EP0335299A1 - Schwingungsdämpfung für Axialbeschaufelungen - Google Patents

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EP0335299A1
EP0335299A1 EP89105367A EP89105367A EP0335299A1 EP 0335299 A1 EP0335299 A1 EP 0335299A1 EP 89105367 A EP89105367 A EP 89105367A EP 89105367 A EP89105367 A EP 89105367A EP 0335299 A1 EP0335299 A1 EP 0335299A1
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EP
European Patent Office
Prior art keywords
hollow body
damping
blades
hollow
vibration damping
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.)
Withdrawn
Application number
EP89105367A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Renate Müller
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.)
SEMM-TEC GmbH
Original Assignee
SEMM-TEC GmbH
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 SEMM-TEC GmbH filed Critical SEMM-TEC GmbH
Publication of EP0335299A1 publication Critical patent/EP0335299A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D5/00—Blades; Blade-carrying members; Heating, heat-insulating, cooling or antivibration means on the blades or the members
    • F01D5/12—Blades
    • F01D5/22—Blade-to-blade connections, e.g. for damping vibrations
    • F01D5/225—Blade-to-blade connections, e.g. for damping vibrations by shrouding
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D5/00—Blades; Blade-carrying members; Heating, heat-insulating, cooling or antivibration means on the blades or the members
    • F01D5/12—Blades
    • F01D5/14—Form or construction
    • F01D5/16—Form or construction for counteracting blade vibration
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D5/00—Blades; Blade-carrying members; Heating, heat-insulating, cooling or antivibration means on the blades or the members
    • F01D5/12—Blades
    • F01D5/22—Blade-to-blade connections, e.g. for damping vibrations
    • F01D5/24—Blade-to-blade connections, e.g. for damping vibrations using wire or the like
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D5/00—Blades; Blade-carrying members; Heating, heat-insulating, cooling or antivibration means on the blades or the members
    • F01D5/12—Blades
    • F01D5/26—Antivibration means not restricted to blade form or construction or to blade-to-blade connections or to the use of particular materials

Definitions

  • the invention relates to vibration damping for axial blades, in particular axially flow-through turbines and compressors, summarized below as turbomachines, with hollow and closed binding pins in the area of the free blade ends, which contain an attenuator and are aligned perpendicular to the centrifugal force, and vibration damping for blades with shroud or plate or support wing, in particular axially flowed through turbomachines with closed cavities provided perpendicular to the direction of centrifugal force in the shroud or in the support wings with a damping fluid.
  • blades Due to disturbances in the form of pressure or speed variations, axial blading is excited to vibrate. In order to withstand the additional loads resulting from the vibrations, blade materials with high strength values are required. In order to avoid damage caused by high centrifugal loads with superimposed alternating amplitudes, blades must be made relatively short and with a thick profile. For a high energy conversion, however, these should be made long and thin with respect to the profile, which cannot usually be achieved to the desired extent due to strength requirements.
  • the blade vibrations are reduced by suitable measures, the loads are also reduced and the blade profile can be designed to be more flow and energy-efficient (more economical due to higher energy conversion per stage) because of the lower demands on the vibration resistance.
  • the blades can advantageously be connected to one another by means of a shroud or, if the mechanical loads are too high, can be coupled to one another by means of a binding wire or by loosely inserted binding pins.
  • the dangerous resonance point must be known beforehand in order to achieve a positive effect, because with the one-mass transducer (as well as with a multi-mass transducer) a new vibration system is created that also has higher amplitudes in certain speed ranges can have under the same excitation conditions.
  • This point is problematic in that resonance frequency - especially in the case of coupled blading with couplings over the disc or coupling elements such as binding pin, shroud, etc. - cannot be calculated precisely enough.
  • Another proposal (GB 943023) relates to binding pins that are filled with material - here lead balls - that is liquid at operating temperature. In the case of vibratory movements, friction becomes effective, which leads to loss of vibrational energy.
  • the disadvantage of this construction is that the liquid material is freely movable in the cavity and therefore has only a slight damping effect.
  • the liquid column can also be regarded as an oscillating point mass, which in turn creates a one-mass oscillator (possibly also a multi-mass oscillator) with the disadvantages already mentioned above.
  • the invention has for its object to provide a vibration damping, the construction of which is easy to manufacture, if possible, the blade is not additionally loaded and is practically wear-free.
  • the object is achieved in that in the case of binding pins while maintaining the moment of inertia (bending strength), the hollow binding pin is provided with a large inner surface and, in the case of cover tape or plate or with supporting wings, the cavity is provided with a large inner surface.
  • the free blade end which has the maximum amplitude of the deflection (and thus also the maximum vibration speed or maximum vibration accelerations) when the free-standing blade vibrates, is provided with a hollow body or a hollow body is arranged in the region of the free end.
  • a damping medium is located in the hollow body, the hollow body advantageously being only partially filled with the damping medium.
  • the damping medium can only move relative to the hollow body within the hollow body, which has a large inner surface, due to its own inertia and due to a toughness which is effective in a shear flow, so that frictional energy is released from the blading, so that the blading can be effectively removed.
  • the hollow body advantageously connects at least two adjacent blades to one another. This also prevents opposing movements of the blades in the longitudinal direction of the binding pin and thus stiffening the blades.
  • the hollow body is designed as a sleeve.
  • the cavity lies in the neutral fiber of the sleeve, which has several advantages: If the hollow body is designed as a binding pin for connecting two blades, the binding pin is subjected to bending due to its longitudinal load due to its own weight in the centrifugal force field. This bending stress is significantly lower in the case of sleeves compared to a solid cylinder with the same outside diameter, because the material in the area of the neutral fiber represents a load without any significant increase in the bending stiffness to contribute this component. The same mode of action is obtained with a hollow cover band.
  • the binding pin designed as a sleeve e.g. a hollow binding pin, which usually can absorb lighter damping medium compared to the material of the hollow body, without it having to be significantly reinforced.
  • a small outside diameter is of great importance insofar as the flow cross section is reduced by it and consequently losses in efficiency have to be accepted.
  • the hollow bodies can advantageously on the blades in a recess provided in the circumferential direction, e.g. a borehole.
  • a hollow body on both longitudinal sides of the blades e.g. in the form of a support wing, be attached so that the blades or the like through holes. be weakened.
  • the bores are advantageously introduced into the blades at an angle and laterally offset from the circumferential line, because the free length of the binding pin is shortened and the load thus drops significantly, or the pin can be designed with a smaller outer diameter. If two blades are connected to a hollow body designed as a binding pin, this extends from somewhat in front of the rear edge of the one blade to a point somewhat behind the front edge of the other blade. In addition to bending vibrations, torsional vibrations are also impeded or damped by such a zigzag binding.
  • the loose insertion of the hollow body into the receptacles of the blades also causes additional damping at relatively low speeds due to the use of micro-friction in the interface between the hollow body and the blade.
  • the simple replacement of damaged hollow bodies is also advantageous.
  • a further embodiment provides that a hollow body containing a damping medium is arranged in the area of the shroud.
  • This hollow body can be attached to the shroud or integrated in the shroud.
  • the hollow body is advantageously designed as a circumferential recess, e.g. Bore or the like .. This reduces the weight of the shroud, which leads to a lower static stress on the shroud and the blade itself.
  • several parallel recesses can also be made in the cover band, so that the bending load on the cantilever cover band can be further reduced in a targeted manner and a larger friction surface is available for the damping medium.
  • the hollow body has a continuous threaded bore on the inside to enlarge the surface. This effect is also achieved by a surface that is rough on the inside in a different way.
  • a simple sealing of the hollow body is achieved in that it is sealed on both sides with closure elements in a fluid-tight manner.
  • closure elements can be simple screw plugs, which can also serve as an axial securing means if the binding sleeves are loosely inserted.
  • the closure elements prevent the damping medium from escaping, which would not lead to a reduction in the damping capacity, but could also be disadvantageous in some applications from a system perspective.
  • the damping medium can be a liquid, e.g. Oil or sodium at a higher temperature can be a granulate or a mixture of the two.
  • the viscosities of the liquids are matched to the working temperature and the required damping in the machine.
  • baffles can be used as a labyrinth spiral, wire mesh or the like. be trained.
  • Fig. 1 shows a section with two blades (1 and 2) from an impeller (3) which rotates at an angular velocity Omega.
  • a hollow body (5) in the form of a binding pin (6) is arranged in the area of the free blade ends (4).
  • This binding pin (6) is fixed loosely or rigidly in recesses (7), which are designed, for example, as bores (8), on the blades (1 and 2) and connects the two blades (1 and 2) to one another.
  • the binding pin (6) is hollow in the manner of a sleeve (10), which can be achieved, for example, by means of a through hole.
  • each has an internal thread (13) which serves to fix a closure element (14) which closes the cavity of the binding pin (6).
  • the closure element (14) which is designed as a screw-in closure plug (15), also serves, by means of its closure plug (16) projecting beyond the binding pin (6), as an axial securing means against falling out of the recesses (7) of the blades (1 and 2).
  • Fig. 2 shows a blade (17) which has a shroud (18) at its free blade end (4).
  • the cover band (18) forms the hollow body (5), which contains the damping medium (9).
  • the cavity (19) is e.g. formed by a through hole (23).
  • screwable plugs (20) serve as closure elements (14).
  • FIG. 3 shows an impeller (3) in which the blades (1 and 2) have hollow bodies (5) in the form of support vanes (22) attached to the blade profile (21). These support wings (22) are also hollow and contain the damping medium (9). For centering and mutual support, the support wings (22) have wedge-like or groove-like ends that are braced against one another, but without hindering temperature and centrifugal expansion in the circumferential direction.
  • the blades (1 and 2) can also be provided with hollow bodies (5) which penetrate the blades (1 and 2) in the manner of a binding pin and the blades (1 and 2) each on the opposite Blade profiles (21), as shown in Fig. 3, protrude (not shown).
  • Figures 4a to 4c show sections of the hollow body (5), in particular the nature of the inner surface (24) of the cavity.
  • the inner surface (24) is formed by an internal thread (25). This has the advantage that both the threads for the screw-in closure elements (14) and a rough surface (24) of the cavity are created in one operation.
  • the inner surface (24) is roughened artificially or is already present in a rough form due to a correspondingly rough manufacturing process. Due to the roughness, a good transfer of the change in movement of the blades (1, 2 and 17) to the damping medium (9) is effected.
  • this damping medium (9) can fill the cavity of the hollow body (5) to more than 50% (see FIG. 4b) or equal to / less than 50% (see FIG. 4a); in addition to the effect of damping other aspects such as weight loading or shifting are taken into account.
  • the inner surface 24) of the hollow body (5) is mechanically almost smooth, so that an effective transmission of the movement of the blades (1, 2 and 17) to the damping medium (9) hardly takes place due to the lack of surface unevenness.
  • the transmission is achieved in that in the cavity, e.g. can be a bore (8), a chicane (25) for the damping medium (9) is embedded in the form of a wire mesh and this is partially surrounded by the damping medium (9) and flows through.
  • FIGS. 5a and 5b show advantageous arrangements of hollow bodies (5) designed as binding pins (6).
  • two adjacent blades (1 and 2) are connected to one another by means of the binding pin (6) by penetrating one blade (1 or 2) in the region of its rear edge (26) and the other end of the binding pin (6) in the area of the front edge (27) of the adjacent other blade (2 or 1).
  • the recesses (7), e.g. Bores (8) in the blades (1 and 2) laterally offset to the circumferential line (28) and are inclined relative to it by an angle ⁇ . Attaching the hollow body (5) in this way has the advantage that the blades (1 and 2) are directly or indirectly connected to one another and also torsional portions of the blades (1 and 2) can be hindered and damped.
  • the hollow bodies (5) e.g. Tie pins (6), each alternately offset from the circumferential line (28), wherein the distances (a and b) of the hollow body (5) to the circumferential line can be the same or different.
  • the longitudinal axis of the hollow body is perpendicular to the direction of centrifugal force and parallel to the main direction of vibration of the blades (1 and 2).

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
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  • General Engineering & Computer Science (AREA)
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Abstract

Bei Axialschaufeln axial durchströmter Turbomaschinen werden Schwingungen dadurch gedämpft, daß ein Hohlkörper (5) mit einer großen inneren Oberfläche im Bereich großer Schwingbewegungen, d.h. hauptsächlich im Bereich der freien Schaufelenden angeordnet ist, der ein Dämpfungsmedium (9) enthält. Bei Schaufeln mit Deckbändern ist der Hohlkörper im Bereich des Deckbandes vorgesehen. Durch die stets einer Beschleunigung entgegenwirkende Bewegung des Dämpfungsmediums zur Bewegung des Hohlkörpers wird eine Dämpfung der Schwingung der Schaufeln erzielt, die von der Werkstoffdämpfung selbst oder auch Reibungsdämpfung mit Rücksicht auf einen tolerierbaren Verschleiß nicht erreicht werden kann.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Schwingungsdämpfung für Axialbe­schaufelungen, insbesondere axial durchströmter Turbinen und Verdichter, im folgenden als Turbomaschinen zusammengefaßt, mit hohl ausgeführten und verschlossenen Bindestiften im Bereich der freien Schaufelenden, die ein Dämpfungsglied enthalten und senkrecht zur Fliehkraft ausgerichtet sind und eine Schwin­gungsdämpfung für Schaufeln mit Deckband oder -platte oder Stützflügel, insbesondere axial durchströmter Turbomaschinen mit senkrecht zur Fliehkraftsrichtung im Deckband bzw. in den Stützflügeln vorgesehenen abgeschlossenen Hohlräume mit einem Dämpfungsfluid.
  • Aufgrund von Störungen in Form von Druck- oder Geschwindig­keitsvariationen wird eine Axialbeschaufelung zu Schwingungen angeregt. Um den zusätzlichen, aus den Schwingungen resultie­renden Belastungen Stand zu halten, sind Schaufelwerkstoffe mit hohen Festigkeitswerten erforderlich. Um Schäden durch hohe Fliehkraftbelastungen mit überlagerten Wechselamplituden zu vermeiden, müssen Schaufeln verhältnismäßig kurz und mit dickem Profil ausgeführt werden. Für eine hohe Energieumwandlung soll­ten diese aber lang und bezüglich des Profiles dünn ausgebildet werden, was aufgrund von Festigkeitsanforderungen meist nicht in gewünschtem Umfang realisiert werden kann.
  • Werden die Schaufelschwingungen durch geeignete Maßnahmen ver­ringert, so vermindern sich auch die Belastungen und das Schau­felprofil kann wegen der geringeren Anforderungen an die Schwingfestigkeit strömungs- und energiegünstiger (wirtschaft­licher wegen höherere Energieumsetzung pro Stufe) ausgebildet werden.
  • Zur Verminderung von Schaufelschwingungen können die Schaufeln vorteilhaft über ein Deckband miteinander verbunden werden, oder, bei zu hohen mechanischen Belastungen, mittels eines Bindedrahtes oder durch lose eingelegte Bindestifte miteinander gekoppelt werden.
  • Es wurde vorgeschlagen, (US 2349187) in den Schaufeln Hohlräume einzubringen, in denen sich ein Zylinder oder eine Kugel auf einer konkaven Fläche, gegen die der Zylinder bzw. die Kugel durch die Fliehkraft angepreßt wird, bewegen kann, wobei sie von einem dämpfenden Medium umgeben sind. Der runde Körper (Ku­gel oder Zylinder) wird bei einer Schwingbewegung seitlich aus­gelenkt und durch die konkave Fläche und die wirkende Flieh­kraft wird eine Rückstellkraft verursacht. Physikalisch be­deutet dies, daß in der Schaufel ein zusätzliches Federmasse-­System geschaffen wurde, wobei dieses durch das Dämpfungsmedium gedämpft ist. Bei gezielter Abstimmung der Resonanzfrequenz des Einmassenschwingers kann eine bestimmte Resonanzfrequenz der Schaufel oder der gekoppelten Beschaufelung verstimmt oder ge­tilgt werden. Dadurch kann eine gefährliche Resonanzstelle ver­mieden werden.
  • Jedoch muß die gefährliche Resonanzstelle vorher genau bekannt sein, um sicher eine positive Wirkung zu erzielen, denn mit dem Ein-Masse-Schwinger (wie auch mit einem Mehr-Masse-Schwinger) wird ein neues Schwingungssystem geschaffen, das in bestimten Drehzahlbereichen auch höhere Amplituden unter gleichen Anre­gungsbedingungen aufweisen kann. Problematisch ist dieser Punkt insofern, als Resonanzfrequenz - vor allem bei gekoppelten Be­schaufelungen mit Kopplungen über die Scheibe oder Koppellele­mente wie Bindestift, Deckband usw. - nicht genau genug vorher­berechnet werden können.
  • Ein weiterer Vorschlag (GB 943023) betrifft Bindestifte, die mit Material - hier Bleikugeln - gefüllt werden, das bei Be­triebstemperatur flüssig ist. Bei Schwingbewegungen wird hierbei Reibung wirksam, was zu Verlust von Schwingungsenergie führt.
  • Der Nachteil dieser Konstruktion ist jedoch, daß das flüssige Material im Hohlraum freibeweglich ist und von daher nur wenig dämpfend wirkt. Man kann die Flüssigkeitssäule auch als schwin­gende Punktmasse auffassen, womit wiederum ein Ein-Masse-Schwin­ger (ggf. auch ein Mehr-Masse-Schwinger) mit den bereits oben genannten Nachteilen entsteht.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schwingungsdämp­fung bereitzustellen, deren Konstruktion leicht herstellbar ist, die Schaufel möglichst nicht zusätzlich belastet und praktisch verschleißfrei ist.
  • Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß bei Binde­stiften unter Beibehaltung des Flächenträgheitsmoments (Biege­festigkeit) der hohle Bindestift mit einer großen inneren Ober­fläche versehen ist und bei Deckband oder -platte oder mit Stützflügeln der Hohlraum mit einer großen inneren Oberfläche versehen ist.
  • Das freie Schaufelende, das bei Schwingungen der freistehenden Schaufel die maximale Amplitude der Auslenkung (und damit auch die maximale Schwinggeschwindigkeit bzw. maximale Schwingbe­schleunigungen) aufweist, wird mit einem Hohlkörper versehen, bzw. wird in dem Bereich des freien Endes ein Hohlkörper ange­ordnet. In dem Hohlkörper befindet sich ein Dämpfungsmedium, wobei der Hohlkörper vorteilhaft nur teilweise mit dem Dämp­fungsmedium angefüllt ist. Das Dämpfungsmedium kann sich inner­halb des Hohlkörpers, der eine große innere Oberfläche aufweist, aufgrund seiner eigenen Trägheit und durch eine in einer Scher­strömung wirksamen Zähigkeit nur unter Abgabe von Reibungsener­gie relativ zum Hohlkörper bewegen, sodaß der Beschaufelung wir­kungsvoll Schwingbewegungsenergie entzogen werden kann.
  • Vorteilhaft verbindet der Hohlkörper wenigstens zwei benachbarte Schaufeln miteinander. Dadurch werden zusätzlich gegensinnige Bewegungen der Schaufeln in Längsrichtung des Bindestiftes be­hindert und somit eine Versteifung der Beschaufelung erzielt.
  • Gemäß einem bevorzugtem Ausführungsbeispiel ist der Hohlkörper als Hülse ausgebildet. Bei dieser Ausführungsform liegt der Hohlraum in der neutralen Faser der Hülse, womit mehrere Vorteile verbunden sind:
    Wird der Hohlkörper als Bindestift zum Verbinden zweier Schau­feln ausgebildet, so wird der Bindestift aufgrund seines Eigen­gewichtes im Fliehkraftfeld auf Biegung durch Längslast bean­sprucht. Diese Biegebeanspruchung ist bei Hülsen im Vergleich zu einem Vollzylinder mit gleichem Außendurchmesser deutlich gerin­ger, weil das Material im Bereich der neutralen Faser eine Last darstellt ohne nennenswert zur Erhöhung der Biegesteifigkeit dieses Bauelementes beizutragen. Die gleiche Wirkungsweise er­gibt sich bei einem hohl ausgeführten Deckband.
  • Hieraus ergibt sich, daß der als Hülse ausgebildete Bindestift, z.B. ein hohler Bindestift, das i.d.R. im Vergleich zum Material des Hohlkörpers leichtere Dämpfungsmedium aufnehmen kann, ohne daß er wesentlich verstärkt werden muß. Ein kleiner Außendurch­messer ist insofern von großer Bedeutung, als daß der Strömungs­querschnitt durch ihn verkleinert wird und dadurch Wirkungsgrad­einbußen in Kauf genommen werden müssen.
  • Die Hohlkörper können vorteilhaft an den Schaufeln in jeweils einer in Umfangsrichtung vorgesehener Ausnehmung, z.B. einer Bohrung, gelagert werden. Es kann aber auch an beiden Längssei­ten der Schaufeln jeweils ein Hohlkörper, z.B. in Form eines Stützflügels, angesetzt sein, sodaß die Schaufeln nicht durch Bohrungen o.dgl. geschwächt werden.
  • Vorteilhaft sind die Bohrungen in einem Winkel und seitlich ver­setzt zur Umfangslinie in die Schaufeln eingebracht, weil sich die freie Länge des Bindestiftes verkürzt und somit die Bela­stung deutlich sinkt bzw. der Stift mit kleinerem Außendurchmes­ser ausgeführt werden kann. Werden zwei Schaufeln mit einem als Bindestift ausgebildeten Hohlkörper verbunden, so erstreckt sich dieser von etwas vor der hinteren Kante der einen Schaufel zu einem Punkt etwas hinter der vorderen Kante der anderen Schau­fel. Durch eine derartige Zick-Zack-Bindung werden neben Biege­schwingungen auch Torsionsschwingungen behindert bzw. gedämpft.
  • Das lose Einlegen der Hohlkörper in die Aufnahmen der Schaufeln bewirkt zudem bei relativ niederen Drehzahlen durch einsetzende Mikroreibung in der Grenzfläche zwischen Hohlkörper und Schaufel eine zusätzliche Dämpfung. Von Vorteil ist auch der einfache Austausch beschädigter Hohlkörper.
  • Eine weitere Ausführungsform sieht vor, daß im Bereich des Deckbandes ein ein Dämpfungsmedium beinhaltender Hohlkörper angeordnet ist. Dieser Hohlkörper kann am Deckband befestigt sein oder im Deckband integriert.
  • Vorteilhaft ist der Hohlkörper ausgebildet als eine in Umfangs­richtung verlaufende Ausnehmung, z.B. Bohrung o.dgl.. Dadurch wird das Eigengewicht des Deckbandes verringert, was zu einer geringeren statischen Beanspruchung des Deckbandes wie auch der Schaufel selbst führt. Vorteilhaft können auch mehrere parallele Ausnehmungen in das Deckband eingebracht werden, sodaß die Bie­gebelastung des auskragenden Deckbandes weiter gezielt verrin­gert werden kann und eine größere Reibungsoberfläche für das dämpfende Medium zur Verfügung steht.
  • Um die aus den Geschwindigkeitsänderungen der Schwingbewegung resultierenden Reibungskräfte wirksam auf das Dämpfungsmedium übertragen zu können, weist der Hohlkörper zur Vergrößerung der Oberfläche innen eine durchgehende Gewindebohrung auf. Dieser Effekt wird auch durch eine in anderer Weise innen rauhe Ober­fläche erzielt.
  • Eine einfache Abdichtung des Hohlkörpers wird dadurch erreicht, daß er beidseitig mit Verschlußelementen fluiddicht abgedichtet wird. Diese Verschlußelemente können, falls der Hohlkörper innen mit einem Gewinde versehen ist, einfache Schraubstopfen sein, die zudem bei lose eingelegten Bindehülsen zusätzlich als axiale Sicherung dienen können. Die Verschlußelemente verhindern ein Austreten des Dämpfungsmediums, was nicht zur zu einer Herabsetzung der Dämpfungsfähigkeit führen würde, sondern in manchen Anwendungsfällen auch von der Anlage her gesehen von Nachteil sein könnte.
  • Das Dämpfungsmedium kann sowohl eine Flüssigkeit, wie z.B. Öl oder auch Natrium bei höherer Temperatur, ein Granulat wie auch eine Mischung aus beidem sein. Die Viskositäten der Flüssigkei­ten sind auf die Arbeitstemperatur und die erforderliche Dämp­fung in der Maschine abgestimmt.
  • Die Übertragung der Schwingbewegung aus das Dämpfungsmedium kann vorteilhaft dadurch erhöht werden, daß der Hohlkörper eingelegte Schikanen aufweist. Diese Schikanen können als Labyrinthwendel, Drahtgitter o.dgl. ausgebildet sein.
  • Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der auf bevorzugte Ausführungsbeispiele Bezug genommen wird. Dabei zeigen
    • Fig. 1 ein als Bindestift ausgebildeter Hohlkörper, der an zwei benachbarten Schaufeln festgelegt ist,
    • Fig. 2 einen als Deckplatte ausgebildeter Hohlkörper,
    • Fig. 3 seitlich an die Schaufelprofile angesetzte Hohlkörper,
    • Fig. 4a - 4c Ausschnitte aus den Fig. 1 bis 3, die Beschaffenheit der Innenoberfläche des Hohlkörpers und den Hohlraum in vergrößertem Maßstab zeigend
    • Fig. 5a und 5b zeigen jeweils eine vorteilhafte Anordnung der Hohlkörper an den Schaufeln
  • Fig. 1 zeigt einen Ausschnitt mit zwei Schaufeln (1 und 2) aus einem Laufrad (3), das mit einer Winkelgeschwindigkeit Omega umläuft. Im Bereich der freien Schaufelenden (4) ist ein Hohl­körper (5) in Form eines Bindestiftes (6) angeordnet. Dieser Bindestift (6) ist in Ausnehmungen (7), die z.B. als Bohrungen (8) ausgeführt sind, an den Schaufeln (1 und 2) wahlweise lose oder starr festgelegt und verbindet die beiden Schaufeln (1 und 2) miteinander. Zur Aufnahme eines Dämpfungsmediums (9) ist der Bindestift (6) nach Art einer Hülse (10) hohl ausgebildet, was z.B. mittels einer Durchgangsbohrung verwirklicht werden kann. An den Enden (11 und 12) weist der Bindestift (6) jeweils ein Innengewinde (13) auf, das zum Festlegen eines, den Hohlraum des Bindestiftes (6) abschließenden Verschlußelementes (14) dient. Das Verschlußelement (14), das als einschraubbarer Verschluß­stopfen (15) ausgeführt ist, dient zudem mittels seines den Bin­destift (6) überragenden Verschlußstopfens (16) als axiale Si­cherung gegen ein Herausfallen aus den Ausnehmungen (7) der Schaufeln (1 und 2).
  • Fig. 2 zeigt eine Schaufel (17), die an ihrem freien Schaufelen­de (4) ein Deckband (18) aufweist. Das Deckband (18) bildet in diesem Fall den Hohlkörper (5), der das Dämpfungsmedium (9) be­inhaltet. Der Hohlraum (19) wird z.B. durch eine Durchgangsboh­rung (23) gebildet. Als Verschlußelemente (14) dienen in diesem Fall verschraubbare Verschlußstopfen (20).
  • Die Figur 3 zeigt ein Laufrad (3), bei dem die Schaufeln (1 und 2) an das Schaufelprofil (21) angesetzte Hohlkörper (5) in Form von Stützflügeln (22) aufweisen. Diese Stützflügel (22) sind ebenfalls hohl ausgebildet und beinhalten das Dämpfungsmedium (9). Zur Zentrierung und gegenseitigen Abstützung weisen die Stützflügel (22) keil- bzw. nutenartige Enden auf, die gegenein­ander verspannt sind, ohne jedoch Temperatur- und Fliehkraft­dehnungen in Umfangsrichtung zu behindern.
  • An Stelle von angesetzten Stützflügeln (22) können die Schaufeln (1 und 2) auch mit Hohlkörpern (5) versehen sein, die die Schau­feln (1 und 2) nach Art eines Bindestiftes durchdringen und die Schaufeln (1 und 2) jeweils an den gegenüberliegenden Schaufel­profilen (21), wie in Fig. 3 dargestellt, überragen (nicht dar­gestellt).
  • Die Figuren 4a bis 4c zeigen Ausschnitte des Hohlkörpers (5), insbesondere die Beschaffenheit der Innenoberfläche (24) des Hohlraumes. Beim Ausführungsbeispiel nach Figur 4a wird die Innenoberfläche (24) von einem Innengewinde (25) gebildet. Dies hat den Vorteil, daß in einem Arbeitsgang sowohl die Gewinde für die einschraubbaren Verschlußelemente (14) als auch eine rauhe Oberfläche (24) des Hohlraumes geschaffen werden. Beim Ausfüh­rungsbeispiel nach Figur 4b ist die Innenoberfläche (24) künst­lich aufgeraut oder durch ein entsprechend grobes Fertigungsver­fahren bereits in grober Form vorliegend. Durch die Rauhigkeit wird eine gute Übertragung der Bewegungsänderung der Schaufeln (1, 2 und 17) auf das Dämpfungsmedium (9) bewirkt. Dieses Dämp­fungsmedium (9) kann, in entsprechender Abstimmung mit der Dämp­fungswirkung, den Hohlraum des Hohlkörpers (5) zu mehr als 50% (siehe Figur 4b) oder gleich/weniger als 50% (siehe Figur 4a) ausfüllen; hierbei können neben der Wirkung der Dämpfung auch andere Gesichtspunkte wie z.B. eine Gewichtsbelastung oder -ver­lagerung Berücksichtigung finden.
  • Beim Ausführungsbeispiel nach Figur 4c ist die Innenoberfläche 24) des Hohlkörpers (5) mechanisch nahezu glatt, so daß eine wirkungsvolle Übertragung der Bewegung der Schaufeln (1, 2 und 17) auf das Dämpfungsmedium (9) wegen mangelnder Oberflächenun­ebenheiten kaum stattfindet. Die Übertragung wird jedoch dadurch erzielt, daß im Hohlraum, der z.B. eine Bohrung (8) sein kann, eine Schikane (25) für das Dämpfungsmedium (9) in Form eines Drahtgitters eingelagert ist und diese teilweise vom Dämpfungs­medium (9) umgeben ist und durchströmt wird.
  • Die Figuren 5a und 5b zeigen vorteilhafte Anordnungen von als Bindestifte (6) ausgebildete Hohlkörper (5). Beim Ausführungs­beispiel nach Figur 5a werden jeweils zwei benachbarte Schaufeln (1 und 2) dadurch mittels des Bindestiftes (6) miteinander ver­bunden, daß dieser die eine Schaufel (1 oder 2) im Bereich derer hinteren Kante (26) durchdringt und das andere Ende des Binde­stiftes (6) im Bereich der vorderen Kante (27) der benachbarten anderen Schaufel (2 oder 1) lagert. Hierfür sind die Ausnehmun­gen (7), z.B. Bohrungen (8), in den Schaufeln (1 und 2) seitlich zur Umfangslinie (28) versetzt angeordnet und sind dieser gegen­über um einen Winkel α geneigt. Das Anbringen der Hohlkörper (5) auf diese Art hat den Vorteil, daß die Schaufeln (1 und 2) direkt bzw. indirekt miteinander verbunden sind und zudem auch Torsionsanteile der Schaufeln (1 und 2) behindert und gedämpft werden können.
  • Dieser Vorteil wird auch durch die Anordnung der Hohlkörper (5) gemäß Figur 5b erreicht. Hier sind die Hohlkörper (5), z.B. Bindestifte (6), jeweils abwechselnd versetzt zur Umfangslinie (28) angeordnet, wobei die Abstände (a und b) der Hohlkörper (5) zur Umfangslinie gleich oder aber auch verschieden sein können.
  • Von großem Vorteil ist, wenn bei länglich ausgebildeten Hohl­körpern (5) die Längsachse des Hohlkörpers senkrecht zur Flieh­kraftrichtung und parallel zur Hauptschwingungsrichtung der Schaufeln (1 und 2) liegt.

Claims (5)

1) Schwingungsdämpfung für Axialbeschaufelungen, insbesondere axial durchströmter Turbinen und Verdichter, im folgenden als Turbomaschinen zusammengefaßt, mit hohl ausgeführten und verschlossenen Bindestiften im Bereich der freien Schaufelen­den, die ein Dämpfungsfluid enthalten und senkrecht zur Flieh­kraft ausgerichtet sind, dadurch gekennzeichnet, daß unter bei­behaltung des Flächenträgheitsmoments (Biegefestigkeit) der hohle Bindestift mit einer großen inneren Oberfläche versehen ist.
2) Schwingungsdämpfung für Schaufeln mit Deckband oder -platte oder mit Stützflügel, insbesondere axial durchströmter Turbo­maschinen mit senkrecht zur Fliehkraftsrichtung im Deckband bzw. in den Stützflügeln vorgesehenen abgeschlossenen Hohlräume mit einem Dämpfungsfluid, dadurch gekennzeichnet, daß der Hohl­raum mit einer großen inneren Oberfläche versehen ist.
3) Schwingungsdämpfung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­zeichnet, daß die rauhe Oberfläche im Hohlkörper eine Gewinde­bohrung ist, die gleichzeitig zum Verschließen des Hohlkörpers dienen kann.
4) Schwingungsdämpfung nach einem der Ansprüche 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Dämpfungsmedium ein Fluid, ein Granulat oder eine Mischung aus beidem ist.
5) Schwingungsdämpfung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, da­durch gekennzeichnet, daß der Hohlkörper für das Dämpfungs­medium eingelegte Schikanen enthält, wie beispilesweise Laby­rinthwendel, Drahtgitter o.dgl..
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