EP2646656A1 - Dämpfungsmittel zum dämpfen einer schaufelbewegung einer turbomaschine - Google Patents

Dämpfungsmittel zum dämpfen einer schaufelbewegung einer turbomaschine

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EP2646656A1
EP2646656A1 EP11813768.6A EP11813768A EP2646656A1 EP 2646656 A1 EP2646656 A1 EP 2646656A1 EP 11813768 A EP11813768 A EP 11813768A EP 2646656 A1 EP2646656 A1 EP 2646656A1
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EP
European Patent Office
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damping means
turbomachine
blade
damping
rotor
Prior art date
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Granted
Application number
EP11813768.6A
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English (en)
French (fr)
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EP2646656B1 (de
Inventor
Carsten SCHÖNHOFF
Manfred Dopfer
Martin Pernleitner
Wilfried SCHÜTTE
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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
Publication of EP2646656A1 publication Critical patent/EP2646656A1/de
Application granted granted Critical
Publication of EP2646656B1 publication Critical patent/EP2646656B1/de
Active legal-status Critical Current
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
    • F01D25/00—Component parts, details, or accessories, not provided for in, or of interest apart from, other groups
    • F01D25/04—Antivibration arrangements
    • F01D25/06—Antivibration arrangements for preventing blade vibration
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D5/00—Blades; Blade-carrying members; Heating, heat-insulating, cooling or antivibration means on the blades or the members
    • F01D5/12—Blades
    • F01D5/22—Blade-to-blade connections, e.g. for damping vibrations
    • 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
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T29/00—Metal working
    • Y10T29/49—Method of mechanical manufacture
    • Y10T29/49316—Impeller making

Definitions

  • Damping means for damping a blade movement of a turbomachine
  • the invention relates to a damping means for damping a blade movement of a turbomachine according to the preamble of claim 1 and to a method for producing the damping means.
  • Turbomachines in particular gas or steam turbines, have a rotor and blades distributed over the circumference of the rotor, which are coupled to the rotor.
  • the blades must be designed to withstand, during operation of the turbine, a variety of stresses, such as e.g. withstand centrifugal forces, erosion corrosion and vibrations.
  • the vibrational stresses to which the present invention pertains may arise from a combination of the medium flowing through the turbine and the forces acting on the blades.
  • the blade vibrations can become longer in the long term
  • a damping means for a blade of a turbine in a recess of a blade platform is arranged.
  • the damping means has in
  • Axial normal cross section a triangular shape with rounded longitudinal edges.
  • the longitudinal edges each have a symmetrical crowned shape between the corners.
  • the damping means for damping the blade movement abuts an inner wall of the recess and a friction surface of another blade platform.
  • Turbomachine is set. This may result in a correspondingly shaped friction surface of the turbomachine that the damping means is applied unfavorably to the friction surface of the turbomachine.
  • the friction surface of the turbomachine may be formed such that the damping means only in a small Reibtrust Scheme on the friction surface of the Turbomachine is present. This leads to the fact that the frictional heat occurring during the damping of the blade movement can be dissipated only via the small friction contact region, which can lead to damage or wear of the damping means and / or the corresponding friction component of the turbomachine.
  • the object of the present invention is to improve the damping of a turbomachinery blade.
  • a damping means according to the preamble of claim 1 is further developed by the characterizing features.
  • Claim 10 protects a turbomachine in which the damping means is used.
  • Claim 11 provides a method of manufacturing the damping means under protection.
  • the damping means has at least one asymmetrically crowned side surface, which is provided for damping a blade movement of a turbomachine. Upon swinging of the blade during operation of the turbomachine, the swing motion of the blade is damped by friction of the side surface of the damping means with the friction surface of the turbomachine in the frictional contact region.
  • the asymmetrically convex side surface makes it possible to displace the friction contact region between the friction surface of the turbomachine and the side surface of the damping means into a more favorable region.
  • the frictional contact region is displaced such that the frictional contact region between the side surface of the damping means and the friction surface of the turbomachine increases. The occurring at a damping of the blade movement
  • Frictional heat can be dissipated via the larger ReibMauriere Colour in a friction component of the turbomachine. Thus, reduces the risk that when damping the blade movement, the damping means and / or the friction member due to the friction heat are damaged or worn.
  • Another advantage of using an asymmetrically crowned side surface is that when the side surface of the damping means is worn due to friction and / or heating, the friction region of the damping means and thus the friction contact region between the damping means and the friction surface of the turbomachine increases disproportionately.
  • a larger frictional contact area allows a faster Reib stiinneabloom, thereby increasing the risk of damage and / or wear of the Damping means and / or friction component of the turbomachine reduced.
  • an advantage of an asymmetrically convex side surface is that, in the case of wear caused by friction, the friction region of the damping means is adapted to the respective one
  • Friction surface of the friction member of the turbomachine comes. This will be
  • convex in the context of the invention, a convex curved surface is referred to.
  • a convex curved surface is referred to.
  • an asymmetrical surface is understood in the context of the invention, an area that two
  • the asymmetrically crowned side surface is therefore understood in particular to mean a convexly curved side surface which has two differently shaped sections.
  • the sections are formed such that there is no mirror plane perpendicular to the side surface and to which the sections separated by the mirror plane are mirror-symmetrical.
  • a friction contact region is understood to mean a region in which friction between the friction region of the damping means and the blade is caused by a blade movement
  • Friction surface of the turbomachine occurs.
  • the friction component is understood to mean all components of a turbomachine which are in frictional contact with the damping means in order to damp a blade vibration.
  • a friction member may in particular be part of a blade or may be coupled to a blade.
  • a blade platform, a cover plate of a blade, and a positioner for the rotor blade in the rotor axis direction may each be a friction component in the sense of the present invention.
  • the asymmetrically crowned side surface may be formed such that these are slightly g um; rotate a damper axis ; can.
  • Friction of the side surface with the friction surface of the turbomachine acts on the damping means a frictional force, which can cause a slight rotation of the damping means.
  • the asymmetrically crowned side surface is formed such that increases in a slight rotation of the damping means of the friction region of the damping means and thus the Reibtrust Scheme between damping means and the Reibbaüteil the turbomachine.
  • the side surface may have at least two sections with different radii of curvature. In this case, at least one portion, which is radially further away from a rotor axis, have a smaller radius of curvature than a portion which is radially closer to
  • Rotor axis is located.
  • the damping of the blade vibration is improved.
  • the improvement of the damping results because the frictional contact portion forms in a region of the side surface of the damping means, which is far away from the rotor axis. It is true that the farther the frictional contact portion is away from the rotor axis, the greater a friction torque caused by the frictional force occurring in the frictional contact portion, which dampens the vibration of the blade.
  • the damping means comprises a base body which is triangular or polygonal shaped in a Achsnormalquerrough.
  • the side surfaces of the triangular or polygonal base body may each have rounded corners of the base body.
  • the portion of the asymmetrical crowned side surface, which has a smaller radius of curvature and is provided a the end of the side surface remote from the rotor axis, may each be provided adjacent to the rounded corners.
  • An anti-rotation means and / or a fastening means may be attached to the damping means.
  • the anti-rotation means prevents or limits a rotation of the damping means about a damping center axis within a recess of the
  • Damping means axis rotates until the anti-rotation means against a on the
  • Turbomachine provided stop surface abuts.
  • the anti-rotation means is
  • Damping means is rotated in a position, in which the above-mentioned portion with the small radius of curvature in frictional contact with the friction surface of the turbomachine.
  • Damping means and thus the position of the center of gravity of the damping means By a corresponding structural design of the side surfaces of the damping means, the Position of the center of gravity can be adjusted. This can improve the dynamic property of the damping means.
  • the fastening means serves to prevent or limit movement of the
  • Damping means in particular in the direction of a rotor axis of the turbomachine.
  • the fastener ensures that the fastener can not leave the recess of the turbomachine.
  • the turbomachine may be a gas or steam turbine and, in particular, an aircraft engine.
  • the turbomachine has a rotor and stator blades and blades distributed over the circumference of the rotor, which are arranged one after the other in the flow direction of the gas.
  • In the rotor distributed grooves are provided over the circumference of the rotor.
  • the grooves extend parallel to a rotor axis.
  • the blade in particular a blade, may have a cover plate, an airfoil, a blade platform and a blade root. The blade is positioned over the blade root in the groove in the radial direction to the rotor axis.
  • a fixing of the blade in Rotorachsplatz can be done by a provided in the groove locking plate and / or by a separately provided on the rotor positioning. Vane vibration may occur with respect to the blade and the rotor and / or between two or more blades.
  • the damping means can be arranged at different locations in the turbomachine.
  • the cover plate of a blade can have a recess which at least partially defines a, in particular closed, cavity and in which the damping means is arranged.
  • the recesses of two cover plates of adjacent blades may define the cavity.
  • the damping means is arranged in the recess such that in operation of the turbomachine, the damping means by means of a side surface in frictional contact with a friction surface of the recesses of a cover plate and with another side surface with a
  • Friction surface of the recess of the other cover plate is in frictional contact.
  • the damping means is arranged such that it is in frictional contact with a side surface a friction surface of the positioning means. Furthermore, the damping means in another side surface in contact, in particular frictional contact, with a blade surface.
  • Shovel platform be arranged.
  • the blade platform is disposed between the blade root and the airfoil.
  • the damping means is arranged in the recess such that the damping means in an operation of the turbomachine with a side surface in
  • the damping means which has at least one asymmetrically crowned side surface, can preferably be produced by prototyping, forming and / or by a machining process.
  • Embodiment. Show:
  • Figure 1 a schematic representation of a damping means in a cavity according to an embodiment of the invention.
  • FIG. 2 shows an enlarged view A-A of a friction contact region from FIG. 1 according to FIG.
  • the Dämp spangsstoff 2 shown in Figure 1 has a in a Achsnormalquerrough a in
  • the triangular base body 20 has a support surface 25 and two side surfaces 21, 21 ', which merge into one another in rounded ends.
  • the side surfaces 21, 2 each have an asymmetrical spherical shape.
  • the damping means 2 is arranged in a cavity which is defined by two recesses 11 of adjacently arranged blades 10, 10 'of a turbomachine 1.
  • the cavity has a triangular cross section in an axial normal cross section, wherein the individual cavity walls are made longer than the side surfaces 21 and
  • the damping means 2 is arranged in such a way in the cavity that it is independent of the operating state of the turbomachine 1 with the
  • Cavity walls of the two blades 10, 10 ' is in contact.
  • Both side surfaces 21, 2 of the damping means s 2 have a first portion with a first radius of curvature Rl, a second portion with a second radius of curvature R2 and a third portion with a third K_rümmungsradius R3. Further, in both side surfaces 21, 21 ', the second portion having the second radius of curvature R2 is disposed between the first and second portions and formed longer than the first and third portions.
  • the third radius of curvature R3 has a smaller value than the first and second radius of curvature Rl, R2. Furthermore, the first radius of curvature R1 has a smaller value than the second radius of curvature R2.
  • the first section with the first radius of curvature Rl is located at the end of the side surface 21 near the rotor axis.
  • the third section with the third radius of curvature R3 is in the radial direction to the rotor axis at the point remote from the rotor axis End of the side surface 21 arranged and with the corresponding cavity wall in a Reibêt Society 22 in frictional contact.
  • the third section with the third radius of curvature R3 is arranged in the radial direction to the rotor axis at the end of the side surface 21 'close to the rotor axis and in frictional contact with the corresponding cavity wall in a frictional contact region 22.
  • the blade 10 of the turbomachine 1 is designed such that it has a recess 14; by which the anti-rotation device 24 extends in a radial direction to the rotor axis.
  • the recess 14 is bounded by the walls of the recess 14 and by a stop surface 12.
  • the abutment surface 12 is provided on the blade 10 ', which is adjacent to the blade 10 with the recess 14.
  • the recess 14 is formed such that the damping means 2 can not fall over them from the cavity in an idle state of the turbine.
  • the damping means 2 is located on the support surface 25 on the corresponding cavity wall, and the anti-rotation means 24 extends through the recess 14 in the radial direction to the rotor axis.
  • the damping means 2 is moved in a radial direction in a direction away from the rotor axis due to the centrifugal force until the
  • the damping means 2 is rotated until the anti-rotation means 24 abuts against the abutment surface 12 of a blade 10. The result is the two
  • Frictional contact of the damping means 2 are damped with the cavity walls.
  • FIG. 2 shows an enlarged view A-A of the frictional contact region 22 of FIG. 1.
  • the third portion having the pitch radius R3 of the first side surface 21 is in frictional contact with the cavity wall.

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 ein Dämpfungsmittel (2) zum Dämpfen einer Schaufelbewegung einer Turbomaschine (1) und ein Verfahren zum Herstellen des Dämpfungsmittels (2). Das Dämpfungsmittel (2) weist zumindest eine Seitenfläche (21, 21') auf, die zum Dämpfen einer Schaufelbewegung in Reibkontakt mit einer Reibfläche der Turbomaschine (1) gebracht werden kann. Die Seitenflächen (21, 21') sind asymmetrisch ballig ausgebildet.

Description

Dämpfungsmittel zum Dämpfen einer Schaufelbewegung einer Turbomaschine
Die Erfindung betrifft ein Dämpfungsmittel zum Dämpfen einer Schaufelbewegung einer Turbomaschine gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und ein Verfahren zum Herstellen des Dampfungsmittels.
Turbomaschinen, insbesondere Gas- oder Dampfturbinen, weisen einen Rotor und über den Umfang des Rotors verteilte Schaufeln auf, die mit dem Rotor gekoppelt sind. Die Schaufeln müssen derart ausgelegt werden, dass sie bei einem Betrieb der Turbine eine Vielzahl von Beanspruchungen, wie z.B. durch Zentrifugalkräfte, Erosionskorrosion und Schwingungen aushalten.
Die Schwingungsbeanspruchungen, auf die sich die vorliegende Erfindung bezieht, können durch eine Kombination des durch die Turbine strömenden Mediums und der auf die Schaufeln wirkenden Kräfte entstehen. Die Schaufelschwingungen können längerfristig zu einer
Gefügeveränderung des Schaufelmaterials führen, die in einem Ermüdungsbruch enden kann. Somit ist es notwendig, die Schwingungen der Schaufeln zu dämpfen. Aus dem Stand der Technik ist eine Vielzahl von Dämpfungsmitteln für Schaufelschwingungen bekannt.
In der DE 103 40 773 ist ein Dämpfungsmittel für eine Laufschaufel einer Turbine in einer Aussparung einer Laufschaufelplattform angeordnet. Das Dämpfungsmittel weist im
Achsnormalquerschnitt eine dreieckartige Form mit abgerundeten Längskanten auf. Die Längskanten weisen zwischen den Ecken jeweils eine symmetrisch ballige Form auf. Bei einem Betrieb der Turbine liegt das Dämpfungsmittel zum Dämpfen der Laufschaufelbewegung an einer Innenwand der Aussparung und an einer Reibfläche einer anderen Laufschaufelplattform an.
Ein Nachteil der im? Stand der Technik verwendetem mpfig
ballige Form aufweisen, besteht darin, wie aufgrund dep symmetrisch balligen Ausbildung den Längskante des Dämpfungsmittels der Reibkontaktbereich mit einer Reibfläche der
Turbomaschine festgelegt ist. Dies kann bei einer entsprechend geformten Reibfläche der Turbomaschine dazu führen, dass das Dämpfungsmittel ungünstig an der Reibfläche der Turbomaschine anliegt. So kann die Reibfläche der Turbomaschine derart ausgebildet sein, dass das Dämpfungsmittels nur in einem kleinen Reibkontaktbereich an der Reibfläche der Turbomaschine anliegt. Dies fiihrt dazu, dass die bei der Dämpfung der Schaufelbewegung auftretende Reibwärme nur über den kleinen Reibkontaktbereich abgeführt werden kann, was zu einer Beschädigung bzw. einem Verschleiß des Dämpfungsmittels und/ oder des entsprechenden Reibbauteils der Turbomaschine fuhren kann.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es , die Dämpfung einer Turbomaschinenschaufel zu verbessern.
Zur Lösung dieser Aufgabe ist ein Dämpfungsmittel nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 durch dessen kennzeichnende Merkmale weitergebildet. Anspruch 10 stellt eine Turbomaschine unter Schutz, in der das Dämpfungsmittel eingesetzt wird. Anspruch 11 stellt ein Verfahren zum Herstellen des Dämpfungsmittels unter Schutz.
Erfindungsgemäß weist das Dämpfungsmittel wenigstens eine asymmetrisch ballige Seitenfläche auf, die zum Dämpfen einer Schaufelbewegung einer Turbomaschine vorgesehen ist. Bei einem Schwingen der Schaufel während des Betriebs der Turbomaschine wird die Schwingbewegung der Schaufel durch eine Reibung der Seitenfläche des Dämpfungsmittels mit der Reibfläche der Turbomaschine in dem Reibkontaktbereich gedämpft.
Dabei ermöglich die asymmetrisch ballige Seitenfläche ein Verlagern des Reibkontaktbereichs zwischen der Reibfläche der Turbomaschine und der Seitenfläche des Dämpfungsmittels in einen günstigeren Bereich. Vorzugsweise wird der Reibkontaktbereich derart verlagert, dass sich der Reibkontaktbereich zwischen der Seitenfläche des Dämpfungsmittels und der Reibfläche der Turbomaschine vergrößert. Die bei einer Dämpfung der Schaufelbewegung auftretende
Reibwärme kann über den größeren Reibkontaktbereich in ein Reibbauteil der Turbomaschine abgeführt werden. Somit verringert sich die Gefahr, dass beim Dämpfen der Schaufelbewegung das Dämpfungsmittel und/ oder das Reibbauteil aufgrund der Reib wärme beschädigt werden bzw. verschleissen.
Ein weiterer Vorteil einer Verwendung einer asymmetrisch balligen Seitenfläche besteht darin,, dass sich bei einem Verschleiß der Seitenfläche des Dämpfungsmittels aufgrund der Reibung und/ oder Erwärmung der Reibbereich des Dämpfungsmittels und damit der Reibkontaktbereich zwischen Dämpfungsmittel und der Reibfläche der Turbomaschine überproportional stark vergrößert. Ein größerer Reibkontaktbereich ermöglicht eine schnellere Reibwänneabführ, wodurch sich die Gefahr einer Beschädigung und/ oder eines Verschleißes des Dämpfungsmittels und/ oder Reibbauteils der Turbomaschine verringert. Des Weiteren besteht ein Vorteil einer asymmetrisch balligen Seitenfläche darin, dass es bei einem reibungsbedingten Verschleiß zu einer Anpassung des Reibbereichs des Dämpfungsmittels an die jeweilige
Reibfläche des Reibbauteils der Turbomaschine kommt. Dadurch werden
Fertigungsungenauigkeiten des Reibbauteils ausgeglichen. Im Ergebnis verringert sich der Fertigungsaufwand für die Herstellung des Reibbauteils der Turbomaschine.
Als ballig wird im Sinne der Erfindung eine konvex gekrümmte Fläche bezeichnet. Als eine asymmetrische Fläche wird im Sinne der Erfindung eine Fläche verstanden, die zwei
abgegrenzte Bereiche aufweist, die nicht durch Spiegelung an einer Achse bzw. Ebene ineinander überfuhrt werden können. Als asymmetrisch ballige Seitenfläche wird daher im Sinne der Erfindung insbesondere eine konvex gekrümmte Seitenfläche verstanden, die zwei unterschiedlich ausgebildete Abschnitte aufweist. Die Abschnitte sind derart ausgebildet, dass es keine Spiegelebene gibt, die senkrecht zu der Seitenfläche verläuft und zu der die durch die Spiegelebene getrennten Abschnitte spiegelsymmetrisch sind.
Als Reibkontaktbereich wird im Sinne der Erfindung ein Bereich verstanden, in dem bei eine Schaufelbewegung Reibung zwischen dem Reibbereich des Dämpfungsmittels und der
Reibfläche der Turbomaschine auftritt.
Als Reibbauteil werden im Sinne der Erfindung alle Bauteile einer Turbomaschine verstanden, die in Reibkontakt mit dem Dämpfungsmittel stehen, um eine Schaufelschwingung zu dämpfen. Ein Reibbauteil kann insbesondere Bestandteil einer Schaufel sein oder kann mit einer Schaufel gekoppelt sein. So kann es sich beispielsweise bei einer Schaufelplattform, einer Deckelplatte einer Schaufel, und bei einem Positiomermittel für die Laufschaufel in Rotorachsrichtung jeweils um ein Reibbauteil im Sinne der vorliegenden Erfindung handeln. Die zuvor genannten
Reibbauteile werden nachfolgend näher beschrieben,
In; einer bevorzugten' Ausführung kann die asymmetrisch ballige Seitenfläche derart ausgebildet sein, dass sich diese geringfügi g um; eine Dämpfungsmittelachse drehen; kann. Infolge der
Reibung der Seitenfläche mit der Reibfläche der Turbomaschine wirkt auf das Dämpfungsmittel eine Reibkraft, die ein leichtes Drehen des Dämpfungsmittels bewirken kann. Dabei ist die asymmetrisch ballige Seitenfläche derart ausgebildet, dass sich bei einem geringfügigen Drehen des Dämpfungsmittels der Reibbereich des Dämpfungsmittels und damit der Reibkontaktbereich zwischen Dämpfungsmittel und dem Reibbaüteil der Turbomaschine vergrößert. Die Seitenfläche kann wenigstens zwei Abschnitte mit unterschiedlichen Krümmungsradien aufweisen. Dabei kann wenigstens ein Abschnitt, der radial weiter von einer Rotorachse entfernt ist, einen kleineren Krümmungsradius aufweisen als ein Abschnitt, der radial näher zur
Rotorachse liegt. Bei einem Kontaktieren der Reibfläche der Turbomaschine mit dem Abschnitt mit dem zuvor genannten kleinen Krümmungsradius der Seitenfläche wird die Dämpfung der Schaufelschwingung verbessert. Die Verbesserung der Dämpfung ergibt sich, da sich der Reibkontaktabschnitt in einem Bereich der Seitenfläche des Dämpfungsmittels bildet, der von der Rotorachse weit entfernt ist. Dabei gilt, dass je weiter der Reibkontaktabschnitt von der Rotorachse entfernt ist, umso größer ein durch die im Reibkontaktabschnitt auftretende Reibkraft bewirktes Reibdrehmoment ist, das die Schwingung der Schaufel dämpft.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung besteht darin, dass das Dämpfungsmittel einen Grundkörper aufweist, der in einem Achsnormalquerschnitt dreieck- oder mehreckförmig ausgebildet ist. Die Seitenflächen des dreieck- oder mehreckförmigen Grundkörpers können jeweils abgerundete Ecken des Grundkörpers aufweisen. Der Abschnitt der asymmetrisch balligen Seitenfläche, der einen kleineren Knimmungsradius aufweist und a dem von der Rotorachse entfernten Ende der Seitenfläche vorgesehen ist, kann jeweils benachbart zu den abgerundeten Ecken vorgesehen sein.
An dem Dämpfungsmittel können ein Verdrehsicherungsmittel und/oder ein Befestigungsmittel angebracht sein. Das Verdrehsicherungsmittel verhindert bzw. begrenzt ein Verdrehen des Dämpfungsmittels um eine Dämpfungsmittelachse innerhalb einer Aussparung der
Turbomaschine. Im Betrieb der Turbomaschine wird das Dämpfungsmittel aufgrund der
Fliehkraft in eine Richtung weg von der Rotorachse bewegt. Auf das Dämpfungsmittel wirkt eine Drehkraft, die bewirkt, dass sich das Dämpfungsmittel solange um die
Dämpfungsmittelachse dreht, bis das Verdrehsicherungsmittel gegen einen an der
Turbomaschine vorgesehene Anschlagsfläche stößt. Das Verdrehsicherungsmittel ist
vorzugsweise derart ausgebildet, dass es gegen die Anschlagsfläche stößt, wenn das
Dämpfungsmittel in eine Position gedreht ist,, in der der oben genannte Abschnitt mit dem kleinen Kiümmungsradius in Reibkontakt mit der Reibfläche der Turbomaschine ist.
Bei einem Verschleiß der Seitenfläche aufgrund der Reibung ändert sich die Form des
Dämpfungsmittels und damit die Position des Schwerpunkts des Dämpfungsmittels. Durch eine entsprechende konstruktive Ausbildung der Seitenflächen des Dämpfungsmittels kann die Position des Schwerpunkts eingestellt werden. Dadurch lässt sich die dynamische Eigenschaft des Dämpfungsmittels verbessern.
Das Befestigungsmittel dient zum Verhindern bzw. Begrenzen einer Bewegung des
Dämpfungsmittels, insbesondere in Richtung einer Rotorachse der Turbomaschine. Somit stellt das Befestigungsmittel sicher, dass das Befestigungsmittel die Aussparung der Turbomaschine nicht verlassen kann.
Bei der Turbomaschine kann es sich um eine Gas- oder Dampfturbine und insbesondere um ein Flugzeugtriebwerk handeln. Die Turbomaschine weist einen Rotor und über den Umfang des Rotors verteilte Statorschaufeln und Laufschaufeln auf, die in Strömungsrichtung des Gases nacheinander angeordnet sind. In dem Rotor sind über den Umfang des Rotors verteilte Nuten vorgesehen. Die Nuten erstrecken sich parallel zu einer Rotorachse. Die Schaufel, insbesondere eine Laufschaufel, kann eine Deckplatte, ein Schaufelblatt, eine Schaufelplattform und einen Schaufelfuß aufweisen. Die Schaufel wird über den Schaufelfuß in der Nut in radialer Richtung zur Rotorachse lagefest positioniert. Eine Fixierung der Schaufel in Rotorachsrichtung kann durch ein in der Nut vorgesehenes Sicherungsblech und/ oder durch ein am Rotor separat vorgesehenes Positioniermittel erfolgen. Eine Schaufelschwingung kann bezüglich der Schaufel und dem Rotor und/ oder zwischen zweien oder mehreren Schaufeln auftreten. Zum Dämpfen der Schaufelschwingung kann das Dämpfungsmittel an unterschiedlichen Stellen in der Turbomaschine angeordnet werden.
Die Deckplatte einer Schaufel kann eine Aussparung aufweisen, die wenigstens teilweise einen, insbesondere geschlossenen, Hohlraum definiert und in der das Dämpfungsmittel angeordnet ist. So können die Aussparungen von zwei Deckplatten von benachbart angeordneten Schaufeln den Hohlraum definieren. Das Dämpfungsmittel ist in der Aussparung derart angeordnet, dass im Betrieb der Turbomaschine das Dämpfungsmittel mittels einer Seitenfläche in Reibkontakt mit einer Reibfläche der Aussparungen einer Deckplatte und mit einer anderen Seitenfläche mit einer
Reibfläche der Aussparung der anderen Deckplatte jeweils in Reibkontakt ist.
Alternativ oder zusätzlich kann ein Dämpfungsmittel in einer Aussparung in einem
Positioniermittel, das die Schaufelposition in Rotorachsrichtung sichert, angeordnet sein. Dabei ist das Dämpfungsmittel derart angeordnet, dass es mit einer Seitenfläche in Reibkontakt mit einer Reibfläche des Positioniermittels ist. Des Weiteren ist das Dämpfungsmittel in einer anderen Seitenfläche in Kontakt, insbesondere Reibkontakt, mit einer Schaufelfläche.
Alternativ oder zusätzlich kann ein Dämpfungsmittel in einer Aussparung einer
Schaufelplattform angeordnet sein. Die Schaufelplattform ist zwischen dem Schaufelfuß und dem Schaufelblatt angeordnet. Das Dämpfungsmittel ist in der Aussparung derart angeordnet, dass das Dämpfungsmittel bei einem Betrieb der Turbomaschine mit einer Seitenfläche in
Reibkontakt mit einer Reibfläche der Schaufelplattforai, in der die Aussparung vorgesehen ist, und mit einer anderen Seitenfläche in Reibkontakt mit einer Reibfläche einer benachbarten
Schaufelplattform ist.
Das Dämpfungsmittel, das wenigstens eine asymmetrisch ballige Seitenfläche aufweist, kann vorzugsweise mittels Urformen, Umformen und oder durch ein spanendes Fertigungsverfahren hergestellt werden.
Weitere Merkmale und Vorteile ergeben sich aus den Unteransprüchen und dem
Ausführungsbeispiel. Hierzu zeigen:
Figur 1 : eine schematische Darstellung eines Dämpfungsmittels in einem Hohlraum gemäß einer Ausführung der Erfindung.
Figur 2: eine vergrößerte Ansicht A-A eines Reibkontaktbereichs aus Figur 1 gemäß einer
Ausführung der Erfindung.
Das in Figur 1 gezeigte Dämpfüngsmittel 2 weist in einem Achsnormalquerschnitt einen im
Wesentlichen dreieckförmigen Grundkörper 20 auf. Der dreieckförmige Grundkörpers 20 weist eine Auflagefläche 25 und zwei Seitenflächen 21, 21' auf, die in abgerundeten Enden ineinander übergehen. Die Seitenflächen 21, 2 weisen jeweils eine asymmetrisch ballige Form auf. Die asymmetrisch ballige Form der einzelnen Seitenflächen 21, 21 ' ergibt sich, weil die
Seitenflächen 21, 21 ' jeweils drei Abschnitte mit jeweils unterschiedlichen Krümmungsradien Rl, R2, R3 aufweisen. Ferner weist das» Dämpfungsmittel 2. ein Verdrehsicherungsmittel 24 auf, das am Grundkörper 20 angebracht ist und sich über die Auflagefläche 25 in radialer Richtung zu einer nicht dargestellten Rotorachse erstreckt.
Das Dämpfungsmittel 2 ist in einem Hohlraum angeordnet, der durch zwei Aussparungen 11 von benachbart angeordneten Schaufeln 10, 10' einer Turbomaschine 1 definiert wird. Der Hohlraum weist in einem Achsnormalquerschnitt einen dreieckförmigen Querschnitt auf, wobei die einzelnen Hohlraumwände länger ausgebildet sind als die Seitenflächen 21 bzw. die
Auflagefläche 25 des Dämpfungsmittels 2. Das Dämpfungsmittel 2 ist dabei derart im Hohlraum angeordnet, dass es unabhängig vom Betriebszustand der Turbomaschine 1 mit den
Hohlraumwänden beider Schaufeln 10, 10' in Kontakt ist.
Beide Seitenflächen 21, 2 des Dämpfungsmittel s 2 weisen einen ersten Abschnitt mit einem ersten Krümmungsradius Rl, einen zweiten Abschnitt mit einem zweiten Kjümmungsradius R2 und einen dritten Abschnitt mit einem dritten K_rümmungsradius R3 auf. Des Weiteren ist in beiden Seitenflächen 21, 21 'der zweite Abschnitt mit dem zweiten Kriimmungsradius R2 zwischen dem ersten und zweiten Abschnitt angeordnet und länger ausgebildet als der erste und dritte Abschnitt. Der dritte Krümmungsradius R3 weist einen kleineren Wert auf als der erste und zweite Krümmungsradius Rl, R2. Des Weiteren weist der erste Kriimmungsradius Rl einen kleineren Wert auf als der zweite Krümmungsradius R2.
In der ersten Seitenfläche 21 befindet sich in radialer Richtung zu der Rotorachse der erste Abschnitt mit dem ersten Kriimmungsradius Rl am zur Rotorachse nahen Ende der Seitenfläche 21. Der dritte Abschnitt mit dem dritten Krümmungsradius R3 ist in radialer Richtung zur Rotorachse an dem von der Rotorachse entfernten Ende der Seitenfläche 21 angeordnet und mit der entsprechenden Hohlraumwand in einem Reibkontaktbereich 22 in Reibkontakt.
In der zweiten Seitenfläche 2 ist der erste Abschnitt mit dem ersten Krümmungsradius Rl in radialer Richtung zu der Rotorachse am zur Rotor achse entfernten Ende der Seitenfläche 21 ' angeordnet. Der dritte Abschnitt mit dem dritten Krümmungsradius R3 ist in radialer Richtung zur Rotorachse an dem zur Rotorachse nahen Ende der Seitenfläche 21 ' angeordnet und mit der entsprechenden Hohlraumwand in einem Reibkontaktbereich 22 in Reibkontakt.
Die Schaufel 10 der Turbomaschine 1 ist derart ausgebildet, dass sie eine Ausnehmung 14 aufweist; durch die sich das Verdrehsicherungsmilttel 24 einer radialen Richtung zu der Rotorachse erstreckt. Die, Ausnehmung 14 wird begrenzt durch die Wände der Ausnehmung 14 und durch eine Anschlagsfläche 12. Die Anschlagsfläche 12 ist an der Schaufel 10' vorgesehen, die zur Schaufel 10 mit der Ausnehmung 14 benachbart ist. Die Ausnehmung 14 ist derart ausgebildet, dass das Dämpfungsmittel 2 in einem Ruhezustand der Turbine nicht über diese aus dem Hohlraum fallen kann. In einem nichtdargestellten Ruhezustand der Turbomaschine 1 liegt das Dämpfungsmittel 2 über die Auflagefläche 25 an der entsprechenden Hohlraumwand an, und das Verdrehsicherungsmittel 24 erstreckt sich durch die Ausnehmung 14 in radialer Richtung zur Rotorachse.
Während des Betriebs der Turbomaschine 1 wird das Dämpfungsmittel 2 aufgrund der Fliehkraft in radialer Richtung solange in eine Richtung weg von der Rotorachse bewegt bis die
Seitenflächen 21, 21 ' gegen die Hohlraumwände stoßen. Bei dieser Bewegung in Richtung zu den Hohlraumwänden erfolgt eine Verdrehung des Dämpfungsmittels 2 um eine
Dämpfungsachse.
Das Dämpfungsmittel 2 wird solange gedreht bis das Verdrehsicherungsmittel 24 gegen die Anschlagsfläche 12 der einen Schaufel 10 stößt. Im Ergebnis befinden sich die zwei
Seitenflächen 21, 21 ' des Dämpfungsmittels 2 mit den Hohlraumwänden in dem
Reibkontaktbereich 22 jeweils in Reibkontakt. Bei einer Bewegung einer oder beider Schaufeln 10, 10' in radialer und/ oder axialer Richtung kann die Schaufelbewegung aufgrund des
Reibkontakts des Dämpfungsmittels 2 mit den Hohlraumwänden gedämpft werden.
Fig. 2 zeigt einen vergrößerte Ansicht A-A des Reibkontaktbereichs 22 aus Figur 1. Wie aus Fig. 2 ersichtlich ist, befindet sich der dritte Abschnitt mit dem Kjummungsradius R3 der ersten Seitenfläche 21 in Reibkontakt mit der Hohlraumwand. Der zweite Abschnitt der ersten
Seitenfläche 21 mit dem Krümmungsradius R2, der größer ist als der Krümmungsradius R3S steht nicht in Reibkontakt mit der Hohlraumwand.

Claims

Patentansprüche
1. Dä^npfungsmittel (2) zum Dämpfen einer Schaufelbewegung einer Turbomaschine (1), wobei das Dämpfungsmittel (2) wenigstens eine Seitenfläche (21, 2P) aufweist, die zum
Dämpfen der Schaufelbewegung durch Reibkontakt mit einer Reibfläche der Turbomaschine (1) vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Seitenfläche (21, 2 Γ) asymmetrisch ballig ausgebildet ist.
2. Dämpfungsmittel (2) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Seitenfläche (21, 21') wenigstens zwei Abschnitte mit unterschiedlichen Iirümmungsradien (Rl, R2, R3) aufweist.
3. Dämprungsmittel (2) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein Abschnitt der Seitenfläche (21 , 2 Γ), der radial weiter von einer Rotorachse der Turbomaschine (1) entfernt ist, einen kleineren Krümmungsradius aufweist als ein Abschnitt der Seitenfläche (21, 21 '), der radial näher zur Rotorachse liegt.
4. Dä^pfungsmittel (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass das Dämpfungsmittel (2) einen drei- oder mehreckförmigen
Achsnormalquerschnitt aufweist.
5. Dämprungsmittel (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch ein Verdrehsicherungsmittel (24).
6. Dämprungsmittel (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch ein Befestigungsmittel zum Begrenzen oder Verhindern einer Bewegung des Dämpfungsmittels (2), insbesondere in Richtung einer Rotorachse der Turbomaschine (1).
7. Turbomaschine (1), insbesondere Gas- oder Dampfturbine, mit^einem Rotor und wenigstens einer Schaufel (10), insbesondere einer mit dem Rotor gekoppelten Laufschaufel, dadurch gekennzeichnet, dass die Turbomaschine (1) ein Dämpfungsmittel (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche aufweist.
8. Turbomaschine (1) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaufel (10) ein Schaufelblatt und an dem vom Rotor entfernten Ende des Schaufelblatts eine Deckplatte aufweist, wobei die Deckplatte eine Aussparung aufweist, die, wenigstens teilweise, einen, insbesondere geschlossenen, Hohlraum definiert, in dem das Dämpfungsmittel (2) angeordnet ist.
9. Turbomaschine (1) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Dämpfungsmittel (2), wenigstens teilweise, in einem Hohlraum in einem Positioniermittel für die Schaufel (10) in axialer Richtung angeordnet ist.
10. Turbomaschine (1) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaufel (10) ein Schaufelblatt und an dem dem Rotor zugewandten Ende des Schaufelblatts eine Plattform aufweist, wobei die Plattform eine Aussparung aufweist, die, wenigstens teilweise, einen, insbesondere geschlossenen, Hohlraum definiert, in dem das Dämpfungsmittel (2) angeordnet ist.
11. Verfahren zum Herstellen eines Dämpfungsmittels (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine Seitenfläche (21, 2 Γ) asymmetrisch ballig hergestellt, insbesondere ur- und/oder umgeformt und/oder spanend bearbeitet, wird.
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