EP2603669A1 - Schaufelanordnung und zugehörige gasturbine - Google Patents

Schaufelanordnung und zugehörige gasturbine

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EP2603669A1
EP2603669A1 EP11766921.8A EP11766921A EP2603669A1 EP 2603669 A1 EP2603669 A1 EP 2603669A1 EP 11766921 A EP11766921 A EP 11766921A EP 2603669 A1 EP2603669 A1 EP 2603669A1
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EP
European Patent Office
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blade
blades
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pair
pairs
Prior art date
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EP11766921.8A
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English (en)
French (fr)
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EP2603669B1 (de
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Andreas Kayser
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.)
Siemens AG
Original Assignee
Siemens AG
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Publication date
Application filed by Siemens AG filed Critical Siemens AG
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Priority to EP11766921.8A priority patent/EP2603669B1/de
Publication of EP2603669A1 publication Critical patent/EP2603669A1/de
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Publication of EP2603669B1 publication Critical patent/EP2603669B1/de
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Anticipated expiration legal-status Critical

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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
    • F01D5/26—Antivibration means not restricted to blade form or construction or to blade-to-blade connections or to the use of particular materials
    • 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

Definitions

  • the invention relates to a blade arrangement, comprising a rotor and a plurality of blades distributed along the circumference of the rotor in a ring, wherein two immediately adjacent blades of the ring form a pair of blades, between the blades of a damping element is arranged and where ⁇ by acting in the radial direction centrifugal force about a rotor axis occurs at a rotation of the rotor the jewei ⁇ celled damping element with the two blades of it supplied ⁇ arranged blade pair in contact.
  • the magazine disclosed in this pressure damping elements are made of soft interdependent ⁇ forming mold in order to dampen possible a plurality of different vibration modes.
  • About the itself between the damping elements and the blades, and also on the forming between the individual Dämpfungselemen- contact areas can be converted to vibration damping by frictional vibration energy in heat energy ⁇ converted.
  • the contact areas formed between the individual damping elements only have the form of a line contact, with which an only moderately pronounced damping effect is associated.
  • the invention has for its object to provide a Schaufelanord ⁇ tion with damping elements, damped with the unwanted vibrations more effectively and the inclination of the blades can be reduced to vibrate due to excitation or even avoided.
  • the blade ring has at least two
  • the invention is based on the finding that the coupling of the blades with damping elements also increases the natural frequencies in relation to the freestanding blades.
  • all blades of a blade ring are detuned in identi ⁇ cal dimensions.
  • identical blades with inherent identical frequencies for different vibration modes behave in the blade ring as if the respective blades have different natural frequencies for the vibration modes, but uncoupled.
  • the size of the natural frequencies of adjacent blades can be adjusted so that immediately adjacent blades differ significantly in terms of their natural frequencies. This makes it possible to obtain a blade ring, the blades despite identical imple mentation form (apart from the manufacturing tolerances) and thus identical natural frequency (apart from the manufacturing tolerances and each considered by itself) in the wreath itself
  • Damping elements the natural frequencies of the arranged in the ring blades can be adjusted. Even in the case of non-synchronous excitation, they experience less excitation and thus react with a lower vibrational response, significantly reducing the tendency to flutter.
  • the damping elements are pressed against the lower side of adjacent blade platforms by blades by the centrifugal force.
  • Benach ⁇ barter blades causes friction between the damper and the blade platform, causing a coupling.
  • the finding is based on the fact that in addition to the dissipation also causes a frequency shift of the natural frequencies of adjacent blades by the coupling. This effect can be used to preferentially alternately detune the blades alternie ⁇ .
  • the adjacent blades react despite identical imple mentation form only because of
  • damping elements such as blades with different damping elements
  • Blades are particularly prone to flutter, especially when they are detuned alternately.
  • the achievable with the damping elements stroke of the frequency shift is significantly greater than in the previous measures.
  • a blade ring according to the invention has a significantly lower tendency to flutter than blade rings with blades, in which the blades themselves have different natural frequencies.
  • the blade ring according to the invention due to the use of different damping elements between a pair of blades is much more resistant to self-excited vibrations and the so-called flutter than conventional blade rings.
  • the different damping elements may replace the otherwise common and conventional means of adjusting natural frequencies, also known as "mistuning.” These include, for example, shortening the trailing edge on the blade tip, grinding the blade profile, or drilling blade tip side holes in the blade.
  • the invention has the particular advantage that assigned by the Mistunen of the blades with the two, each blade damping elements can remain the blade profile of the respective blade unchanged and thus no Perfor ⁇ mancemike, neither in the level nor in the Strömungsma ⁇ machine, as in shortening the trailing edge, accompanied. the previous measures for adjusting the natural frequencies of the blades may be dispensed with. thus occurs a time and cost saving one as the iterative process of repeatable ⁇ th machining of blades completely entfa with repeated vibration measurements can.
  • each blade of the blade ring to two pairs of blades arranged, wherein two or more groups are provided by pairs of blades, within which the damping elements are ever ⁇ Weil identical and their damping elements differ from group to group.
  • a first group and a second group of pairs of blades are provided, and if the number of blades of the blade ring makes this possible, each pair of blades of one group in the circumferential direction is adjacent to one pair of blades of the other group. Unless the number of blades makes this possible, only a majority of the blades of the blade ring is arranged in the order given.
  • a particularly preferred embodiment provides that a first group and a second group of blade pairs pre wherein each vane pair of the first group is adjacent to a vane pair of the first group and a vane pair of the second group (AABBAABB series).
  • AABBAABB series vane pair of the second group
  • An equally effective frequency detuning can be achieved if a first group, a second group and a third group of pairs of blades are provided, wherein each pair of blades is adjacent to one of the three groups of two pairs of blades, which respectively belong to one of the two other groups (ABCABC-). Line ) .
  • the different damping elements differ in terms of size, mass, the cross-sectional contour of the material and / or the coupling contact with the blades.
  • damping elements can be produced with little effort, without adapting the casting and the contour of blades for the different groups.
  • the damping elements differ in their geometric shape.
  • the damping elements can also differ in their masses to effectively damp by combining with suitable geometric shapes as large a number of different vibration modes.
  • the friction conditions coefficient of friction, roughness
  • blades they are preferably rod-shaped.
  • Blade assembly is the damping element of a Schaufelpaa ⁇ res multi-part design. It comprises - seen in the circumferential direction of the rotor - two (or more) successively arranged sub-elements, which are preferably rod-shaped.
  • one of the partial elements ⁇ a cross-section in the shape of a wedge and the other part element has a cross section in the form of a quarter circle.
  • the inventions ⁇ inventive advantages can be achieved particularly efficient.
  • the damping elements are made of steel or ceramic, so mate- rials, with which an effective damping can be realized.
  • FIG 2,4,5,6,7 the detail according to FIG 1, but with under ⁇ retired union damping elements according to other embodiments and
  • FIG. 3 shows a mechanical replacement model on the Kopp ⁇ ment of the blades of the blade ring with the help of the damping elements.
  • a part of the rotor blade ring 10 is shown by blades 14, which are distributed on a rotor 12 along the circumference U, of an axial turbomachine (not shown).
  • the axial turbomachine can be designed, for example, as a compressor, steam turbine or stationary gas turbine, which comprises the blade arrangement 11 with the rim 10 of blades 14.
  • These each have a blade root 16 for attachment of the respective blade 14 on the rotor 12.
  • the blade root 16 is dovetail-shaped or fir tree-shaped in a known manner.
  • the latter is inserted into holding grooves of the rotor 12 which correspond to the blade root 16, so that the blades 14 are held securely when the rotor 12 rotates.
  • Blade feet 16 extend mainly in the axial direction and are inclined with respect to a machine axis at an angle of attack.
  • the blade root 16 merges into a blade neck (not further described), to which a platform 18 adjoins.
  • the platform surface 20 limits the Strö ⁇ flow duct of the axial turbomachine.
  • an aerodynamic curved blade 22 is arranged freely ⁇ standing.
  • Platforms 18 of immediately adjacent blades 14 provided either type A or type A damping elements. Both types A, B of damping elements are rod-shaped, for example as damper wires. After in FIG 1 is provided ⁇ disclosed embodiment have the damping elements A, B each have a circular cross-section. However, the type A damping elements have a larger diameter than the type B damping elements . Both Dämpfungsele ⁇ elements A, B are therefore cylindrical. During the rotation of the rotor 12, the damping elements A, B lying loosely between the platforms 18 reach outward in the radial direction R and are pressed against the beveled undersides of adjacent platforms 18 by the centrifugal force.
  • each damping element A abuts against two blades 14 forming a blade pair a directly adjacent to one another.
  • each damping element B is located on two immediately be ⁇ adjacent to a pair of blades b forming blades fourteenth Due to the circular cross-section of the damping elements A, B, these are in each case to form a line contact on each blade 14 at. Since each blade 14 has a damping element A, B on both sides of the blade neck, each blade 14 belongs to both blade pairs a, b. According to the blade arrangement 11 shown in FIG.
  • Group 24 of blade pairs a and a second group 26 of blade pairs b are provided, wherein each pair of blades a (or b) of the one group 24 (or 26) seen in the circumferential direction, of a blade pair b (or a) of the other group 26th (or 24) is adjacent. Due to this configuration, the
  • Damping elements A, B in the circumferential direction U alternately ⁇ lined up between two immediately adjacent blades 14.
  • This embodiment is also referred to as an arrangement with an ABAB pattern.
  • the embodiment according to FIG. 2 differs from the embodiment according to FIG. 1 only in the form and shape of the respectively second damping element.
  • damping elements B instead of the damping elements B provided with a smaller diameter, damping elements B 'are now provided in FIG. 2, which in principle have the same diameter as the damping elements of type A, but the cross-sectional shape of the damping elements B' is not circular, but circular segment-shaped.
  • the shape of the circle segment is chosen such that the center of the complete circle is still separated from the circle segment transverse. is enclosed.
  • a first group 24 of blade pairs a and a second group 26 of blade pairs b 'are thus provided, each of them
  • Blade pair a (or b ') of one group 24 (or 26) seen in the circumferential direction U, of a pair of blades b' (or a) of the other group 26 (or 24) is adjacent. Again, in principle, it is a row with an ABAB pattern, in which the specified order of the damping elements A, B 'and the blade pairs a, b' along the circumference U of the blade ring 10 is repeated in a regular order.
  • FIG. 3 shows the detail of the development of the blade ring 10 with rotor blade 14 according to FIG. 2, wherein instead of the damping elements A and B ', the springs 28, 30 to be used in the replacement model of the damping elements A, B' are shown. Since the damping element A is a symmetrical or cylindrical damper, a translational spring 28 for coupling the two blades 14 of the blade pair a is shown in the replacement model.
  • the translational springs 28 have a coupling rigidity Cl, C3 and the torsion spring has a coupling stiffness C2. The entire coupling stiffness of a single blade 14 is then obtained by the parallel connection of the coupling stiffness C3 on the one hand and the coupling stiffnesses
  • the springs can thereby also have nonlinear individual ⁇ properties. Since the blades 22 are set in relation to the axial direction X and thus the two sides of the platform 18 of a blade 14 are designed asymmetrically laterally of the blade 22, the row with the ABAB pattern of damping elements A, B and A, B 'causes an alternating Frequency detuning of blades 14, whereby the natural frequencies of immediately adjacent blades 14 are shifted solely by the use of different damping elements A, B, B '. The shifting of the frequencies in operation prevents the propagation of circumferential oscillatory waves in the scooped rim, which makes it difficult to excite the blades 22 to flutter. This increases ⁇ ding the operating area of the axial turbomachine and ensures safe operation.
  • FIG. 4 Further embodiments for detuning the natural frequencies of vibration modes of blades 14 are shown in FIG. 4, FIG. 5, FIG. 6 and FIG. In it, further rows with different patterns are given by way of example.
  • FIG. 4 shows a new row with three groups 24, 26, 27 of blade pairs a, b, d, wherein each pair of blades a and b and d of a group 24 or 26 and 27 of two Schaufelpaa- ren b, d or A, D and A, B is adjacent, each one of the other two groups 26, 27 and 24, 27 and 24, 26 are associated.
  • a damping element of the type A vorgese ⁇ hen This is circular in cross-section and has a rather larger diameter.
  • Each pair of blades b is assigned a damping element of the type B, which is also circular in cross-section. Compared to the type A damping element , the diameter of the type B damping element is smaller.
  • Each pair of blades d is assigned a damping element of type D.
  • its configuration corresponds to the embodiment of the damping element of the type B 'of FIG 2.
  • This embodiment therefore has an ABCABC series.
  • a further vane assembly 11 is shown in which a first group 24 and a second group 26 of display ⁇ felpresen a, b '' are provided, each blade pair a of the first group 24 of a blade pair a of the first group 24 and a blade pair b '' of the second group 26 is adjacent.
  • a damping element of the type A is provided between the two blades 14 of each blade pair a. This is circular in cross-section and has a rather larger diameter.
  • Each pair of blades b '' is associated with a damping element of the type B '', whose cross-section is a circular segment.
  • This embodiment can be described as AABBAABB series.
  • An alternative embodiment with an ABBABB series is shown schematically in FIG. Again, the different types A, A, B "of the damping elements are distributed along the circumference between the blades 14 of the blade ring 10 in a recurring order.
  • FIG 7 finally shows a further ABAB FIG series of istän ⁇ derten damping elements E, H in a rotor blade ring.
  • a first group 24 of pairs of blades e 14 has, in each case, a damping element of type E between the respectively associated blades 14.
  • the damping element E is designed in principle rod-shaped.
  • this is triangular in cross-section so that it rests flat on each blade 14 of the blade pair e associated therewith.
  • the difference in the damping element E ⁇ H damping element is designed in several parts and in each case comprises two parts Hl, H2.
  • the part H1 is triangular in cross-section and the part H2 has in cross section the contour of a circular sector in the form of a quadrant. This results in two surface contacts and one line contact per damping element H.
  • the blade arrangements 11 shown in FIGS. 4, 5, 6 and 7 have higher coupling stiffnesses than the configurations according to FIG. 1 or FIG. 2, whereby mutually immediately adjacent blades 14 are even more clearly detuned in their frequency characteristics. In this respect, these are suitable
  • Blade assemblies 11 to be especially when using ⁇ Licher damping elements distinguished a frequency detuning of blades 14 of a blade ring 10 brought about in order to prevent the flutter excitation of the blades fourteenth
  • one of the aforementioned blade assemblies 11 is particularly applicable.
  • the number of blades in the ring is not divisible by two or by three, to use a larger number of damping element types per blade ring 10.
  • the blade ring 10 has a number of blades 14, which is not an integer multiple of the number of Dämp ⁇ tion element types of the series, it is of course possible for all Ausgestal ⁇ tions that only a majority of the successive blade pairs (a, b, b ' , b '', d, e, h) are members of the series and form them. The remaining pairs of blades are then provided with suitable damping elements that can not be subordinate to the row. In this case, there is also the possibility that the blade ring 10 actually has two adjacent blades 14 with identical or approximate frequency characteristics.
  • damping element types are possible and can be combined with each other so that the embodiments presented herein are standing ⁇ limiting to ver in any way as. Even alternating in circumferential direction at ⁇ order of damping elements of type B 'and type B''results due to the already mentioned above, varying of display ⁇ fel to blade stiffness coupling to an alternating frequency detuning. For example, it would be conceivable that grooves (grooved damping elements) along the cross-sectional contour are provided as a distinguishing feature between damping elements of different types. In addition, other rows of Dämpfungsele ⁇ ment types are also possible, for example, a ABCBABCBA- row.
  • the invention thus relates to a blade assembly 11 having a rotor 12 and a plurality of blades 14 distributed along the circumference U of the rotor 12 in a ring 10, wherein two immediately adjacent blades 14 of the ring 10 a blade pair a, b, b ', b' ' , d, e, h, between whose blades 14 a damping element A, B, B ', B' ', D, E, H is arranged and where by a force acting in the radial direction R centrifugal force upon rotation of the rotor 12th around a rotor axis, the respective damping element A, B, B ', B' ', D, E, H with the two blades 14 of the associated blade pair a, b, b', b '', d, e, h come into contact , To a frequency detuning of the vibration characteristics of
  • Shovels 14 cause, whereby a mechanical processing of the blade 22 is obsolete, is pre ⁇ beat that the blade ring 10 at least two blade ⁇ pairs a, b, b ', b'', d, e, h with different damping elements A , B, B ', B ", D, E, H.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Turbine Rotor Nozzle Sealing (AREA)
  • Structures Of Non-Positive Displacement Pumps (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Schaufelanordnung (11) mit einem Rotor (12) und mehreren entlang des Umfangs (U) des Rotors (12) in einem Kranz (10) verteilten Schaufeln (14), wobei zwei unmittelbar benachbarte Schaufeln (14) des Kranzes (10) ein Schaufelpaar (a, b, b' , b' ', d, e, h) bilden, zwischen dessen Schaufeln (14) ein Dämpfungselement (A, B, B', B' ', D, E, H) angeordnet ist und wobei durch eine in radialer Richtung (R) wirkende Zentrifugalkraft bei einer Rotation des Rotors (12) um eine Rotorachse das jeweilige Dämpfungselement (A, B, B', B", D, E, H) mit den beiden Schaufeln (14) des ihnen zugeordneten Schaufelpaares (a, b, b', b' ', d, e, h) in Kontakt treten. Um eine Frequenzverstimmung der Schwingungseigenschaften von Schaufeln (14) herbeizuführen, wodurch eine mechanische Bearbeitung des Schaufelblatts (22) hinfällig wird, wird vorgeschlagen, dass der Schaufelkranz (10) mindestens zwei Schaufelpaare (a, b, b', b' ', d, e, h) mit unterschiedlichen Dämpfungselementen (A, B, B', B' ', D, E, H) aufweist.

Description

Beschreibung
SCHAUFELANORDNUNG UND ZUGEHÖRIGE GASTURBINE
Die Erfindung betrifft eine Schaufelanordnung, mit einem Rotor und mehreren entlang des Umfangs des Rotors in einem Kranz verteilten Schaufeln, wobei zwei unmittelbar benachbarte Schaufeln des Kranzes ein Schaufelpaar bilden, zwischen dessen Schaufeln ein Dämpfungselement angeordnet ist und wo¬ bei durch eine in radialer Richtung wirkende Zentrifugalkraft bei einer Rotation des Rotors um eine Rotorachse das jewei¬ lige Dämpfungselement mit den beiden Schaufeln des ihm zuge¬ ordneten Schaufelpaares in Kontakt tritt.
Es ist bekannt, Schaufelanordnungen, die in Strömungsmaschinen wie etwa Gasturbinen, verwendet werden, mit Dämpfungsele¬ menten zu versehen. Diese dienen dazu, unerwünschte Biege- und Torsionsschwingungen, die während des Betriebs in der Strömungsmaschine durch unterschiedliche Anregungen auftreten können, zu dämpfen. Auf diese Weise können durch hohe Schwingungsamplituden bedingte HCF-Schäden (Abk. für „High Cycle Fatigue") vermieden werden, die zu einer frühzeitigen Materialermüdung und zu einer damit verkürzten Lebensdauer der Schaufeln bzw. der Schaufelanordnung führen können. Die Dämpfungselemente werden hierbei zwischen den einzelnen Schaufeln angeordnet. Als Dämpfungselemente werden in der Regel lose Körper verwendet, die im Ruhezustand zunächst zwischen den Schaufelfüßen der Schaufeln am Rotor oder auf entsprechenden Tragestrukturen aufliegen und beim Betrieb des Rotors aufgrund der in radialer Richtung wirkenden Zentrifugalkraft gegen die Unterseite der Schaufelplattformen benachbarter Schaufeln gedrückt werden. Jedes Dämpfungselement steht dabei zur gleichen Zeit mit beiden benachbarten Schaufelplattformen in Kontakt. Hierdurch kann die kinetische Energie einer auf¬ grund von Vibrationen hervorgerufenen Relativbewegung zwischen den Schaufeln in Wärmeenergie umgewandelt werden, infolge der Reibung zwischen den jeweiligen Schaufelplattformen und dem anliegenden Dämpfungselement. Dies dämpft die Schwin¬ gungen und führt insgesamt zu einer verminderten Schwingungs¬ belastung der Schaufelanordnung . Aus der Druckschrift EP 1 154 125 A2 ist eine Schaufelanord¬ nung bekannt, bei der wenigstens zwei Dämpfungselemente zwi¬ schen benachbarten Schaufeln in Umfangsrichtung des Rotors hintereinander angeordnet sind, um eine wirksame Dämpfung der gesamten Schaufelanordnung zu erzielen. Die in dieser Druck- schrift offenbarten Dämpfungselemente sind in voneinander ab¬ weichender Form ausgeführt, um möglichst eine Vielzahl unterschiedlicher Schwingungsmoden dämpfen zu können. Über die sich zwischen den Dämpfungselementen und den Schaufeln, und ferner über die sich zwischen den einzelnen Dämpfungselemen- ten ausbildenden Kontaktbereiche kann zur Schwingungsdämpfung durch Reibungswirkung Schwingungsenergie in Wärmenergie umge¬ wandelt werden. Jedoch weisen die sich zwischen den einzelnen Dämpfungselementen ausbildenden Kontaktbereiche lediglich die Form eines Linienkontakts auf, mit dem eine nur mäßig ausge- prägte Dämpfungswirkung verbunden ist.
Andere Querschnitts-Formen von Dämpfern sind ebenfalls bekannt . Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schaufelanord¬ nung mit Dämpfungselementen anzugeben, mit der unerwünschte Schwingungen noch wirksamer gedämpft und die Neigung der Schaufeln zum Schwingen aufgrund einer Anregung reduziert oder gar vermieden werden können.
Diese Aufgabe wird durch eine Schaufelanordnung gemäß den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
Erfindungsgemäß ist bei der eingangs genannten Schaufelanord- nung vorgesehen, dass der Schaufelkranz mindestens zwei
Schaufelpaare mit unterschiedlichen Dämpfungselementen aufweist. Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass durch die Kopplung der Schaufeln mit Dämpfungselementen auch die Eigenfrequenzen im Verhältnis zu den freistehenden Schaufeln erhöht werden. Bei der Verwendung identischer Dämpfungselemente werden somit alle Schaufeln eines Schaufelkranzes in identi¬ schem Maße verstimmt. Folglich verhalten an sich identische Schaufeln mit an sich identischen Eigenfrequenzen für unterschiedliche Schwingungsformen durch die unterschiedliche Kopplung mit Hilfe unterschiedlicher Dämpfungselemente sich im Schaufelkranz so, als ob die betreffenden Schaufeln - jedoch ungekoppelt - unterschiedliche Eigenfrequenzen für die Schwingungsmoden aufweisen. Durch die Verwendung unterschiedlicher Dämpfungselemente innerhalb eines Schaufelkranzes kann die Größe der Eigenfrequenzen benachbarter Schaufeln so eingestellt werden, dass unmittelbar benachbarte Schaufeln hinsichtlich ihrer Eigenfrequenzen sich wesentlich unterscheiden. Dadurch ist es möglich, einen Schaufelkranz zu erhalten, dessen Schaufeln trotz identischer Aus führungs form (abgesehen von den Herstellungstoleranzen) und damit identischer Eigenfrequenz (abgesehen von den herstellungsbedingten Toleranzen und jede für sich alleine betrachtet) im Kranz sich
schwingungstechnisch so verhalten, als ob sie
unterschiedlichen Eigenfrequenzen aufweisen. Mit anderen Worten: Durch die Verwendung der unterschiedlichen
Dämpfungselemente können die Eigenfrequenzen der im Kranz angeordneten Schaufeln verstellt werden. Selbst bei nichtsynchroner Anregung erfahren sie eine geringere Anregung und reagieren somit mit einer geringeren Schwingungsantwort, wodurch die Neigung zum Flattern signifikant reduziert wird.
Im Betrieb werden die Dämpfungselemente an die untere Seite benachbarter Schaufelplattformen von Schaufeln durch die Fliehkraft angedrückt. Infolge der Relativbewegungen benach¬ barter Schaufeln entsteht Reibung zwischen dem Dämpfer und der Schaufelplattform, was eine Kopplung hervorruft. Die Erkenntnis beruht auf der Tatsache, dass durch die Kopplung neben der Dissipation auch eine Frequenzverschiebung der Eigenfrequenzen benachbarter Schaufeln bewirkt. Dieser Effekt kann genutzt werden, um die Schaufeln vorzugsweise alternie¬ rend zu verstimmen. Die benachbarten Schaufeln reagieren trotz identischer Aus führungs form allein wegen der
unterschiedlichen Dämpfungselemente wie Schaufeln mit
unterschiedlichen Eigenfrequenzen. Derartig verstimmte
Schaufeln neigen besonders wenig zum Flattern, insbesondere, wenn sie alternierend verstimmt sind. Außerdem ist der mit den Dämpfungselementen erzielbare Hub der Frequenzverschiebung deutlich größer als bei den bisherigen Maßnahmen. Somit neigt ein erfindungsgemäßer Schaufelkranz deutlich weniger zu Flattern als Schaufelkränze mit Schaufeln, bei denen die Schaufeln an sich unterschiedliche Eigenfrequenzen aufweisen. Insofern ist der erfindungsgemäße Schaufelkranz aufgrund der Verwendung unterschiedlicher Dämpfungselemente zwischen einem Paar von Schaufeln wesentlich resistenter gegen selbsterregte Schwingungen und dem sogenannten Flattern als herkömmliche Schaufelkränze.
Folglich können die unterschiedlichen Dämpfungselemente die ansonsten gängigen und üblichen Maßnahmen zum Verstellen der Eigenfrequenzen ersetzen, was auch als „Mistuning" bekannt ist. Diese waren z. B. das Kürzen der Hinterkante an der Schaufelspitze, das Schleifen des Schaufelprofils oder das Bohren von schaufelspitzseitigen Löchern im Schaufelblatt. Die Erfindung hat den besonderen Vorteil, dass durch das Mistunen der Schaufeln mit den beiden, jeder Schaufel zugeordneten Dämpfungselementen das Schaufelprofil der betreffenden Schaufel unverändert bleiben kann und damit keine Perfor¬ manceverluste, weder in der Stufe noch in der Strömungsma¬ schine, wie beim Kürzen der Hinterkanten, einhergehen. Die bisherigen Maßnahmen zum Verstellen der Eigenfrequenzen der Schaufeln können somit entfallen. Mithin tritt eine Zeit- und Kostenersparnis ein, da der iterative Prozess der wiederhol¬ ten Bearbeitung der Schaufeln mit wiederholten Schwingungsmessungen vollständig entfallen kann.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben. Gemäß einer ersten vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist jede Schaufel des Schaufelkranzes zwei Schaufelpaaren zu geordnet, wobei zwei oder mehr Gruppen von Schaufelpaaren vorgesehen sind, innerhalb derer die Dämpfungselemente je¬ weils identisch sind und deren Dämpfungselemente sich von Gruppe zu Gruppe unterscheiden. Vorzugsweise ist eine erste Gruppe und eine zweite Gruppe von Schaufelpaaren vorgesehen, wobei, sofern die Anzahl der Schaufeln des Schaufelkranzes dies ermöglicht, jedes Schaufelpaar der einen Gruppe in Um- fangsrichtung gesehen von einem Schaufelpaar der anderen Gruppe benachbart ist. Sofern die Anzahl der Schaufeln dies nicht ermöglicht, ist nur ein Großteil der Schaufeln des Schaufelkranzes in der angegebenen Reihenfolge angeordnet. Hierdurch wird eine zumindest größtenteils umlaufende ABAB- Reihe von Schaufelpaaren bzw. Dämpfungselementen angegeben, was für die nachfolgenden vorteilhaften Ausgestaltungen in analoger weise gilt. Die ABAB-Reihe von unterschiedlichen Dämpfungselementen führt bereits zu einer Verschiebung der Eigenfrequenzen der Schaufeln, da die an einer Schaufel jeweils beidseitig anliegenden Dämpferelementen gemäß eines Er Satzmodells parallel geschaltet sind. Prinzipiell wirken die einzelnen Parallelschaltungen von Dämpfungselementen nicht unterschiedlich. Da jedoch die Plattformen beidseits des Schaufelblatts, d. h. die druckseitige Plattformseite und di saugseitige Plattformseite, sich in Form voneinander unterscheiden, weisen deren Kontaktbereiche für die Dämpfungsele¬ mente jeweils unterschiedliche Winkel und einen unterschied¬ lichen Abstand zur Schwerelinie der Schaufeln auf. Dieser Effekt wird durch den Anstellwinkel der Fußachse - in Bezug auf die Maschinenachse - verstärkt. Hierdurch ergeben sich von Schaufel zu Schaufel leicht variierende Koppelsteifigkei ten. Somit führt selbst die alternierende Anordnung von zwei unterschiedlichen Dämpfungselementen schon zu einer Verschie bung der Eigenfrequenzen unmittelbar benachbarter Schaufeln.
Eine besonders bevorzugte Ausgestaltung sieht vor, dass eine erste Gruppe und eine zweite Gruppe von Schaufelpaaren vorge sehen sind, wobei jedes Schaufelpaar der ersten Gruppe von einem Schaufelpaar der ersten Gruppe und einem Schaufelpaar der zweiten Gruppe benachbart ist (AABBAABB-Reihe ) . Hierdurch wird eine höhere Frequenzverstimmung erreicht als bei der ABAB-Reihe, da die sich aus dem Ersatzmodell ergebenden Kop¬ pelsteifigkeiten einer Schaufel zur Nachbarschaufel deutlich unterschiedlich sind.
Eine ebenso wirksame Frequenzverstimmung kann erreicht werden, wenn eine erste Gruppe, eine zweite Gruppe und eine dritte Gruppe von Schaufelpaaren vorgesehen sind, wobei jedes Schaufelpaar einer der drei Gruppen von zwei Schaufelpaaren benachbart ist, die jeweils einer der beiden anderen Gruppen zugehörig sind (ABCABC-Reihe ) .
Vorzugsweise unterscheiden sich die unterschiedlichen Dämpfungselemente hinsichtlich der Größe, der Masse, der Querschnittskontur des Materials und/oder des Koppelkontakts zu den Schaufeln. Derartige Dämpfungselemente lassen sich mit geringem Aufwand herstellen, ohne den Guss und die Kontur von Schaufeln für die unterschiedlichen Gruppen anzupassen. Beispielsweise unterscheiden sich die Dämpfungselemente in ihrer geometrischen Form. So können mit geeignet geformten Dämpfungselementen auch Schwingungsmoden wirksam gedämpft werden, die bei gleichbleibender Gestaltung aller Dämpfungselemente nicht wirksam gedämpft werden können. Alternativ oder ergänzend können sich die Dämpfungselemente auch in ihren Massen unterscheiden, um durch Kombination mit geeigneten geometrischen Formen eine möglichst große Anzahl unterschiedlicher Schwingungsmoden wirksam zu dämpfen. Ferner können durch Verwendung von Dämpfungselementen aus unterschiedlichen Materialien die Reibungsverhältnisse (Reibkoeffizient, Rauheit) in den Kontaktbereichen beeinflusst werden, um auch so eine gezielte Dämpfung mehrerer Moden, auch in erhöhten Frequenzbereichen, zu ermöglichen. Um die Dämpfungselemente geeignet zwischen benachbarten
Schaufeln anordnen zu können, sind diese vorzugsweise stab- förmig ausgebildet.
Bei einer konkreten Weiterbildung der erfindungsgemäßen
Schaufelanordnung ist das Dämpfungselement eines Schaufelpaa¬ res mehrteilig ausgebildet. Es umfasst - in Umfangsrichtung des Rotors gesehen - zwei (oder mehr) hintereinander angeordnete Teilelemente, die vorzugsweise stabförmig ausgebildet sind. Beispielsweise weist eines der Teilelemente einen Quer¬ schnitt in der Form eines Keils und das andere Teilelement einen Querschnitt in Form eines Viertelkreises auf. Insbeson¬ dere durch aufeinander abgestimmte Querschnittsformen der Dämpfungselemente bzw. deren Teile lassen sich die erfin¬ dungsgemäßen Vorteile besonders effizient erzielen.
Bei einer weiteren konkreten Weiterbildung sind die Dämpfungselemente aus Stahl oder Keramik hergestellt, also Mate- rialen, mit denen eine wirksame Dämpfung realisiert werden kann .
Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsge¬ mäßen Schaufelanordnung anhand der beigefügten Zeichnung näher erläutert, in denen
FIG 1 die axiale Ansicht auf einen Ausschnitt der
Abwicklung eines Laufschaufelkranzes einer Axialturbomaschine mit zwischen den Schaufeln angeordneten Dämpfungselementen gemäß einer ersten Ausgestaltung,
FIG 2,4,5,6,7 den Ausschnitt gemäß FIG 1, jedoch mit unter¬ schiedlichen Dämpfungselementen gemäß weiterer Ausgestaltungen und
FIG 3 ein mechanisches Ersatzmodell über die Kopp¬ lung der Schaufeln des Schaufelkranzes mit Hilfe der Dämpfungselemente. In FIG 1 ist ein Teil des LaufSchaufelkranzes 10 von an einem Rotor 12 entlang des Umfangs U verteilten Schaufeln 14 einer nicht weiter dargestellten Axialturbomaschine dargestellt. Die Axialturbomaschine kann beispielsweise als Verdichter, Dampfturbine oder stationäre Gasturbine ausgestaltet sein, welche die Schaufelanordnung 11 mit dem Kranz 10 von Schaufeln 14 umfasst. Diese weisen jeweils einen Schaufelfuß 16 zur Befestigung der jeweiligen Schaufel 14 am Rotor 12 auf. Der Schaufelfuß 16 ist in bekannter Manier schwalbenschwanz- förmig oder auch tannenbaumförmig ausgestaltet. Zur formschlüssigen Befestigung am Rotor 12 ist dieser in zum Schaufelfuß 16 korrespondierenden Haltenuten des Rotors 12 einge- schoben, so dass bei Rotation des Rotors 12 die Schaufeln 14 sicher gehalten sind. Die Haltenuten und somit auch die
Schaufelfüße 16 erstrecken sich hauptsächlich in Axialrichtung und sind gegenüber einer Maschinenachse in einem Anstellwinkel geneigt.
Nach außen geht der Schaufelfuß 16 in einen nicht weiter bezeichneten Schaufelhals über, an dem sich eine Plattform 18 anschließt. Deren Plattformoberfläche 20 begrenzt den Strö¬ mungskanal der Axialturbomaschine. An der Plattformoberfläche 20 ist ein aerodynamisches gekrümmtes Schaufelblatt 22 frei¬ stehend angeordnet.
Gemäß einer ersten Ausgestaltung sind an der dem Schaufelfuß 16 zugewandten Unterseite der Plattform 18 zwischen den
Plattformen 18 unmittelbar benachbarter Schaufeln 14 entweder Dämpfungselemente vom Typ A oder vom Typ B vorgesehen. Beide Typen A, B von Dämpfungselementen sind stabförmig ausgebildet, beispielsweise als Dämpferdrähte. Nach der in FIG 1 dar¬ gestellten Aus führungs form weisen die Dämpfungselemente A, B jeweils einen kreisrunden Querschnitt auf. Die Dämpfungsele¬ mente vom Typ A weisen jedoch einen größeren Durchmesser auf als die Dämpfungselemente vom Typ B auf. Beide Dämpfungsele¬ mente A, B sind daher zylindrisch. Während der Rotation des Rotors 12 streben die lose zwischen den Plattformen 18 liegenden Dämpfungselemente A, B in radialer Richtung R nach außen und werden durch die Fliehkraft an die abgeschrägten Unterseiten benachbarter Plattformen 18 an- gepresst. Jedes Dämpfungseiement A liegt an zwei unmittelbar benachbarten ein Schaufelpaar a bildenden Schaufeln 14 an. Ebenso liegt jedes Dämpfungselement B an zwei unmittelbar be¬ nachbarten, ein Schaufelpaar b bildenden Schaufeln 14 an. Aufgrund des kreisrunden Querschnitts der Dämpfungselemente A, B liegen diese jeweils unter Bildung eines Linienkontakts an jeder Schaufel 14 an. Da jede Schaufel 14 beidseits des Schaufelhalses ein Dämpfungselement A, B aufweist, gehört jede Schaufel 14 beiden Schaufelpaaren a, b an. Gemäß der in FIG 1 gezeigten Schaufelanordnung 11 ist somit eine erste
Gruppe 24 von Schaufelpaaren a und eine zweite Gruppe 26 von Schaufelpaaren b vorgesehen, wobei jedes Schaufelpaar a (bzw. b) der einen Gruppe 24 (bzw. 26) in Umfangsrichtung gesehen, von einem Schaufelpaar b (bzw. a) der anderen Gruppe 26 (bzw. 24) benachbart ist. Aufgrund dieser Ausgestaltung sind die
Dämpfungselemente A, B in Umfangsrichtung U abwechselnd hin¬ tereinander zwischen zwei unmittelbar benachbarten Schaufeln 14 aufgereiht. Diese Ausgestaltung wird auch als Anordnung mit einem ABAB-Muster bezeichnet.
In FIG 2 und auch den anderen Figuren sind identische Merkmale mit gleichen Bezugszeichen versehen.
Die Ausgestaltung gemäß FIG 2 unterscheidet sich von der Aus- gestaltung nach FIG 1 lediglich in der Form und Gestalt des jeweils zweiten Dämpfungselementes. Anstelle der mit geringe¬ ren Durchmesser versehenen Dämpfungselemente B sind in FIG 2 nun Dämpfungselemente B' vorgesehen, die prinzipiell den gleichen Durchmesser aufweisen wie die Dämpfungselemente vom Typ A, jedoch ist die Querschnittsform der Dämpfungselemente B' nicht kreisförmig, sondern kreissegmentförmig . Die Form des Kreissegments ist dabei so gewählt, dass der Mittelpunkt des vollständigen Kreises noch von der Kreissegment-Quer- schnittsfläche eingeschlossen ist. Durch die Kreissegmentform liegt das Dämpfungselement B' an der einen (der in FIG 2 je¬ weils rechts dargestellten) Schaufel 14 des Schaufelpaares b flächig und an der anderen (der in FIG 2 jeweils links darge- stellten) Schaufel 14 des Schaufelpaares b' linienartig an. Gemäß der in FIG 2 gezeigten Schaufelanordnung 11 ist somit eine erste Gruppe 24 von Schaufelpaaren a und eine zweite Gruppe 26 von Schaufelpaaren b' vorgesehen, wobei jedes
Schaufelpaar a (bzw. b' ) der einen Gruppe 24 (bzw. 26) in Um- fangsrichtung U gesehen, von einem Schaufelpaar b' (bzw. a) der anderen Gruppe 26 (bzw. 24) benachbart ist. Auch hier handelt es sich prinzipiell um Reihe mit einen ABAB-Muster, bei der die angegebene Reihenfolge der Dämpfungselemente A, B' bzw. der Schaufelpaare a, b' entlang des Umfangs U des Schaufelkranzes 10 sich in regelmäßiger Reihenfolge wiederholt.
FIG 3 zeigt den Ausschnitt der Abwicklung des Schaufelkranzes 10 mit Laufschaufein 14 nach FIG 2, wobei anstelle der Dämp- fungselemente A bzw. B' die im Ersatzmodel der Dämpfungsele¬ mente A, B' zu verwendenden Federn 28, 30 dargestellt sind. Da es sich bei dem Dämpfungselement A um einen symmetrischen bzw. zylindrischen Dämpfer handelt, wird im Ersatzmodell eine Translationsfeder 28 zur Kopplung der beiden Schaufeln 14 des Schaufelpaares a dargestellt. Das asymmetrische Dämpfungsele¬ ment B' erzwingt aufgrund der flächigen Anlage des Kreisseh¬ nenabschnitts an der abgeschrägten Unterseite der Plattform 18 zusätzlich zur Translation ein Moment, so dass zusätzlich zur Translationsfeder 28 eine Drehfeder 30 im Ersatzschalt- bild zwischen den Schaufeln 14 des Schaufelpaares b' darge¬ stellt ist. Die Translationsfedern 28 weisen eine Kopplungs- steifigkeit Cl, C3 und die Drehfeder eine Kopplungssteifig- keit C2auf. Die gesamte Koppelsteifigkeit einer einzelnen Schaufel 14 ergibt sich dann durch die Parallelschaltung der Koppelsteifigkeit C3 einerseits und der Koppelsteifigkeiten
C2und Cl . Die Federn können dabei auch nicht lineare Eigen¬ schaften besitzen. Da die Schaufelblätter 22 gegenüber der Axialrichtung X angestellt sind und somit die beiden Seiten der Plattform 18 einer Schaufel 14 seitlich des Schaufelblatts 22 asymmetrisch ausgestaltet sind, bewirkt die Reihe mit dem ABAB-Muster von Dämpfungselementen A, B bzw. A, B' eine alternierende Frequenzverstimmung von Schaufeln 14, wodurch die Eigenfrequenzen unmittelbar benachbarter Schaufeln 14 allein durch die Verwendung von unterschiedlichen Dämpfungselementen A, B, B' verschoben sind. Die Verschiebung der Frequenzen verhindert in Betrieb die Ausbreitung von umlaufenden Schwingungswellen im geschaufelten Kranz, was die Anregung der Schaufelblätter 22 zum Flattern erschwert. Dies vergrößert den Betriebsbe¬ reich der Axialturbomaschine und gewährleistet einen sicheren Betrieb.
Weitere Ausgestaltungen zum Verstimmen der Eigenfrequenzen von Schwingungsmoden von Schaufeln 14 sind in FIG 4, FIG 5, FIG 6 und FIG 7 gezeigt. Darin sind weitere Reihen mit unter- schiedlichen Mustern exemplarisch angegeben.
FIG 4 zeigt eine neue Reihe mit drei Gruppen 24, 26, 27 von Schaufelpaaren a, b, d, wobei jedes Schaufelpaar a bzw. b bzw. d einer Gruppe 24 bzw. 26 bzw. 27 von zwei Schaufelpaa- ren b, d bzw. a, d bzw. a, b benachbart ist, die jeweils einer der beiden anderen Gruppen 26, 27 bzw. 24, 27 bzw. 24, 26 zugehörig sind. Zwischen den beiden Schaufeln 14 jedes Schaufelpaars a ist ein Dämpfungselement vom Typ A vorgese¬ hen. Dieser ist im Querschnitt kreisrund und weist einen eher größeren Durchmesser auf. Jedem Schaufelpaar b ist ein Dämpfungselement vom Typ B zugeordnet, welcher im Querschnitt auch kreisrund ist. Verglichen mit dem Dämpfungselement vom Typ A ist der Durchmesser des Dämpfungselements vom Typ B je¬ doch kleiner. Jedem Schaufelpaar d ist ein Dämpfungselement vom Typ D zugeordnet. Im dargestellten Ausführungsbeispiel entspricht dessen Ausgestaltung der Ausgestaltung des Dämpfungselements vom Typ B' aus FIG 2. Diese Ausgestaltung weist demnach eine ABCABC-Reihe auf. Nach FIG 5 ist eine weitere Schaufelanordnung 11 gezeigt, bei der eine erste Gruppe 24 und eine zweite Gruppe 26 von Schau¬ felpaaren a, b' ' vorgesehen sind, wobei jedes Schaufelpaar a der ersten Gruppe 24 von einem Schaufelpaar a der ersten Gruppe 24 und einem Schaufelpaar b' ' der zweiten Gruppe 26 benachbart ist. Zwischen den beiden Schaufeln 14 jedes Schaufelpaars a ist ein Dämpfungselement vom Typ A vorgesehen. Dieser ist im Querschnitt kreisrund und weist einen eher grö- ßeren Durchmesser auf. Jedem Schaufelpaar b' ' ist ein Dämpfungselement vom Typ B' ' zugeordnet, dessen Querschnitt kreissegmentförmig ist. Diese Ausgestaltung lässt sich als AABBAABB-Reihe beschreiben. Eine alternative Ausgestaltung mit einer ABBABB-Reihe ist in FIG 6 schematisch dargestellt. Auch hier sind die unterschiedlichen Typen A, A, B' ' der Dämpfungselemente entlang des Umfangs zwischen den Schaufeln 14 des Schaufelkranzes 10 in wiederkehrender Reihenfolge verteilt.
Abschließend zeigt FIG 7 eine weitere ABAB-Reihe von abgeän¬ derten Dämpfungselementen E, H in einem Laufschaufelkranz . Eine erste Gruppe 24 von Laufschaufelpaaren e 14 weist zwischen den jeweils zugehörigen Schaufeln 14 jeweils ein Dämp- fungselement vom Typ E auf. Auch das Dämpfungselement E ist prinzipiell stabförmig ausgestaltet. Im Gegensatz zu den bis¬ her gezeigten Ausgestaltungen von Dämpfungselementen A, B, B' , B' ' , D ist dieses jedoch im Querschnitt dreieckförmig ausgestaltet, so dass es an jeder Schaufel 14 des ihm zuge- ordneten Schaufelpaars e flächig anliegt. Das zum Dämpfungs¬ element E unterschiedliche Dämpfungselement H ist mehrteilig ausgestaltet und umfasst jeweils zwei Teile Hl, H2. Das Teil Hl ist im Querschnitt dreieckig und das Teil H2 weist im Querschnitt die Kontur einen Kreissektors in Form eines Vier- telkreises auf. Dadurch ergeben sich zwei Flächenkontakte und ein Linienkontakt je Dämpfungselement H. Die in den FIGs 4, 5, 6 und 7 gezeigten Schaufelanordnungen 11 weisen höhere Koppelsteifigkeiten als die Ausgestaltungen nach FIG 1 bzw. FIG 2 auf, wodurch einander unmittelbar benachbarte Schaufeln 14 in ihren Frequenzeigenschaften noch deutlicher verstimmt werden. Insofern eignen sich diese
Schaufelanordnungen 11 besonders, wenn mit Hilfe unterschied¬ licher Dämpfungselemente eine Frequenzverstimmung von Schaufeln 14 eines Schaufelkranzes 10 herbeigeführt werden soll, um die Flatteranregung der Schaufeln 14 zu verhindern.
Je nach Anzahl der Schaufeln 14 im Schaufelkranz ist eine der vorgenannten Schaufelanordnungen 11 besonders günstig anwendbar. Selbstverständlich ist es möglich, wenn die Schaufelanzahl im Kranz nicht durch zwei oder durch drei teilbar ist, auch eine größere Anzahl an Dämpfungselementtypen je Schaufelkranz 10 zu verwenden.
Falls der Schaufelkranz 10 eine Anzahl von Schaufeln 14 aufweist, die kein ganzzahliges Vielfaches der Anzahl der Dämp¬ fungselementtypen der Reihe ist, besteht für alle Ausgestal¬ tungen selbstverständlich die Möglichkeit, dass nur ein Großteil der aufeinander folgenden Schaufelpaare (a, b, b' , b' ' , d, e, h) Mitglieder der Reihe sind und diese bilden. Die übrigen Schaufelpaare werden dann, mit geeigneten Dämpfungselementen versehen, die sich nicht der Reihe unterordnen lassen. In diesem Fall besteht auch die Möglichkeit, dass der Schaufelkranz 10 tatsächlich zwei benachbarte Schaufeln 14 mit identischen oder angenäherten Frequenzeigenschaften aufweisen.
Daneben sind unterschiedlichste Dämpfungselementtypen denkbar und miteinander kombinierbar, so dass die hier dargestellten Ausführungsbeispiele in keiner Weise als limitierend zu ver¬ stehen sind. Selbst die in Umfangsrichtung alternierende An¬ ordnung von Dämpfungselementen vom Typ B' und vom Typ B' ' führt aufgrund der weiter oben bereits erwähnten, von Schau¬ fel zu Schaufel variierenden Koppelsteifigkeit, zu einer alternierenden FrequenzVerstimmung . Beispielsweise wäre denkbar, dass als Unterscheidungsmerkmal zwischen Dämpfungselementen unterschiedlicher Typen Nuten (gerillte Dämpfungselemente) entlang Querschnittskontur vor- gesehen sind. Zudem sind auch andere Reihen von Dämpfungsele¬ menttypen ebenso möglich, beispielsweise eine ABCBABCBA- Reihe .
Insgesamt betrifft die Erfindung somit eine Schaufelanordnung 11 mit einem Rotor 12 und mehreren entlang des Umfangs U des Rotors 12 in einem Kranz 10 verteilten Schaufeln 14, wobei zwei unmittelbar benachbarte Schaufeln 14 des Kranzes 10 ein Schaufelpaar a, b, b' , b' ' , d, e, h bilden, zwischen dessen Schaufeln 14 ein Dämpfungselement A, B, B' , B' ' , D, E, H an- geordnet ist und wobei durch eine in radialer Richtung R wirkende Zentrifugalkraft bei einer Rotation des Rotors 12 um eine Rotorachse das jeweilige Dämpfungselement A, B, B' , B' ' , D, E, H mit den beiden Schaufeln 14 des ihnen zugeordneten Schaufelpaares a, b, b' , b' ' , d, e, h in Kontakt treten. Um eine Frequenzverstimmung der Schwingungseigenschaften von
Schaufeln 14 herbeizuführen, wodurch eine mechanische Bearbeitung des Schaufelblatts 22 hinfällig wird, wird vorge¬ schlagen, dass der Schaufelkranz 10 mindestens zwei Schaufel¬ paare a, b, b' , b' ' , d, e, h mit unterschiedlichen Dämpfungs- elementen A, B, B' , B' ' , D, E, H aufweist.

Claims

Patentansprüche
1. Schaufelanordnung (11),
mit einem Rotor (12) und mehreren entlang des Umfangs des Rotors (12) in einem Kranz (10) verteilten Schaufeln (14), die jeweils aufeinanderfolgend einen Schaufelfuß (16), eine Plattform (18) und ein Schaufelblatt (22) umfassen,
wobei zwei unmittelbar benachbarte Schaufeln (14) des Kranzes (10) ein Schaufelpaar (a, b, b' , b' ' , d, e, h) bilden und denen zumindest ein Dämpfungselement (A, B, B' , B' ' , D,
E, H) zugeordnet ist und, welche (s)
durch eine in radialer Richtung (R) wirkende Zentrifugalkraft bei einer Rotation des Rotors (12) um eine
Rotorachse das jeweilige Dämpfungselement (A, B, B' , B' ' , D, E, H) mit den Plattformen (18) der beiden Schaufeln (14) des ihm zugeordneten Schaufelpaares (a, b, b' , b' ' , d, e, h) in Kontakt treten,
dadurch gekennzeichnet, dass
zum Verstellen der Eigenfrequenzen der Schaufeln (14) der Schaufelkranz (10) mindestens zwei Schaufelpaare (a, b, b' , b' ' , d, e, h) mit unterschiedlichen Dämpfungselementen (A, B, B' , B' ' , D, E, H) aufweist.
2. Schaufelanordnung (11) nach Anspruch 1,
bei dem jede Schaufel (14) des Kranzes (10) zwei Schaufel¬ paaren (a, b, b' , b' ' , d, e, h) zugeordnet ist sowie zwei oder mehr Gruppen (24, 26, 27) von Schaufelpaaren (a, b, b' , b' ' , d, e, h) vorgesehen sind,
innerhalb derer die Dämpfungselemente (A, B, B' , B' ' , D, E, H) jeweils identisch sind und
deren Dämpfungselemente (A, B, B' , B' ' , D, E, H) sich von Gruppe (24, 26, 27) zu Gruppe (24, 26, 27) unterscheiden.
3. Schaufelanordnung (11) nach Anspruch 2,
bei der eine erste Gruppe (24) und eine zweite Gruppe (26) von Schaufelpaaren (a, b bzw. a, b' bzw. e, h) vorgesehen sind, wobei ein Großteil der Schaufelpaare (a bzw. b, b' bzw. e) oder jedes Schaufelpaar (a bzw. b, b' bzw. e) der einen Gruppe (24 bzw. 26) in Umfangsrichtung (U) gesehen von zwei Schaufelpaaren (b, b' bzw. a bzw. h) der anderen Gruppe (26 bzw. 24) benachbart ist.
4. Schaufelanordnung (11) nach Anspruch 2,
bei der eine erste Gruppe (24) und eine zweite Gruppe (26) von Schaufelpaaren (a, b' ' ) vorgesehen sind,
wobei ein Großteil der Schaufelpaare (a bzw. b' ' ) oder je¬ des Schaufelpaar (a bzw. b' ' ) der einen Gruppe (24 bzw. 26) von einem Schaufelpaar (a bzw. b' ' ) der einen Gruppe (24 bzw. 26) und einem Schaufelpaar (b' ' bzw. a) der anderen Gruppe (26 bzw. 24) benachbart ist.
5. Schaufelanordnung (11) nach Anspruch 2,
bei der eine erste Gruppe (24), eine zweite Gruppe (26) und eine dritte Gruppe (27) von Schaufelpaaren (a, b, d) vorge¬ sehen sind,
wobei ein Großteil der Schaufelpaare (a bzw. b bzw. d) oder jedes Schaufelpaar einer Gruppe (24 bzw. 26 bzw. 27) von zwei Schaufelpaaren (b, d bzw. a, d bzw. a, b) benachbart ist, die jeweils einer der anderen beiden Gruppen (26, 27 bzw. 24, 27 bzw. 24, 26) zugehörig sind.
6. Schaufelanordnung (11) nach einem der vorangehenden
Ansprüche,
bei der die unterschiedlichen Dämpfungselemente (A, B, B' , B' ' , D, E, H) sich hinsichtlich der Größe, der Masse, der Querschnittskontur, des Materials und/oder der Art des Koppelkontakts zu den Schaufeln (14) hin unterscheiden.
7. Schaufelanordnung (11) nach einem der vorangehenden
Ansprüche,
bei der das Dämpfungselement (H) eines Schaufelpaares (h) mehrteilig ausgebildet ist.
8. Gasturbine mit einer Schaufelanordnung 11 nach einem der Ansprüche 1 bis 7.
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