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Die Erfindung bezieht sich auf eine Vibrationsdämpfung und
insbesondere befaßt sich die Erfindung mit einer Vibrationsdämpfung
stromlinienförmig gestalteter Laufschaufeln, die zur Benutzung
in Gasturbinentriebwerken geeignet sind.
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Garturbinentriebwerke weisen gewöhnlich eine
Axialströmungsturbine auf, die wenigstens eine ringförmige Anordnung radial
vorstehender Stromlinienlaufschaufeln aufweist, die an einer
gemeinsamen Scheibe montiert sind. Jede Stromlinienschaufel ist
gelegentlich mit einem Deckband am radial äußeren spitzen Ende
versehen, derart daß die Deckbänder benachbarter Schaufeln
zusammenwirken, um eine radial äußere Umfangsbegrenzung für die
Gasströmung über die stromlinienförmigen Laufschaufeln zu
bilden
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Inn Betrieb kann die Tendenz bestehen, daß die Gasströmung über
die stromlinienförmigen Laufschaufeln eine Vibration der
Schaufeln bis zu einem solchen Ausmaß verursacht, daß ein gewisses
Maß an Dämpfung erforderlich wird. Eine Möglichkeit zur
Erlangung einer solchen Dämpfung besteht darin, die Deckbänder der
Schaufeln mit einer einzigen Drahtlänge zu verbinden, die über
geeignete, in Umfangsrichtung verlaufende, Kanäle innerhalb
der Deckbänder verläuft. Jede Vibration der Schaufeln führt zu
einer Relativbewegung zwischen ihren Deckbändern und demgemäß
zwischen den Kanälen und dem Draht. Eine Reibung zwischen den
Kanalwänden und dem Draht bewirkt eine Dämpfung dieser
Relativbewegung und demgemäß eine Dämpfung der Schaufelvibration. Eine
derartige Anordnung ist in der Schweizer Patentschrift Nr.
666326 beschrieben und dargestellt. Der Nachteil einer
derartigen Anordnung besteht jedoch darin, daß durch den Draht das
Gewicht des Schaufelaufbaus in unerwünschter Weise erhöht wird.
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Die Schweizer Patentschrift 666326 beschreibt auch eine
alternative Anordnung, bei der die einzige Drahtlänge durch mehrere
kurze Drahtlängen ersetzt ist, die in Form von Stiften
ausgebildet sind. Jeder Stift ist in zwei miteinander fluchtenden
Löchern eingesetzt, die in benachbarten Deckbändern angeordnet
sind. Die Stifte dämpfen die Schaufelvibration in der gleichen
Weise, wie die kontinuierliche Drahtlänge, infolge einer
Friktion zwischen den Stiften und den Kanalwänden. Diese Anordnung
hat den Vorzug gewichtsmäßig leichter zu sein als die Anordnung,
die eine kontinuierliche Drahtlänge benutzt, da weniger Draht
zur Anwendung kommt. Jedoch kann gelegentlich die Tendenz
bestehen, daß sich die Stifte in der Weise abnutzen, daß auf ihnen
Stufen gebildet werden. Derartige Stufen sind höchst
unerwünscht, da sie am Deckbandrand angreifen und eine Verklemmung
des Stiftes in dem entsprechenden Deckbandloch verursachen
können. Dies führt wiederum dazu, daß die Stifte nicht mehr in
der Lage sind, das gewünschte Ausmaß der
Schaufelvibrationsdämpfung durchzuführen.
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Eine weitere alternative Stiftdämpfungsanordnung ist in der
US-A-3.034.764 beschrieben. Bei dieser Anordnung haben die
verschiedenen Abschnitte des Stiftes unterschiedliche Durchmesser,
mit Stufen zwischen den verschiedenen Abschnitten. Wie oben in
Verbindung mit der Schweizer Patentschrift 666.326 beschrieben,
sind derartige Stufen höchst unerwünscht und sie können eine
Vesrklemmung des Stiftes verursachen, was zu einem Ausfall des
Stiftes führt, so daß dieser nicht mehr das gewünschte Maß an
Dämpfung gewährleisten kann.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine
verbesserte Anordnung zur Dämpfung zu schaffen, die die Vorteile einer
Gewichtsersparnis der oben beschriebenen Stiftanordnung
aufweist, aber hinsichtlich der Tendenz eines Klemmens vermindert
Die vorliegende Erfindung geht aus von einer
Vibrationsdämpfungsvorrichtung zur Dämpfung einer nicht synchronen
Vibration in benachbarten, gegeneinander beabstandeten, Bauteilen,
bestehend aus einem Stift, der in einander fluchtenden Löchern
angeordnet ist, wobei jedes Loch in einem der benachbarten
Bauteile liegt, und der Stift Abschnitte aufweist, die
reibungsschlüssig an der Innenoberfläche der Löcher der Bauteile
angreifen, und jeder Abschnitt des vom Stift erfaßten Loches so
angeordnet ist, daß der Stift als ganzes innerhalb seines
entsprechenden Bauteil-Loches angeordnet ist, wobei Abschnitte
des Stiftes unterschiedliche Durchmesser aufweisen, und die
Abschnitte der Löcher, die vom Stift erfaßt werden, einen sich
vergrößernden Durchmesser aufweisen, und die Erfindung ist
dadurch gekennzeichnet, daß der Stift einen progressiv sich
vergrößernden Durchmesser von seinem Mittelabschnitt nach jedem
seiner an den Lochwandungen angreifenden Abschnitten aufweist,
und dann einen progressiv abfallenden Durchmesser an jedem
Ende.
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Da die Lochabschnitte, an denen der Stift angreift, vollständig
innerhalb der Löcher angeordnet sind, besteht keine
Wahrscheinlichkeit, daß die Stifte in der Weise abgenutzt werden, daß
eine Stufe an ihnen gebildet wird. Daher besteht eine
verminderte Wahrscheinlichkeit des Auftretens einer Verklemmung.
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Nachstehend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand
der Zeichnung beschrieben. In der Zeichnung zeigen:
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Fig. 1 ist eine vereinfachte Axialschnittansicht eines
Frontfan-Gasturbinentriebwerks mit einer
Vibrationsdämpfungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung,
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Fig. 2 ist eine teilweise auseinandergezogene,
perspektivische Darstellung eines Teils der Turbine des
Fan-Gasturbinentriebwerks gemäß Fig. 1,
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Fig. 3 ist ein Schnitt nach der Linie A-A gemäß Fig. 4 und
hier ist ein Teil der Turbine gemäß Fig. 2 dargestellt, die
eine Dämpfungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung
aufweist,
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Fig. 4 ist eine Schnittansicht nach der Linie B-B gemäß
Fig. 3.
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In Fig. 1 ist ein Frontfan-Gasturbinentriebwerk 10
herkömmlicher Gestalt dargestellt. Das Triebwerk weist eine Kerneinheit
11 auf, die einen eine Schubkraft erzeugenden ummantelten Fan
12 antreibt und außerdem einen Schub liefert. Die Kerneinheit
11 weist eine Niederdruckturbine 13 auf, die drei
Laufschaufelstufen mit Stromlinien-Laufschaufeln aufweist.
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Ein Teil einer dieser Niederdruckturbinenstufen ist aus Fig. 2
ersichtlich. Die Stufe weist eine Turbinenscheibe 14 auf, die
eine Vielzahl von gleichen, radial verlaufenden,
stromlinienförmigen Schaufeln 15 umfaßt, die am Umfang der Scheibe
festgelegt sind. Jede Stromlinien-Laufschaufel 15 besteht aus einer
geeigneten auf Nickel basierenden Legierung und besitzt einen
Schaufelfuß 16, mit dem üblichen Tannenbaumprofil. Dieser
Schaufelfuß ist in einen entsprechend gestalteten Schlitz 17
eingeschoben, der am Umfang der Scheibe 14 befindlich ist. Die
Ausbildung des Schaufelfußes 16 gewährleistet eine radiale,
formschlüssige Festlegung der jeweiligen Stromlinien-Laufschaufel
15, jedoch kann der Schaufelfuß 16 axial in den entsprechenden
Schlitz 17 in der Scheibe 14 beim Zusammenbau eingeschoben
werden. Geeignete, nicht dargestellte, Anschläge und
Dichtungsplatten 18, die nachträglich an der Scheibe 14 und den
Laufschaufeln 15 festgelegt werden, gewährleisten eine axiale Form-
schlußverbindung der Stromlinien-Schaufeln 15 an der Scheibe 14.
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Zusätzlich zum Schaufelfuß 16, besitzt jede Laufschaufel 15
eine innere Plattform 19, die benachbart zum Schaufelfuß
angeordnet ist, und außerdem einen stromlinienförmigen Abschnitt 20,
der radial von der inneren Plattform 19 nach außen vorsteht. Ein
Deckband 21 ist am radial äußeren Ende des stromlinienförmigen
Arbeitsabschnitts 20 ausgebildet. Die inneren Plattformen 19
benachbarter Laufschaufeln 15 wirken zusammen, um eine radial
innere Begrenzung des Gasströmungspfades über die
Arbeitsabschnitte 20 der Schaufeln zu bilden. In gleicher Weise wirken
die Deckbänder 21 benachbarter Laufschaufeln 15 zusammen, um
eine radial äußere Begrenzung des Gaspfades über den
Arbeitsabschnitten 20 der Schaufeln zu schaffen.
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Jede der inneren Plattformen 19 und der äußeren Deckbänder 21
ist in Umfangsrichtung mit einem kleinen Abstand von der
benachbarten Plattform 19 oder dem benachbarten Deckband 21
angeordnet. Dies geschieht deshalb, damit eine Vibration der
Laufschaufeln 15 erfolgen kann, die unvermeidbar auftritt, wenn
die Gase im Betrieb des Triebwerks 10 darüber strömen. Es ist
diese Gasströmung, die bewirkt, daß die stromlinienförmigen
Laufschaufeln 15 die Scheibe 14 drehen, auf der sie montiert
sind.
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Eine übermäßige Laufschaufel-Vibration wird gewöhnlich als
unerwünscht angesehen, da dies zu einem vorzeitigen Bruch der
Bauteile durch Rissebildung führen kann. Die Erfindung befaßt
sich mit einer Vibrationsdämpfung, die derart beschaffen ist,
daß ein derartiges vorzeitiges Brechen von Bauteilen
ausgeschlossen wird.
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Die Vibrationsdämpfung wird gemäß der vorliegenden Erfindung
durch Dämpfungsglieder bewirkt, die jedem der Deckbänder 21
zugeordnet sind. Jedes Deckband 21 ist an seinem Umfangsrand 22
mit einem Sackloch 23 kreisförmigen Querschnitts ausgestattet,
das in Umfangsrichtung verläuft. Jedes Sackloch 23 ist, wie
aus Fig. 3 ersichtlich, auf das Sackloch in dem benachbarten
Deckband 21 ausgerichtet. Jedes Paar der fluchtenden Sacklöcher
23 enthält ein Dämpfungsglied 24 in Form eines metallischen
Stiftes, der benachbarte Deckbandsacklöcher 23 verbindet. Der
Stift 24, der vorzugsweise aus einer auf Nickel basierenden
Legierung hergestellt ist, hat einen kreisförmigen Querschnitt
und besitzt Abschnitte mit einem größeren Durchmesser als
andere Abschnitte. Im einzelnen besitzt der Stift 24 zwei gleiche
Abschnitte 25 großen Durchmessers, die durch einen Abschnitt
26 kleineren Durchmessers verbunden sind. Außerdem verändert
sich der Durchmesser des Stiftes 24 progressiv von seinem
zentralen Abschnitt 26 kleineren Durchmessers nach jedem
Abschnitt 25 mit größerem Durchmesser, so daß der Durchmesser
nach jedem Ende hin abnimmt.
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Jeder der Stiftabschnitte 25 größeren Durchmessers besitzt einen
solchen Durchmesser, daß er mit dichtem Reibungssitz in dem
entsprechenden Deckband-Sackloch 23 einsteht, wie dies aus
Fig. 4 ersichtlich ist. Es ist daher ersichtlich, daß wegen der
kontinuierlichen Durchmesserveränderung des Stiftes 24 eine
Linienberührung zwischen jedem Stiftabschnitt 25 größeren
Durchmessers und der entsprechenden Innenfläche des entsprechenden
Deckband-Sacklochs stattfindet. Demgemäß befindet sich der
größte Umfang eines jeden Stiftabschnitts 25 größeren
Durchmessers in Linienberührung mit der Innenwand des entsprechenden
Deckband-Sacklochs 23. Jener Teil des Stiftabschnitts 25
größeren Durchmessers mit größtem Umfang ist so auf dem Stift 24
angeordnet, daß jeder der Abschnitte 25 des Stiftes 24, die an
der Innenwand des zugeordneten Schaufelband-Sacklochs 23
angreifen, vollständig innerhalb des Sacklochs 23 zu liegen
kommen.
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Wenn die Laufschaufeln 15 im Betrieb einer nicht synchronen
Vibration ausgesetzt sind, ergibt sich eine Relativbewegung
zwischen den Laufschaufeln 15. Da die Laufschaufeln 15 an ihren
radial inneren Enden an der Turbinenscheibe 14 festgelegt sind,
tendiert jene Relativbewegung dazu, im Bereich der Schaufel-
Deckbänder 21 das größte Ausmaß anzunehmen. Die Vibration
erfolgt wahrscheinlich in einem oder beiden folgenden Moden:
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Eine Flatterbewegung und eine Torsions-Oszillation. Unabhängig
von dem speziellen Modus oder den Moden, die auftreten, führt
eine Vibration der Schaufeln 15 in benachbarten Deckbändern 21
zu einer Bewegung relativ zueinander, sowohl in Umfangsrichtung
als auch in Axialrichtung (in Bezug auf die Längsachse des
Triebwerks 10). Eine derartige Relativbewegung der Deckbänder
21 führt dazu, daß die Stifte 24 innerhalb der Sacklöcher 23
gleiten. Dieser Gleitbewegung wirkt die Reibung zwischen den
Wänden der Sacklöcher 23 und jenen Abschnitten der Stifte 24
entgegen, die an diesen Innenwänden angreifen. Dadurch wird
eine Dämpfung der Bewegung bewirkt. Die Stifte 24 bewirken
daher eine Dämpfung von nicht synchronen Vibrationen
benachbarter Laufschaufeln 15.
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Während eines ausgedehnten Betriebs eines
Frontfan-Gasturbinentriebwerks 10 ist es nicht zu vermeiden, daß die Stifte 24
schließlich so weit abgenutzt werden, daß nicht mehr eine
Linienberührung zwischen jedem Stift 24 und der Wand des
zugeordneten Sacklochs 23 stattfindet. Da jedoch die an der
Innenwand des Sacklochs 23 angreifenden Abschnitte eines jeden
Stiftes 24 völlig in dem Sackloch 23 des entsprechenden Stiftes
liegen, besteht nicht mehr die Gefahr der Stufenbildung an den
Stiften 24. Infolgedessen werden sich die Stifte 24 nicht
relativ zu ihren zugeordneten Deckbändern 21 verklemmen und
sie werden nicht aufhören, ihre Dämpfungswirkung beizubehalten.
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Ein weiterer Vorteil der speziellen Ausbildung der Stifte 24
besteht darin, daß sie selbst dann zufriedenstellend arbeiten,
wenn sie in einem begrenzten Ausmaß gegenüber den Sacklöchern
eine Fehlausrichtung aufweisen.
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Die vorliegende Erfindung wurde unter Bezugnahme auf eine
Dämpfung von Turbinenschaufeln beschrieben. Es ist jedoch klar,
daß die Erfindung auch auf andere Situationen anwendbar ist,
wo zwei benachbarte Bauteile einer nicht synchronen Vibration
unterworfen sind. Obgleich die vorliegende Erfindung unter
Bezugnahme auf eine einzige Turbinenlaufscheibe beschrieben
wurde, deren Schaufeln über Dämpfungsstifte verbunden sind,
so kann es doch unter gewissen Umständen erwünscht sein,
Turbinenschaufeln zu benutzen, die paarweise angeordnet sind.
Derartige benachbarte Turbinenschaufeln würden integrale Deckbänder
und Plattformen aufweisen. Unter diesen Umständen würde
nur die umfängliche Erstreckung der gemeinsamen Deckbänder
mit Stiftaufnahmelöchern versehen werden.