnung mit einer vibrationsdämpfenden Anordnung
EP3514326A1 (de) * 2018-01-19 2019-07-24 MTU Aero Engines GmbH Rotor, insbesondere blisk einer gasturbine, und verfahren zum herstellen desselben
EP4438856A1 (de) * 2023-03-28 2024-10-02 MTU Aero Engines AG Dämpferring zur reduzierung von unerwünschten schwingungen einer blisk, sowie blisk und turbomaschine

Also Published As

Publication number Publication date
EP1180579A2 (de) 2002-02-20
EP1180579A3 (de) 2003-12-17
USRE39630E1 (en) 2007-05-15
US6375428B1 (en) 2002-04-23
DE60118473D1 (de) 2006-05-18
EP1180579B1 (de) 2006-04-05
ES2257380T3 (es) 2006-08-01

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE60118473T2 (de) Fingerdämpfer für eine Turbinenscheibe
DE3413162C2 (de)
DE69503486T2 (de) Dämpfungs- und dichtungselement einer turbinenschaufel
EP3006680B1 (de) Fluggasturbinentriebwerk mit stossdämpfungselement für fanschaufelverlust
DE3917937C2 (de) Statorbaugruppe für eine Axialströmungsmaschine
EP1154125B1 (de) Schaufelanordnung mit Dämpfungselementen
DE60203563T2 (de) Zentripetale Abblasvorrichtung
DE60031027T2 (de) Selbstsichernder Schwingungsdämpfer für Turbinenschaufeln
US6371727B1 (en) Turbine blade tip shroud enclosed friction damper
DE69515508T2 (de) Befestigung für die schaufel einer gasturbine
DE2503513A1 (de) Vibrationsdaempfer fuer turbinenblattplattformen
EP3034781B1 (de) Abgasturbolader
DE3245069A1 (de) Laufschaufelschwingungsdaempfer und damit ausgeruestete laufschaufel- und scheibenbaugruppe
EP1650405A1 (de) Rotor einer Turbomaschine, insbesondere Gasturbinenrotor
EP1136653A2 (de) Beschaufelung mit Dämpfungselementen
DE1963263C3 (de) Vorrichtung zur Schwingungsdämpfung für ringförmige Teile
DE102005003511A1 (de) Rotor einer Turbomaschine, insbesondere Gasturbinenrotor
EP2378068A2 (de) Dämpfungselement und Verfahren zur Dämpfung von Laufschaufelschwingungen, Laufschaufel sowie Rotor
EP3043085A1 (de) Schaufelanordnung für eine axial durchströmbare thermische Strömungsmaschine sowie Verfahren zur Montage eines Dämpferelements zwischen zwei Schaufeln eines Schaufelkranzes einer thermischen Strömungsmaschine
DE69919459T2 (de) Befestigung eines Schaufelblattes an einem Rotor
DE3840730A1 (de) Gedaempftes turbinenrad
EP1944466A1 (de) Kopplung zweier Laufschaufeln
DE1675682A1 (de) Schwingungsdaempfer und Verfahren zur Herstellung desselben
EP1657404B1 (de) Rotor einer Turbomaschine, insbesondere Gasturbinenrotor
DE3121876A1 (de) Turbinenschaufel-verbindungsvorrichtung

Legal Events

Date Code Title Description
8364 No opposition during term of opposition
8339 Ceased/non-payment of the annual fee