EP2615246A1 - Stator blade ring, stator blade segment, method for producing a stator blade segment and a flow engine - Google Patents

Stator blade ring, stator blade segment, method for producing a stator blade segment and a flow engine Download PDF

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EP2615246A1
EP2615246A1 EP12151224.8A EP12151224A EP2615246A1 EP 2615246 A1 EP2615246 A1 EP 2615246A1 EP 12151224 A EP12151224 A EP 12151224A EP 2615246 A1 EP2615246 A1 EP 2615246A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
damping element
damping
guide vane
segment
vane
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP12151224.8A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Peter Geiger
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MTU Aero Engines AG
Original Assignee
MTU Aero Engines 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 MTU Aero Engines GmbH filed Critical MTU Aero Engines GmbH
Priority to EP12151224.8A priority Critical patent/EP2615246A1/en
Publication of EP2615246A1 publication Critical patent/EP2615246A1/en
Withdrawn legal-status Critical Current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
    • F01D25/00—Component parts, details, or accessories, not provided for in, or of interest apart from, other groups
    • F01D25/24—Casings; Casing parts, e.g. diaphragms, casing fastenings
    • F01D25/246—Fastening of diaphragms or stator-rings
    • 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
    • F01D9/00—Stators
    • F01D9/02—Nozzles; Nozzle boxes; Stator blades; Guide conduits, e.g. individual nozzles
    • F01D9/04—Nozzles; Nozzle boxes; Stator blades; Guide conduits, e.g. individual nozzles forming ring or sector
    • F01D9/042—Nozzles; Nozzle boxes; Stator blades; Guide conduits, e.g. individual nozzles forming ring or sector fixing blades to stators
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2260/00—Function
    • F05D2260/96—Preventing, counteracting or reducing vibration or noise

Definitions

  • the invention relates to a guide vane ring with a plurality of vane segments, a vane segment for such a vane ring, a method for producing a vane segment and a turbomachine.
  • Turbomachines such as aircraft engines often have one or more damping devices for vibration damping or detuning of their rotor blades and guide vanes.
  • the patent DE 4015206 C1 known to clamp blades of a blade ring over their shrouds with each other.
  • the shrouds for example, a Z-like shape with two power transmission surfaces for mutual mechanical coupling.
  • EP 0 511 022 B1 It is known to guide a wire-like damping element through blades of a blade ring and thus to clamp the individual blades together.
  • the damping elements are moved radially outward due to the centrifugal force and thus cause a mechanical coupling of the shrouds.
  • damping elements it is known to perform damping elements as a friction damper.
  • the damping elements are arranged to be movable in the axial direction in shovel-neck-side cavities.
  • the damping elements perform frictional movements, which cause a vibration damping or detuning of the respective blade.
  • a known variant of a vane-side vibration damping or detuning provides to arrange a guide ring on an inner ring and a plurality of resilient damping elements.
  • the inner ring consists of individual arc segments, which are positively pushed onto inner cover bands of the guide blade segments of the guide blade ring.
  • spring-like friction dampers are clamped between the inner cover strips and the arc segments.
  • adversely At this type of vibration damping is the complex assembly of the bow segments and the friction damper.
  • the arcuate segments and the friction dampeners have to meet constructive conditions to enable assembly, which require compromises in terms of damping or detuning.
  • the overall height and the weight of the assembled guide blade ring are increased by the inner ring.
  • the object of the invention is to provide a vane ring for vibration damping or detuning of adjacent vane segments, which eliminates the aforementioned disadvantages and whose vane segments are optimally damped or detuned. Furthermore, it is an object of the invention to provide a vane segment for such a vane ring and a method for producing such a vane segment. It is another object of the invention to provide a turbomachine whose guide vane segments are optimally damped or detuned at least one vane ring.
  • a guide vane ring according to the invention has a plurality of vane segments, on whose adjacent inner end tapes alternately at least one damping element and at least one damping element receptacle are integrally formed.
  • the damping elements are guided in the circumferential direction over opposite side edges of the adjacent êtendeckb selected out and clamped with their respective protruding friction portion frictionally in the damping element recording.
  • Such a guide blade ring is characterized by a simplified assembly, as eliminates the assembly of a separate inner ring and separate damping elements by the integral design of the damping elements and the damping element receiving.
  • the weight and the height of the guide blade ring are reduced by the integral design of the damping elements and the damping elements recording.
  • the integral and in particular by the generative design of the damping elements and the damping element receiving an optimal structural and geometric design of these components, so that required damping properties can be optimally adjusted. Compromises in constructive and geometric terms as in the above-described prior art need not be discussed.
  • the damping element receptacles can each be formed by a section of the inner cover tapes and in each case by a cover strip projection which extends from the respective inner cover tape and has a circumferentially extending free body section.
  • an open in the circumferential direction pocket is formed, in which the respective damping element is securely received.
  • this type of damping element accommodation allows tolerance compensation and relative movements of the adjacent inner cover strips in the circumferential direction, so that thermal expansions acting in the circumferential direction are compensated for and distortions between the guide blade segments in the inner cover strip area are prevented. Locking of the adjacent vane segments in the circumferential direction by the damping elements and the damping element receiving is effectively avoided.
  • the so-called pocket is also open in the axial direction, so that even in the axial direction acting thermal expansions can be compensated.
  • either the damping elements or the damping element recordings can be designed to be resilient.
  • component and assembly tolerances and also relative movements of the inner cover strips or the guide blade segments in the radial direction can be compensated.
  • a locking of the adjacent vane segments in the circumferential direction by the damping elements and the damping element recordings is thus effectively avoided.
  • the friction effect and thus the degree of damping can be accurately adjusted by the resilient design of the damping elements or the damping elements recordings.
  • the damping elements are resiliently formed, the damping elements in each case rest on the outside of the respectively adjacent inner cover tape and thus be braced directly with the adjacent inner cover tape, so that in each case a frictional contact is created.
  • the damping element receptacles may then only each as one of the vane blades be turned away or a rotor hub facing outer surface portion of the inner shroud be formed. The formation of pockets is not necessary in this embodiment.
  • the damping elements and the damping element receptacles may be resilient. This creates the greatest possible flexibility with regard to the component tolerances and relative movements in the radial direction. In particular, this can each have a greater immersion in the radial direction (thickness) than the Dämpfungs institutenfact (height), so that upon insertion of the respective friction portion, the damping elements shots widened and two friction contacts are created each immersed in the damping element recordings friction portion. Namely, a radially outer frictional contact between an outer surface portion of the êtendeckb selected and the friction portions and a radially inner frictional contact between the shroud projections and the friction portions.
  • the resilient design of the damping elements and / or the damping element receptacles can be adjusted by a separate material structure of the damping elements and / or the damping element recordings.
  • the damping elements and / or the damping element receiving at least partially on a cellular material structure.
  • Cellular means chamber-like, honeycomb-like, grid-like, auxetic and the like.
  • An inventive vane segment has at least one inner cover band side damping element and / or at least one inner cover band side damping element receiver.
  • the vane segment has a damping element and a damping element receptacle remote therefrom.
  • Such a vane segment has the advantage that when mounting the vane ring from the perspective of the damping element or the damping element receiving the vane segments can be arbitrarily arranged side by side and thus does not pay attention to a special mounting position.
  • the vane segment has either only damping elements or only damping element receptacles.
  • the at least one damping element and / or the at least one damping element receptacle is formed as an integral, generative blade section.
  • the integral generative design of the at least one damping element and the at least one damping element receiving these are formed in one step with the vane segment, thereby eliminating a subsequent connection of the same to the vane segment.
  • the generative production also allows a flexible shape and in particular a shape and positioning of the damping element and / or the damping element receiving, which allows optimal mutual damping or detuning.
  • process parameters for forming the damping element and / or the damping element receptacle can be adjusted individually. As a result, they can be provided with a different internal structure or material structure than the actual blade segment and thus with their own specific properties. The material structure and thus the structural stability of the damping element and / or the damping element receiving the guide vane segment can thus be optimally adapted to the particular technical requirements to be met despite a uniform material.
  • a generative auxiliary structure can be constructed for producing the vane segment, from which the vane segment is separated after production.
  • a preferred turbomachine has at least one guide vane ring according to the invention.
  • Such a turbomachine is characterized by an optimal damping or detuning of the vane segments of this guide vane ring.
  • FIG. 1 a front view of a portion of a guide vane ring 1 according to the invention.
  • the guide blade ring 1 is arranged on the housing side in a turbomachine such as an aircraft engine and surrounds a rotor hub, not shown, of the turbomachine.
  • the vane ring 1 has a multiplicity of vane segments 2, 2 ', 2 "which each have a multiplicity of vane blades 4, an outer shroud 6 and an inner shroud 8.
  • a blade segment 2, 2 ', 2 is also understood to mean a blade segment having only one blade 4 and thus a blade.
  • stator blade segments 2, 2 ', 2 between the stator blade segments 2, 2', 2" side or circumferential gaps 7, 9 and 7 ', 9' located in the mounted Condition minimized and in particular closed.
  • the guide blade segments 2, 2 ', 2 are arranged side by side viewed in the circumferential direction and connected to each other via one damping device 10, 10', each with a damping element 12 and a damping element receiving 14 'force or frictionally engaged.
  • the damping devices 10, 10 ' are arranged in the region of a side facing away from the blades 4 or one of the rotor hub zugwandten shroud outer surface 16 and serve for mutual vibration damping or detuning of the adjacent Leitschaufelsegmente 2, 2' and 2 ', 2 ".
  • damping element 12 and a damping element receptacle 14 of the in FIG. 1 shown left blade segment 2 in the FIGS. 2 to 6 representative of all damping devices 10, 10 'and blade segments 2, 2', 2 "explained.
  • the damping element 12 is formed integrally and in particular generatively with the inner shroud 8 and thus with the Leitschaufelsegment 2. As shown in FIG. 2 the damping element 12 is arranged in the right edge region of the inner cover tape 8. It has a foot portion 18, a spring portion 20 and a friction portion 22. The foot portion 18 extends from the shroud outer surface 16 and merges into the spring portion 18 extending away from the shroud outer surface 16.
  • the spring section 20 merges into the friction section 22, which extends in the circumferential direction and is guided beyond a right-hand side edge 24 of the inner cover strip 8. In the embodiment shown, the thus free or projecting friction portion 22 is oriented clockwise. It has an elongated cross section with a friction surface 26 facing away from the blade blades 4 and is spaced from the outer shroud surface 16 due to the spring portion 20.
  • the spring portion 20 causes a spring action or relative mobility of the friction portion 22 in the radial direction to the inner shroud 8.
  • the spring portion 20 has a cellular material structure.
  • the damping element 12 preferably has a cellular material structure over all element sections 18, 20, 22. Exemplary cellular material structures are described in U.S. Pat FIGS. 3, 4 and 5 shown.
  • the damping element 12 for example, a honeycomb-like ( FIG. 3 ), an auxetic ( FIG. 4 ) or a lattice-like material structure ( FIG. 5 ) on.
  • the material of the damping element 12 is equal to the material of the inner shroud 8 and thus equal to the material of the vane segment Second
  • the damping element receptacle 14 serves to receive the friction section 22 of a damping element of an adjacent blade segment. It is according to FIG. 2 arranged in the left edge region of the inner cover tape 8 and thus positioned away from the damping element 12. It is formed by a section 28 of the inner cover strip 8 and by a shroud projection 30.
  • the shroud projection 30 is formed integrally and in particular generatively with the inner shroud 8 and thus with the Leitschaufelsegment 2. It has a foot portion 32 and a free body portion 34.
  • the foot portion 32 extends radially from the shroud outer surface 16 and into the free body portion 34.
  • the free body portion 34 extends in the circumferential direction opposite to the damping element 12 and is thus oriented in the counterclockwise direction.
  • the damping element receptacle 14 is rigid or not resilient.
  • a radial distance between the respective portion 28 and the body portion 34 is greater than an extension of the friction portion 22 in the radial direction (thickness).
  • each damping element receptacle 14 has a greater extent in the circumferential direction (depth) than the respectively received friction sections 22 (length) measured from the side edge 36 to the bottom 40 (damper element receptacle 14) and from the side edge 24 to the Reibabismesvorderkante 42 (damping element 12).
  • the friction portions 22 are thus always with its front edge 42 'in the assembled state of the base 40 "of the respective damping element receiving 14" spaced.
  • the damping element 12 and the damping element receptacle 14 are made integral with the vane segment 2 by means of a generative process.
  • a suitable metal powder is applied in layers to a base plate 44 and generates an auxiliary structure 46 by means of a high-energy beam such as an electron beam or a laser beam.
  • the high-energy beam is guided in each case over the upper powder layer, whereby it is melted and connected to the preceding powder layer.
  • the auxiliary structure 46 allows a compensation of, for example, unevenness of the base plate 44 and a gradual structure overlying structures and thus the creation of a defined reference plane for the vane segment 2.
  • the auxiliary structure 46 acts as a support for stabilizing the vane segment 2 in the generative production.
  • the guide blade segment 2 is constructed by altering the process parameters, preferably lying from a non-numbered segment front side to an unnumbered segment back side with the integrated damping element 12 and the integrated damping element receptacles 14 generative layers.
  • the damping element 12 and the damping element receptacle 14 are formed as a common rectangle.
  • the cellular or chamber-like material structure of the damping element 12 is produced by a variation of the manufacturing parameters and thus with individualized process parameters compared to the other segment sections such as the blades 4, the outer shroud 6, the inner shroud 8 and the damping element receptacle 14.
  • the friction surface 26 and / or the contact surface 38 are treated individually, for example, roughened or smoothed.
  • damping devices 10 The operation of the damping devices 10 is with reference to the Figures 1 and 2 as follows: In the in FIG. 1 shown mounted state of the vane ring 1 dive the Friction portions 22 of the damping elements 12 in the respective opposite damping element receptacle 14 'a. Due to the radial inner position of the friction surfaces 26 to the contact surfaces 38 of the shroud projections 30, the spring portions 20 are compressed during insertion of the friction portions 22 in the damping element receptacles 14 'and thus stretched. Consequently, the damping elements 12 are received with their friction portions 22 under bias and force fit in the damping element receptacles 14.
  • the friction portions 22 are due to their smaller extent in the radial direction as the damping element mounts 14 between the sections 28 and the body portions 34 spaced from the sections 28 via a respective radial gap.
  • their friction surfaces 26 are pressed radially inwardly against the contact surfaces 38 of the rigid body portions 34.
  • the surfaces 26, 38 are thus in force or frictional engagement, wherein the spring action of the spring portion 20 is such that component tolerances, mounting tolerances and different thermal expansions of the adjacent blade segments 2, 2 'are compensated, so that always a frictional engagement between the surfaces 26th , 38 is formed.
  • the surfaces 26, 38 rub against each other in a relative movement of the blade segments 2, 2 'due to, for example, vibrations in the circumferential direction, whereby a mutual detuning or damping of the adjacent guide blade segments 2, 2' takes place.
  • a guide vane ring with a plurality of vane segments on whose adjacent mecanicendeckb sectionsn alternately at least one damping element and at least one respective Dämpfungs institutenfacta a damping device is integrally formed, wherein the damping elements are guided in the circumferential direction over opposite side edges of the adjacent mecanicendeckb selected out and with their respective projecting friction portion are frictionally clamped in the damping element receiving a vane segment for such a vane ring, a method for producing such a vane segment and a turbomachine.

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

The guide vane ring (1) has multiple guide vane segments (2), at which damping elements (12) rotating adjacent inner cover band (8) and damping element receivers (14) are integrally formed. The damping elements are guided in the circumferential direction over opposite-lying side edges of the adjacent inner cover band. The damping elements are non-positively clamped in the damping element receivers with its respective projected friction portion. The damping elements or the damping element receivers have a cellular material structure. An independent claim is included for a method for manufacturing a guide vane segment of a guide vane ring.

Description

Die Erfindung betrifft einen Leitschaufelring mit einer Vielzahl von Leitschaufelsegmenten, ein Leitschaufelsegment für einen derartigen Leitschaufelring, ein Verfahren zur Herstellung eines Leitschaufelsegmentes sowie eine Strömungsmaschine.The invention relates to a guide vane ring with a plurality of vane segments, a vane segment for such a vane ring, a method for producing a vane segment and a turbomachine.

Strömungsmaschinen wie Flugzeugtriebwerke weisen zur Schwingungsdämpfung bzw. Verstimmung ihrer Lauf- und Leitschaufeln häufig ein oder mehrere Dämpfungseinrichtungen auf. So ist es aus dem Patent DE 4015206 C1 bekannt, Laufschaufeln eines Schaufelkranzes über ihre Deckbänder miteinander zu verspannen. Hierzu haben die Deckbänder beispielsweise eine Z-artige Gestalt mit jeweils zwei Kraftübertragungsflächen zur gegenseitigen mechanischen Kopplung. Aus dem Patent EP 0 511 022 B1 ist es bekannt, durch Schaufelblätter eines Laufschaufelkranzes ein drahtartiges Dämpfungselement zu führen und somit die einzelnen Laufschaufeln miteinander zu verspannen. Ferner ist es aus der Patentanmeldung EP 1 944 466 A1 bekannt, Dämpfungselemente in Taschen von benachbarten Deckbändern anzuordnen. Bei einer Rotation der Rotornabe bzw. des Rotors werden die Dämpfungselemente aufgrund der Fliehkraft radial nach außen bewegt und bewirken somit eine mechanische Kopplung der Deckbänder. Zudem ist es bekannt, Dämpfungselemente als Reibungsdämpfer auszuführen. Hierzu werden die Dämpfungselemente in Axialrichtung bewegbar in schaufelhalsseitigen Hohlräumen angeordnet. Bei einer Rotation des Rotors führen die Dämpfungselemente Reibbewegungen aus, die eine Schwingungsdämpfung bzw. Verstimmung der jeweiligen Laufschaufel bewirken.Turbomachines such as aircraft engines often have one or more damping devices for vibration damping or detuning of their rotor blades and guide vanes. So it is from the patent DE 4015206 C1 known to clamp blades of a blade ring over their shrouds with each other. For this purpose, the shrouds, for example, a Z-like shape with two power transmission surfaces for mutual mechanical coupling. From the patent EP 0 511 022 B1 It is known to guide a wire-like damping element through blades of a blade ring and thus to clamp the individual blades together. Furthermore, it is from the patent application EP 1 944 466 A1 known to arrange damping elements in pockets of adjacent shrouds. During a rotation of the rotor hub or the rotor, the damping elements are moved radially outward due to the centrifugal force and thus cause a mechanical coupling of the shrouds. In addition, it is known to perform damping elements as a friction damper. For this purpose, the damping elements are arranged to be movable in the axial direction in shovel-neck-side cavities. During a rotation of the rotor, the damping elements perform frictional movements, which cause a vibration damping or detuning of the respective blade.

Eine bekannte Variante einer leitschaufelseitigen Schwingungsdämpfung bzw. Verstimmung sieht vor, an einem Leitschaufelring einen Innenring und eine Vielzahl von federnden Dämpfungselementen anzuordnen. Der Innenring besteht aus einzelnen Bogensegmenten, die formschlüssig auf Innendeckbänder der Leitschaufelsegmente des Leitschaufelrings aufgeschoben werden. Zur Verspannung des Innenrings mit den Innendeckbändern werden zwischen den Innendeckbändern und den Bogensegmenten federartige Reibungsdämpfer eingespannt. Nachteilig an dieser Art der Schwingungsdämpfung ist die aufwendige Montage der Bogensegmente sowie der Reibungsdämpfer. Ferner müssen die Bogensegmente und die Reibungsdämpfer zur Ermöglichung der Montage konstruktive Bedingungen erfüllen, die Kompromisse hinsichtlich der Dämpfung bzw. Verstimmung erfordern. Zum anderen werden durch den Innenring die Bauhöhe sowie das Gewicht des montierten Leitschaufelringes erhöht.A known variant of a vane-side vibration damping or detuning provides to arrange a guide ring on an inner ring and a plurality of resilient damping elements. The inner ring consists of individual arc segments, which are positively pushed onto inner cover bands of the guide blade segments of the guide blade ring. To clamp the inner ring with the inner cover strips, spring-like friction dampers are clamped between the inner cover strips and the arc segments. adversely At this type of vibration damping is the complex assembly of the bow segments and the friction damper. Furthermore, the arcuate segments and the friction dampeners have to meet constructive conditions to enable assembly, which require compromises in terms of damping or detuning. On the other hand, the overall height and the weight of the assembled guide blade ring are increased by the inner ring.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen Leitschaufelring zur Schwingungsdämpfung bzw. Verstimmung von benachbarten Leitschaufelsegmenten zu schaffen, der die vorgenannten Nachteile beseitigt und dessen Leitschaufelsegmente optimal gedämpft bzw. verstimmt sind. Des Weiteren ist es Aufgabe der Erfindung, ein Leitschaufelsegment für einen derartigen Leitschaufelring sowie ein Verfahren zur Herstellung eines derartigen Leitschaufelsegmentes zu schaffen. Ferner ist es Aufgabe der Erfindung, eine Strömungsmaschine zu schaffen, deren Leitschaufelsegmente zumindest eines Leitschaufelringes optimal gedämpft bzw. verstimmt sind.The object of the invention is to provide a vane ring for vibration damping or detuning of adjacent vane segments, which eliminates the aforementioned disadvantages and whose vane segments are optimally damped or detuned. Furthermore, it is an object of the invention to provide a vane segment for such a vane ring and a method for producing such a vane segment. It is another object of the invention to provide a turbomachine whose guide vane segments are optimally damped or detuned at least one vane ring.

Diese Aufgabe wird gelöst durch einen Leitschaufelring mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1, durch ein Leitschaufelsegment mit den Merkmalen des Patentanspruchs 6, durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 7 sowie durch eine Strömungsmaschine mit den Merkmalen des Patentanspruchs 10.This object is achieved by a guide blade ring having the features of patent claim 1, by a stator blade segment having the features of patent claim 6, by a method having the features of patent claim 7 and by a turbomachine having the features of patent claim 10.

Ein erfindungsgemäßer Leitschaufelring hat eine Vielzahl von Leitschaufelsegmenten, an deren benachbarten Innendeckbändern abwechselnd zumindest ein Dämpfungselement und zumindest jeweils eine Dämpfungselementenaufnahme integral ausgebildet sind. Die Dämpfungselemente sind in Umfangsrichtung über gegenüberliegende Seitenkanten der benachbarten Innendeckbänder hinaus geführt und mit ihrem jeweils vorspringenden Reibabschnitt kraftschlüssig in der Dämpfungselementenaufnahme eingespannt.A guide vane ring according to the invention has a plurality of vane segments, on whose adjacent inner end tapes alternately at least one damping element and at least one damping element receptacle are integrally formed. The damping elements are guided in the circumferential direction over opposite side edges of the adjacent Innenendeckbänder out and clamped with their respective protruding friction portion frictionally in the damping element recording.

Ein derartiger Leitschaufelring zeichnet sich durch eine vereinfachte Montage aus, da durch die integrale Ausbildung der Dämpfungselemente und der Dämpfungselementenaufnahme eine Montage eines separaten Innenrings und separater Dämpfungselemente entfällt. Zudem werden durch die integrale Ausbildung der Dämpfungselemente und der Dämpfungselementenaufnahme das Gewicht sowie die Bauhöhe des Leitschaufelringes reduziert. Ferner kann durch die integrale und insbesondere durch die generative Ausbildung der Dämpfungselemente und der Dämpfungselementenaufnahme eine optimale konstruktive und geometrische Gestaltung dieser Bauteile erfolgen, so dass geforderte Dämpfungseigenschaften optimal eingestellt werden können. Kompromisse in konstruktiver und geometrischer Hinsicht wie beim vorbeschriebenen Stand der Technik müssen nicht eingegangen werden.Such a guide blade ring is characterized by a simplified assembly, as eliminates the assembly of a separate inner ring and separate damping elements by the integral design of the damping elements and the damping element receiving. In addition, the weight and the height of the guide blade ring are reduced by the integral design of the damping elements and the damping elements recording. Furthermore, by the integral and in particular by the generative design of the damping elements and the damping element receiving an optimal structural and geometric design of these components, so that required damping properties can be optimally adjusted. Compromises in constructive and geometric terms as in the above-described prior art need not be discussed.

Die Dämpfungselementenaufnahmen können von jeweils einem Abschnitt der Innendeckbänder und jeweils einem Deckbandvorsprung gebildet sein, der sich von dem jeweiligen Innendeckband erstreckt und einen in Umfangsrichtung verlaufenden freien Körperabschnitt aufweist. Hierdurch wird eine in Umfangsrichtung geöffnete Tasche gebildet, in der das jeweilige Dämpfungselement sicher aufgenommen ist. Gleichzeitig ermöglicht diese Art der Dämpfungselementenaufnahme einen Toleranzausgleich und Relativbewegungen der benachbarten Innendeckbänder in Umfangsrichtung, so dass in Umfangsrichtung wirkende Wärmeausdehnungen ausgeglichen werden und Verzerrungen zwischen den Leitschaufelsegmenten im Innendeckbandbereich verhindert werden. Eine Verriegelung der benachbarten Leitschaufelsegmente in Umfangsrichtung durch die Dämpfungselemente und die Dämpfungselementenaufnahme wird wirkungsvoll vermieden. Vorteilhafterweise ist die sogenannte Tasche auch in Axialrichtung geöffnet, so dass auch in Axialrichtung wirkende Wärmeausdehnungen ausgeglichen werden können.The damping element receptacles can each be formed by a section of the inner cover tapes and in each case by a cover strip projection which extends from the respective inner cover tape and has a circumferentially extending free body section. As a result, an open in the circumferential direction pocket is formed, in which the respective damping element is securely received. At the same time, this type of damping element accommodation allows tolerance compensation and relative movements of the adjacent inner cover strips in the circumferential direction, so that thermal expansions acting in the circumferential direction are compensated for and distortions between the guide blade segments in the inner cover strip area are prevented. Locking of the adjacent vane segments in the circumferential direction by the damping elements and the damping element receiving is effectively avoided. Advantageously, the so-called pocket is also open in the axial direction, so that even in the axial direction acting thermal expansions can be compensated.

Zur Optimierung der Dämpfung bzw. der Verstimmung können entweder die Dämpfungselemente oder die Dämpfungselementenaufnahmen federnd ausgebildet sein. Hierdurch können Bauteil- und Montagetoleranzen und ebenso Relativbewegungen der Innendeckbänder bzw. der Leitschaufelsegmente in Radialrichtung ausgeglichen werden. Eine Verriegelung der benachbarten Leitschaufelsegmente in Umfangsrichtung durch die Dämpfungselemente und die Dämpfungselementenaufnahmen wird somit wirkungsvoll vermieden. Zudem kann durch die federnde Ausbildung der Dämpfungselemente oder der Dämpfungselementenaufnahmen die Reibwirkung und somit der Dämpfungsgrad genau eingestellt werden. Insbesondere können, wenn die Dämpfungselemente federnd ausgebildet sind, die Dämpfungselemente jeweils außen an dem jeweils benachbarten Innendeckband anliegen und somit unmittelbar mit dem benachbarten Innendeckband verspannt werden, so dass jeweils ein Reibkontakt geschaffen wird. Die Dämpfungselementenaufnahmen können dann lediglich jeweils als ein von den Leitschaufelblättern abgewandter bzw. einer Rotornabe zugewandter Außenflächenabschnitt des Innendeckbandes ausgebildet sein. Die Bildung von Taschen ist bei diesem Ausführungsbeispiel nicht notwendig.To optimize the damping or the detuning either the damping elements or the damping element recordings can be designed to be resilient. As a result, component and assembly tolerances and also relative movements of the inner cover strips or the guide blade segments in the radial direction can be compensated. A locking of the adjacent vane segments in the circumferential direction by the damping elements and the damping element recordings is thus effectively avoided. In addition, the friction effect and thus the degree of damping can be accurately adjusted by the resilient design of the damping elements or the damping elements recordings. In particular, when the damping elements are resiliently formed, the damping elements in each case rest on the outside of the respectively adjacent inner cover tape and thus be braced directly with the adjacent inner cover tape, so that in each case a frictional contact is created. The damping element receptacles may then only each as one of the vane blades be turned away or a rotor hub facing outer surface portion of the inner shroud be formed. The formation of pockets is not necessary in this embodiment.

Alternativ können die Dämpfungselemente und die Dämpfungselementenaufnahmen federnd ausgebildet sein. Hierdurch wird eine größtmögliche Flexibilität hinsichtlich der Bauteiltoleranzen und Relativbewegungen in Radialrichtung geschaffen. Insbesondere kann hierdurch jeweils ein in die Dämpfungselementenaufnahmen eintauchender Reibabschnitt der Dämpfungselemente eine größere Erstreckung in radialer Richtung (Dicke) als die Dämpfungselementenaufnahmen (Höhe) haben, so dass beim Einführen des jeweiligen Reibabschnitts die Dämpfungselementenaufnahmen geweitet und jeweils zwei Reibkontakte geschaffen werden. Und zwar jeweils ein radial äußerer Reibkontakt zwischen einem Außenflächenabschnitt der Innendeckbänder und den Reibabschnitten und ein radial innerer Reibkontakt zwischen den Deckbandvorsprüngen und den Reibabschnitten.Alternatively, the damping elements and the damping element receptacles may be resilient. This creates the greatest possible flexibility with regard to the component tolerances and relative movements in the radial direction. In particular, this can each have a greater immersion in the radial direction (thickness) than the Dämpfungselementenaufnahmen (height), so that upon insertion of the respective friction portion, the damping elements shots widened and two friction contacts are created each immersed in the damping element recordings friction portion. Namely, a radially outer frictional contact between an outer surface portion of the Innenendeckbänder and the friction portions and a radially inner frictional contact between the shroud projections and the friction portions.

Die federnde Ausbildung der Dämpfungselemente und/oder der Dämpfungselementenaufnahmen kann durch eine eigene Materialstruktur der Dämpfungselemente und/oder der Dämpfungselementenaufnahmen eingestellt sein. Bevorzugterweise weisen die Dämpfungselemente und/oder die Dämpfungselementenaufnahmen zumindest bereichsweise eine zelluläre Materialstruktur auf. Zellulär bedeutet dabei kammerartig, wabenartig, gitterartig, auxetisch und dergleichen.The resilient design of the damping elements and / or the damping element receptacles can be adjusted by a separate material structure of the damping elements and / or the damping element recordings. Preferably, the damping elements and / or the damping element receiving at least partially on a cellular material structure. Cellular means chamber-like, honeycomb-like, grid-like, auxetic and the like.

Ein erfindungsgemäßes Leitschaufelsegment hat zumindest ein innendeckbandseitiges Dämpfungselement und/oder zumindest eine innendeckbandseitige Dämpfungselementenaufnahme. Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel weist das Leitschaufelsegment ein Dämpfungselement und eine von diesem entfernt liegende Dämpfungselementenaufnahme auf. Ein derartiges Leitschaufelsegment hat den Vorteil, dass bei der Montage des Leitschaufelrings aus Sicht des Dämpfungselementes bzw. der Dämpfungselementenaufnahme die Leitschaufelsegmente willkürlich nebeneinander angeordnet werden können und somit nicht auf eine besondere Einbauposition zu achten ist. Bei einem alternativen Ausführungsbeispiel hat das Leitschaufelsegment entweder nur Dämpfungselemente oder nur Dämpfungselementenaufnahmen. Allerdings ist bei diesem Ausführungsbeispiel auf die jeweilige Einbauposition der Leitschaufelsegmente zu achten, um zu vermeiden, dass sich die Dämpfungselemente oder die Dämpfungselementenaufnahmen benachbarter Leitschaufelsegmente gegenüberliegen, wodurch eine Verspannung der benachbarten Leitschaufelsegmente nicht möglich wäre.An inventive vane segment has at least one inner cover band side damping element and / or at least one inner cover band side damping element receiver. In a preferred embodiment, the vane segment has a damping element and a damping element receptacle remote therefrom. Such a vane segment has the advantage that when mounting the vane ring from the perspective of the damping element or the damping element receiving the vane segments can be arbitrarily arranged side by side and thus does not pay attention to a special mounting position. In an alternative embodiment, the vane segment has either only damping elements or only damping element receptacles. However, in this embodiment, attention must be paid to the respective installation position of the guide blade segments, in order to avoid that the damping elements or the damping element receptacles of adjacent vane segments opposite, whereby a tension of the adjacent vane segments would not be possible.

Bei einem erfindungsgemäßen Verfahren zur Herstellung eines Leitschaufelsegmentes wird das zumindest eine Dämpfungselement und/oder die zumindest eine Dämpfungselementenaufnahme als ein integraler generativer Schaufelabschnitt ausgebildet.In a method according to the invention for producing a vane segment, the at least one damping element and / or the at least one damping element receptacle is formed as an integral, generative blade section.

Durch die integrale generative Ausbildung des zumindest einen Dämpfungselementes und der zumindest einen Dämpfungselementenaufnahme werden diese in einem Schritt mit dem Leitschaufelsegment ausgebildet, wodurch eine nachträgliche Anbindung derselben an das Leitschaufelsegment entfällt. Die generative Herstellung ermöglicht zudem eine flexible Form und insbesondere eine Form und Positionierung des Dämpfungselementes und/oder der Dämpfungselementenaufnahme, die eine optimale gegenseitige Dämpfung bzw. Verstimmung ermöglicht.Due to the integral generative design of the at least one damping element and the at least one damping element receiving these are formed in one step with the vane segment, thereby eliminating a subsequent connection of the same to the vane segment. The generative production also allows a flexible shape and in particular a shape and positioning of the damping element and / or the damping element receiving, which allows optimal mutual damping or detuning.

Bevorzugterweise können Verfahrensparametern zur Ausbildung des Dämpfungselementes und/oder der Dämpfungselementenaufnahme individuell eingestellt werden. Hierdurch können diese mit einer anderen Innenstruktur bzw. Materialstruktur als das eigentliche Schaufelsegment und somit mit eigenen, spezifischen Eigenschaften versehen werden. Die Materialstruktur und somit die Strukturstabilität des Dämpfungselementes und/oder der Dämpfungselementenaufnahme des Leitschaufelsegmentes können somit trotz eines einheitlichen Materials optimal an die jeweils zu erfüllenden technischen Anforderungen angepasst werden.Preferably, process parameters for forming the damping element and / or the damping element receptacle can be adjusted individually. As a result, they can be provided with a different internal structure or material structure than the actual blade segment and thus with their own specific properties. The material structure and thus the structural stability of the damping element and / or the damping element receiving the guide vane segment can thus be optimally adapted to the particular technical requirements to be met despite a uniform material.

Zur Schaffung einer Referenzebene und/oder einer das Leitschaufelsegment bei der Herstellung stützenden Stützstruktur kann zur Herstellung des Leitschaufelsegmentes eine generative Hilfsstruktur aufgebaut werden, von der das Leitschaufelsegment nach der Herstellung abgetrennt wird.In order to create a reference plane and / or a support structure supporting the vane segment during production, a generative auxiliary structure can be constructed for producing the vane segment, from which the vane segment is separated after production.

Eine bevorzugte Strömungsmaschine hat zumindest einen erfindungsgemäßen Leitschaufelring. Eine derartige Strömungsmaschine zeichnet sich durch eine optimale Dämpfung bzw. Verstimmung der Leitschaufelsegmente dieses Leitschaufelringes aus.A preferred turbomachine has at least one guide vane ring according to the invention. Such a turbomachine is characterized by an optimal damping or detuning of the vane segments of this guide vane ring.

Sonstige vorteilhafte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind Gegenstand weiterer Unteransprüche.Other advantageous embodiments of the invention are the subject of further subclaims.

Im Folgenden werden bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand stark vereinfachter schematischer Darstellungen näher erläutert. Es zeigen:

Figur 1
eine Draufsicht auf einen Abschnitt eines erfindungsgemäßen Leitschaufelrings,
Figur 2
eine Einzeldarstellung eines erfindungsgemäßen Leitschaufelsegmentes des Leitschaufelrings aus Figur 1,
Figuren 3, 4 und 5
beispielhafte Materialstrukturen eines Dämpfungselementes und/oder einer Dämpfungselementenaufnahme, und
Figur 6
einen Herstellungsschritt des Leitschaufelsegmentes.
In the following, preferred embodiments of the invention will be explained in more detail with reference to highly simplified schematic illustrations. Show it:
FIG. 1
a top view of a portion of a guide vane ring according to the invention,
FIG. 2
an individual view of a guide vane segment of the guide vane ring according to the invention FIG. 1 .
FIGS. 3, 4 and 5
exemplary material structures of a damping element and / or a damping element receiving, and
FIG. 6
a manufacturing step of the vane segment.

In Figur 1 ist eine Vorderansicht eines Abschnitts eines erfindungsgemäßen Leitschaufelrings 1 gezeigt. Der Leitschaufelring 1 ist gehäuseseitig in einer Strömungsmaschine wie ein Flugzeugtriebwerk angeordnet und umgreift eine nicht gezeigte Rotornabe der Strömungsmaschine. Der Leitschaufelring 1 hat eine Vielzahl von Leitschaufelsegmenten 2, 2', 2", die jeweils eine Vielzahl von Schaufelblättern 4, ein Außendeckband 6 sowie ein Innendeckband 8 aufweisen. Aus Gründen der Übersichtlichkeit ist nur ein Schaufelblatt 4, ein Außendeckband 6 sowie ein Innendeckband 8 beziffert. Im Sinne der Erfindung wird unter einem Laufschaufelsegment 2, 2', 2" auch ein Laufschaufelsegment mit lediglich einem Schaufelblatt 4 und somit eine Laufschaufel verstanden. Zudem sind aus Gründen der Übersichtlichkeit und insbesondere zur Verdeutlichung der einzelnen Leitschaufelsegmente 2, 2', 2" zwischen den Leitschaufelsegmenten 2, 2', 2" Seiten- bzw. Umfangsspalte 7, 9 bzw. 7', 9' eingezeichnet, die im montierten Zustand minimiert und insbesondere geschlossen sind. Die Leitschaufelsegmente 2, 2', 2" sind in Umfangsrichtung betrachtet nebeneinander angeordnet und über jeweils eine Dämpfungseinrichtung 10, 10' mit jeweils einem Dämpfungselement 12 und einer Dämpfungselementenaufnahme 14' kraft- bzw. reibschlüssig, miteinander verbunden.In FIG. 1 is shown a front view of a portion of a guide vane ring 1 according to the invention. The guide blade ring 1 is arranged on the housing side in a turbomachine such as an aircraft engine and surrounds a rotor hub, not shown, of the turbomachine. The vane ring 1 has a multiplicity of vane segments 2, 2 ', 2 "which each have a multiplicity of vane blades 4, an outer shroud 6 and an inner shroud 8. For reasons of clarity, only one airfoil 4, one outer shroud 6 and one inner shroud 8 are used For the purposes of the invention, a blade segment 2, 2 ', 2 "is also understood to mean a blade segment having only one blade 4 and thus a blade. In addition, for reasons of clarity and in particular for clarification of the individual stator blade segments 2, 2 ', 2 "between the stator blade segments 2, 2', 2" side or circumferential gaps 7, 9 and 7 ', 9' located in the mounted Condition minimized and in particular closed. The guide blade segments 2, 2 ', 2 "are arranged side by side viewed in the circumferential direction and connected to each other via one damping device 10, 10', each with a damping element 12 and a damping element receiving 14 'force or frictionally engaged.

Die Dämpfungseinrichtungen 10, 10' sind im Bereich einer von den Schaufelblättern 4 abgewandten bzw. einer der Rotornabe zugwandten Deckbandaußenfläche 16 angeordnet und dienen zur gegenseitigen Schwingungsdämpfung bzw. Verstimmung der jeweils benachbarten Leitschaufelsegmente 2, 2' bzw. 2', 2".The damping devices 10, 10 'are arranged in the region of a side facing away from the blades 4 or one of the rotor hub zugwandten shroud outer surface 16 and serve for mutual vibration damping or detuning of the adjacent Leitschaufelsegmente 2, 2' and 2 ', 2 ".

Im Folgenden werden das Dämpfungselement 12 und eine Dämpfungselementenaufnahme 14 des in Figur 1 gezeigten linken Laufschaufelsegmentes 2 in den Figuren 2 bis 6 stellvertretend für sämtliche Dämpfungseinrichtungen 10, 10' und Laufschaufelsegmente 2, 2', 2" erläutert.In the following, the damping element 12 and a damping element receptacle 14 of the in FIG. 1 shown left blade segment 2 in the FIGS. 2 to 6 representative of all damping devices 10, 10 'and blade segments 2, 2', 2 "explained.

Das Dämpfungselement 12 ist integral und insbesondere generativ mit dem Innendeckband 8 und somit mit dem Leitschaufelsegment 2 ausgebildet. Gemäß der Darstellung in Figur 2 ist das Dämpfungselement 12 im rechten Randbereich des Innendeckbandes 8 angeordnet. Es hat einen Fußabschnitt 18, einen Federabschnitt 20 und einen Reibabschnitt 22. Der Fußabschnitt 18 erstreckt sich von der Deckbandaußenfläche 16 und geht in den sich weg von der Deckbandaußenfläche 16 erstreckenden Federabschnitt 18 über. Der Federabschnitt 20 geht in den Reibabschnitt 22 über, der sich in Umfangsrichtung erstreckt und über eine rechte Seitenkante 24 des Innendeckbandes 8 hinaus geführt ist. In dem gezeigten Ausführungsbeispiel ist der somit freie bzw. vorspringende Reibabschnitt 22 im Uhrzeigersinn orientiert. Er hat einen länglichen Querschnitt mit einer von den Schaufelblättern 4 abgewandten Reibfläche 26 und ist aufgrund des Federabschnitts 20 von der Deckbandaußenfläche 16 beabstandet.The damping element 12 is formed integrally and in particular generatively with the inner shroud 8 and thus with the Leitschaufelsegment 2. As shown in FIG. 2 the damping element 12 is arranged in the right edge region of the inner cover tape 8. It has a foot portion 18, a spring portion 20 and a friction portion 22. The foot portion 18 extends from the shroud outer surface 16 and merges into the spring portion 18 extending away from the shroud outer surface 16. The spring section 20 merges into the friction section 22, which extends in the circumferential direction and is guided beyond a right-hand side edge 24 of the inner cover strip 8. In the embodiment shown, the thus free or projecting friction portion 22 is oriented clockwise. It has an elongated cross section with a friction surface 26 facing away from the blade blades 4 and is spaced from the outer shroud surface 16 due to the spring portion 20.

Der Federabschnitt 20 bewirkt eine Federwirkung bzw. relative Beweglichkeit des Reibabschnitts 22 in Radialrichtung zum Innendeckband 8. Hierzu hat zumindest der Federabschnitt 20 eine zelluläre Materialstruktur. Wie in den Figuren 1 und 2 gezeigt, weist das Dämpfungselement 12 bevorzugterweise über sämtliche Elementenabschnitte 18, 20, 22 eine zelluläre Materialstruktur auf. Beispielhafte zelluläre Materialstrukturen sind in den Figuren 3, 4 und 5 gezeigt. So weist das Dämpfungselement 12 bspw. eine honigwabenartige (Figur 3), eine auxetische (Figur 4) oder eine gitterartige Materialstruktur (Figur 5) auf. Selbstverständlich sind weitere Materialstrukturen wie Faltwaben und dergleichen vorstellbar. Das Material des Dämpfungselementes 12 ist gleich dem Material des Innendeckbandes 8 und somit gleich dem Material des Leitschaufelsegmentes 2.The spring portion 20 causes a spring action or relative mobility of the friction portion 22 in the radial direction to the inner shroud 8. For this purpose, at least the spring portion 20 has a cellular material structure. As in the Figures 1 and 2 As shown, the damping element 12 preferably has a cellular material structure over all element sections 18, 20, 22. Exemplary cellular material structures are described in U.S. Pat FIGS. 3, 4 and 5 shown. Thus, the damping element 12, for example, a honeycomb-like ( FIG. 3 ), an auxetic ( FIG. 4 ) or a lattice-like material structure ( FIG. 5 ) on. Of course, further material structures such as folded honeycomb and the like are conceivable. The material of the damping element 12 is equal to the material of the inner shroud 8 and thus equal to the material of the vane segment Second

Die Dämpfungselementenaufnahme 14 dient zur Aufnahme des Reibabschnitts 22 eines Dämpfungselementes eines benachbarten Laufschaufelsegments. Sie ist gemäß Figur 2 im linken Randbereich des Innendeckbandes 8 angeordnet und somit entfernt von dem Dämpfungselement 12 positioniert. Sie wird von einem Abschnitt 28 des Innendeckbandes 8 und von einem Deckbandvorsprung 30 gebildet. Der Deckbandvorsprung 30 ist integral und insbesondere generativ mit dem Innendeckband 8 und somit mit dem Leitschaufelsegment 2 ausgebildet. Er hat einen Fußabschnitt 32 sowie einen freien Körperabschnitt 34. Der Fußabschnitt 32 erstreckt sich in radialer Richtung von der Deckbandaußenfläche 16 und geht in den freien Körperabschnitt 34. Der freie Körperabschnitt 34 erstreckt sich in Umfangsrichtung entgegengesetzt zum Dämpfungselement 12 und ist somit im Gegenuhrzeigersinn orientiert. Er verläuft bis zur linken Seitenkante 36 und dient als Reibpartner für den Reibabschnitt 22. Hierzu hat er eine dem Abschnitt 28 des Innendeckbands 8 zugewandte Kontaktfläche 38. In Radialrichtung betrachtet ist die Reibfläche 26 des Dämpfungselementes 12 radial innenliegend zur Kontaktfläche 38 angeordnet. Der Deckenvorsprung 30 besteht aus dem gleichen Material wie das Innendeckband 8 und weist insbesondere die gleiche Materialstruktur wie das Innendeckband 8 auf. Somit ist die Dämpfungselementenaufnahme 14 starr bzw. nicht federnd ausgebildet. Um ein Fügen der federnden Reibabschnitte 22 mit den nicht nachgebenden Dämpfungselementenaufnahmen 14 zu ermöglichen, ist ein Radialabstand zwischen dem jeweiligen Abschnitt 28 und dem Körperabschnitt 34 (Höhe) größer als eine Erstreckung der Reibabschnitts 22 in Radialrichtung (Dicke).The damping element receptacle 14 serves to receive the friction section 22 of a damping element of an adjacent blade segment. It is according to FIG. 2 arranged in the left edge region of the inner cover tape 8 and thus positioned away from the damping element 12. It is formed by a section 28 of the inner cover strip 8 and by a shroud projection 30. The shroud projection 30 is formed integrally and in particular generatively with the inner shroud 8 and thus with the Leitschaufelsegment 2. It has a foot portion 32 and a free body portion 34. The foot portion 32 extends radially from the shroud outer surface 16 and into the free body portion 34. The free body portion 34 extends in the circumferential direction opposite to the damping element 12 and is thus oriented in the counterclockwise direction. It extends to the left side edge 36 and serves as a friction partner for the friction section 22. For this purpose, it has a section 28 of the inner cover tape 8 facing contact surface 38. Viewed in the radial direction, the friction surface 26 of the damping element 12 is disposed radially inwardly of the contact surface 38. The ceiling projection 30 consists of the same material as the inner cover tape 8 and in particular has the same material structure as the inner cover tape 8. Thus, the damping element receptacle 14 is rigid or not resilient. In order to allow joining of the resilient friction portions 22 with the non-yielding damping element receptacles 14, a radial distance between the respective portion 28 and the body portion 34 (height) is greater than an extension of the friction portion 22 in the radial direction (thickness).

Um Bauteiltoleranzen, Montagetoleranzen und Relativbewegung der Dämpfungselemente 12 und der Dämpfungselementenaufnahmen 14 in beide Umfangsrichtung (Uhrzeigersinn und Gegenuhrzeigersinn) zu ermöglichen, hat jede Dämpfungselementenaufnahme 14 eine größere Erstreckung in Umfangrichtung (Tiefe) als der jeweils aufzunehmende Reibabschnitte 22 (Länge), gemessen von der Seitenkante 36 bis zum Grund 40 (Dämpfungselementenaufnahme 14) sowie von der Seitenkante 24 bis zur Reibabschnittsvorderkante 42 (Dämpfungselement 12). Wie in Figur 1 gezeigt, sind die Reibabschnitte 22 somit stets mit ihrer Vorderkante 42' im montierten Zustand vom Grund 40" der jeweiligen Dämpfungselementenaufnahme 14" beabstandet.In order to enable component tolerances, assembly tolerances and relative movement of the damping elements 12 and the damping element receptacles 14 in both circumferential (clockwise and counterclockwise) directions, each damping element receptacle 14 has a greater extent in the circumferential direction (depth) than the respectively received friction sections 22 (length) measured from the side edge 36 to the bottom 40 (damper element receptacle 14) and from the side edge 24 to the Reibabschnittsvorderkante 42 (damping element 12). As in FIG. 1 shown, the friction portions 22 are thus always with its front edge 42 'in the assembled state of the base 40 "of the respective damping element receiving 14" spaced.

Wie in Figur 6 dargestellt, werden das Dämpfungselement 12 sowie die Dämpfungselementenaufnahme 14 integral mit dem Leitschaufelsegment 2 mittels eines generativen Verfahrens hergestellt. Hierzu wird ein geeignetes Metallpulver schichtweise auf eine Grundplatte 44 aufgebracht und eine Hilfsstruktur 46 mittels eines hoch energetischen Strahls wie ein Elektronenstrahl oder ein Laserstrahl erzeugt. Der hoch energetische Strahl wird in Bahnen jeweils über die obere Pulverschicht geführt, wodurch diese aufgeschmolzen und mit der vorhergehenden Pulverschicht verbunden wird. Die Hilfsstruktur 46 erlaubt einen Ausgleich von beispielsweise Unebenheiten der Grundplatte 44 und einen schrittweisen Aufbau darüber liegender Strukturen und somit die Schaffung einer definierten Referenzebene für das Leitschaufelsegment 2. Zudem wirkt die Hilfsstruktur 46 als Stütze zur Stabilisierung des Leitschaufelsegmentes 2 bei der generativen Herstellung.As in FIG. 6 As shown, the damping element 12 and the damping element receptacle 14 are made integral with the vane segment 2 by means of a generative process. For this purpose, a suitable metal powder is applied in layers to a base plate 44 and generates an auxiliary structure 46 by means of a high-energy beam such as an electron beam or a laser beam. The high-energy beam is guided in each case over the upper powder layer, whereby it is melted and connected to the preceding powder layer. The auxiliary structure 46 allows a compensation of, for example, unevenness of the base plate 44 and a gradual structure overlying structures and thus the creation of a defined reference plane for the vane segment 2. In addition, the auxiliary structure 46 acts as a support for stabilizing the vane segment 2 in the generative production.

Nach der Herstellung der Hilfsstruktur 44 wird das Leitschaufelsegment 2 durch Veränderung der Verfahrensparameter bevorzugterweise liegend von einer nicht bezifferten Segmentenvorderseite zu einer nicht bezifferten Segmentenhinterseite mit dem integrierten Dämpfungselement 12 und der integrierten Dämpfungselementenaufnahmen 14 generativ schichtweise aufgebaut. Der zeichnerischen Einfachheit halber sind das Dämpfungselement 12 und die Dämpfungselementenaufnahme 14 als ein gemeinsames Rechteck ausgebildet. Nach dem vollständigen Aufbau des Leitschaufelsegmentes 2 wird dieses von der Hilfsstruktur 46 getrennt.After the production of the auxiliary structure 44, the guide blade segment 2 is constructed by altering the process parameters, preferably lying from a non-numbered segment front side to an unnumbered segment back side with the integrated damping element 12 and the integrated damping element receptacles 14 generative layers. For the sake of simplicity of drawing, the damping element 12 and the damping element receptacle 14 are formed as a common rectangle. After the complete construction of the vane segment 2, this is separated from the auxiliary structure 46.

Die zelluläre bzw. kammerartige Materialstruktur des Dämpfungselementes 12 wird durch eine Variation der Herstellparameter und somit mit individualisierten Verfahrensparametern gegenüber den sonstigen Segmentenabschnitten wie den Schaufelblättern 4, dem Außendeckband 6, dem Innendeckband 8 sowie der Dämpfungselementenaufnahme 14 hergestellt.The cellular or chamber-like material structure of the damping element 12 is produced by a variation of the manufacturing parameters and thus with individualized process parameters compared to the other segment sections such as the blades 4, the outer shroud 6, the inner shroud 8 and the damping element receptacle 14.

Abschließend können zur Einstellung bzw. Erhöhung oder Verringerung des Reibwertes die Reibfläche 26 und oder die Kontaktfläche 38 einzeln behandelt, bspw. aufgeraut oder geglättet werden.Finally, for adjusting or increasing or decreasing the coefficient of friction, the friction surface 26 and / or the contact surface 38 are treated individually, for example, roughened or smoothed.

Die Funktionsweise der Dämpfungseinrichtungen 10 ist mit Bezugnahme auf die Figuren 1 und 2 wie folgt: In dem in Figur 1 gezeigten montierten Zustand des Leitschaufelrings 1 tauchen die Reibabschnitte 22 der Dämpfungselemente 12 in die jeweils gegenüberliegende Dämpfungselementenaufnahme 14' ein. Aufgrund der radialen Innenposition der Reibflächen 26 zu den Kontaktflächen 38 der Deckbandvorsprünge 30 werden beim Einführen der Reibabschnitte 22 in die Dämpfungselementenaufnahmen 14' die Federabschnitte 20 gestaucht und somit gespannt. Folglich sind die Dämpfungselemente 12 mit ihren Reibabschnitten 22 unter Vorspannung und kraftschlüssig in den Dämpfungselementenaufnahmen 14 aufgenommen. Die Reibabschnitte 22 sind aufgrund ihrer kleineren Erstreckung in Radialrichtung als die Dämpfungselementenaufnahmen 14 zwischen den Abschnitten 28 und den Körperabschnitten 34 von den Abschnitten 28 über jeweils einen Radialspalt beabstandet. Insbesondere werden ihre Reibflächen 26 radial nach innen gegen die Kontaktflächen 38 der starren Körperabschnitte 34 gedrückt. Die Flächen 26, 38 befinden sich somit im Kraft- bzw. Reibschluss, wobei die Federwirkung des Federabschnitt 20 derart ist, dass Bauteiltoleranzen, Montagetoleranzen und unterschiedliche Wärmeausdehnungen der benachbarten Laufschaufelsegmente 2, 2' ausgeglichen werden, so dass stets ein Reibschluss zwischen den Flächen 26, 38 gebildet ist. Im Betrieb reiben die Flächen 26, 38 bei einer Relativbewegung der Laufschaufelsegmente 2, 2' infolge zum Beispiel von Vibrationen in Umfangsrichtung aneinander, wodurch eine gegenseitige Verstimmung bzw. Dämpfung der benachbarten Leitschaufelsegmente 2, 2' erfolgt.The operation of the damping devices 10 is with reference to the Figures 1 and 2 as follows: In the in FIG. 1 shown mounted state of the vane ring 1 dive the Friction portions 22 of the damping elements 12 in the respective opposite damping element receptacle 14 'a. Due to the radial inner position of the friction surfaces 26 to the contact surfaces 38 of the shroud projections 30, the spring portions 20 are compressed during insertion of the friction portions 22 in the damping element receptacles 14 'and thus stretched. Consequently, the damping elements 12 are received with their friction portions 22 under bias and force fit in the damping element receptacles 14. The friction portions 22 are due to their smaller extent in the radial direction as the damping element mounts 14 between the sections 28 and the body portions 34 spaced from the sections 28 via a respective radial gap. In particular, their friction surfaces 26 are pressed radially inwardly against the contact surfaces 38 of the rigid body portions 34. The surfaces 26, 38 are thus in force or frictional engagement, wherein the spring action of the spring portion 20 is such that component tolerances, mounting tolerances and different thermal expansions of the adjacent blade segments 2, 2 'are compensated, so that always a frictional engagement between the surfaces 26th , 38 is formed. In operation, the surfaces 26, 38 rub against each other in a relative movement of the blade segments 2, 2 'due to, for example, vibrations in the circumferential direction, whereby a mutual detuning or damping of the adjacent guide blade segments 2, 2' takes place.

Offenbart sind ein Leitschaufelring mit einer Vielzahl von Leitschaufelsegmenten, an deren benachbarten Innendeckbändern abwechselnd jeweils zumindest ein Dämpfungselement und zumindest jeweils eine Dämpfungselementenaufnahme einer Dämpfungseinrichtung integral ausgebildet ist, wobei die Dämpfungselemente in Umfangsrichtung über gegenüberliegende Seitenkanten der benachbarten Innendeckbänder hinaus geführt sind und mit ihrem jeweils vorspringenden Reibabschnitt kraftschlüssig in der Dämpfungselementenaufnahme eingespannt sind, ein Leitschaufelsegment für einen derartigen Leitschaufelring, ein Verfahren zur Herstellung eines derartigen Leitschaufelsegmentes sowie eine Strömungsmaschine.Disclosed are a guide vane ring with a plurality of vane segments, on whose adjacent Innenendeckbändern alternately at least one damping element and at least one respective Dämpfungselementenaufnahme a damping device is integrally formed, wherein the damping elements are guided in the circumferential direction over opposite side edges of the adjacent Innenendeckbänder out and with their respective projecting friction portion are frictionally clamped in the damping element receiving a vane segment for such a vane ring, a method for producing such a vane segment and a turbomachine.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11
Leitschaufelringvane ring
2, 2', 2"2, 2 ', 2 "
Leitschaufelsegmentvane segment
44
Schaufelblattairfoil
66
AußendeckbandOuter shroud
7, 7'7, 7 '
Seitenspaltside gap
88th
InndeckbandInndeckband
9, 9'9, 9 '
Seitenspaltside gap
10, 10'10, 10 '
Dämpfungseinrichtungattenuator
1212
Dämpfungselementdamping element
14, 14"14, 14 "
DämpfungselementenaufnahmeDamping elements recording
1616
DeckbandaußenflächeShroud outer surface
1818
Fußabschnittfoot section
2020
Federabschnittspring section
2222
Reibabschnittfriction portion
2424
Seitenkanteside edge
2626
Reibflächefriction surface
2828
Abschnittsection
3030
DeckbandvorsprungShroud edge
3232
Fußabschnittfoot section
3434
freier Körperabschnittfree body section
3636
Seitenkanteside edge
3838
Kontaktflächecontact area
40, 40"40, 40 "
Grundreason
42, 42'42, 42 '
ReibabschnittsvorderkanteReibabschnittsvorderkante
4444
Grundplattebaseplate
4646
Hilfsstrukturauxiliary structure

Claims (10)

Leitschaufelring (1) mit einer Vielzahl von Leitschaufelsegmenten (2), an deren benachbarten Innendeckbändern (8) abwechselnd jeweils zumindest ein Dämpfungselement (12) und zumindest jeweils eine Dämpfungselementenaufnahme (14) integral ausgebildet ist, wobei die Dämpfungselemente (12) in Umfangsrichtung über gegenüberliegende Seitenkanten (24, 36) der benachbarten Innendeckbänder (8) hinaus geführt sind und mit ihrem jeweils vorspringenden Reibabschnitt (22) kraftschlüssig in der Dämpfungselementenaufnahme (14) eingespannt sind.Guide vane ring (1) with a plurality of vane segments (2), on the adjacent Innenendeckbändern (8) alternately at least one damping element (12) and at least one respective Dämpfungselementenaufnahme (14) is integrally formed, wherein the damping elements (12) in the circumferential direction over opposite Side edges (24, 36) of the adjacent Innenendeckbänder (8) out and are clamped with their respective projecting friction portion (22) non-positively in the Dämpfungselementenaufnahme (14). Leitschaufelring nach Anspruch 1, wobei die Dämpfungselementenaufnahmen (14) von jeweils einem Abschnitt (28) der Innendeckbänder (8) und jeweils einem Deckbandvorsprung (30) gebildet sind, der sich von dem jeweiligen Innendeckband (8) erstreckt und einen in Umfangsrichtung verlaufenden freien Körperabschnitt (34) aufweist.A vane ring according to claim 1, wherein the damping element receivers (14) are each formed by a portion (28) of the inner shrouds (8) and each shroud projection (30) extending from the respective inner shroud (8) and a circumferentially extending free body portion (34). Leitschaufelring nach Anspruch 1 oder 2, wobei entweder die Dämpfungselemente (12) oder die Dämpfungselementenaufnahmen (14) federnd ausgebildet sind.Guide vane ring according to claim 1 or 2, wherein either the damping elements (12) or the damping element receptacles (14) are resilient. Leitschaufelring nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Dämpfungselemente (12) und die Dämpfungselementenaufnahmen (14) federnd ausgebildet sind.Guide vane ring according to claim 1 or 2, wherein the damping elements (12) and the damping element receptacles (14) are resilient. Leitschaufelring nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Dämpfungselemente (12) und/oder die Dämpfungselementenaufnahmen (14) zumindest bereichsweise eine zelluläre Materialstruktur aufweisen.Guide vane ring according to one of the preceding claims, wherein the damping elements (12) and / or the damping element receptacles (14) at least partially have a cellular material structure. Leitschaufelsegment (2) für einen Leitschaufelring (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche mit zumindest einem innendeckbandseitigen Dämpfungselement (12) und/oder mit zumindest einer innendeckbandseitigen Dämpfungselementenaufnahme (14).Guide vane segment (2) for a guide vane ring (1) according to any one of the preceding claims with at least one inner cover band side damping element (12) and / or with at least one inner cover band side damping element receptacle (14). Verfahren zur Herstellung eines Leitschaufelsegments (2) nach Anspruch 6, wobei das zumindest eine Dämpfungselement (12) und/oder die zumindest eine Dämpfungselementenaufnahme (14) als ein integraler generativer Schaufelabschnitt ausgebildet wird.A method of producing a vane segment (2) according to claim 6, wherein the at least one damping element (12) and / or the at least one damping element receptacle (14) is formed as an integral generative blade section. Verfahren nach Anspruch 8, wobei zur Ausbildung des Dämpfungselements (12) und/oder der Dämpfungselementenaufnahme (14) individuelle Verfahrensparameter eingestellt werden.Method according to Claim 8, wherein individual process parameters are set to form the damping element (12) and / or the damping element mount (14). Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, wobei zur Herstellung des Leitschaufelsegments (2) eine generative Hilfsstruktur (50) aufgebaut wird, von der das Leitschaufelsegment (2) nach der Herstellung abgetrennt wird.The method of claim 7 or 8, wherein for the manufacture of the vane segment (2) a generative auxiliary structure (50) is constructed, from which the vane segment (2) is separated after the production. Strömungsmaschine mit einem Leitschaufelring (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5.Turbomachine with a guide vane ring (1) according to one of claims 1 to 5.
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