EP2848770B1 - Laufradschaufel einer axialen Strömungsmaschine und Dämpfungselement - Google Patents

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EP2848770B1
EP2848770B1 EP13184785.7A EP13184785A EP2848770B1 EP 2848770 B1 EP2848770 B1 EP 2848770B1 EP 13184785 A EP13184785 A EP 13184785A EP 2848770 B1 EP2848770 B1 EP 2848770B1
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EP
European Patent Office
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damping element
blade
pocket
impeller blade
impeller
Prior art date
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Application number
EP13184785.7A
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English (en)
French (fr)
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EP2848770A1 (de
Inventor
Martin Pernleitner
Manfred Schill
Rudolf Stanka
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MTU Aero Engines AG
Original Assignee
MTU Aero Engines AG
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Publication date
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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

Definitions

  • the present invention relates to an impeller blade of an axial flow machine, with a blade root, an airfoil and a blade platform according to the preamble of claim 1.
  • a generic impeller blade is for example from EP 2 280 151 A1 , of the EP 0 437 977 A1 , of the WO 2010/051453 A2 and the US 3,887,298 A known.
  • An object of the present invention is to propose a blade for axial flow machines, which allows easy positioning of damping elements without position elements and thus without additional weight. It is another object of the present invention to provide a damping element for inclusion in a blade according to the invention.
  • an impeller blade of an axial flow machine which has at least one blade root, an airfoil and a blade platform.
  • the impeller blade is fixed by means of the blade root on a rotor disk of the turbomachine.
  • On the rotor disk further impeller blades are arranged, which are positioned in the circumferential direction.
  • the Impeller blade on a pocket-shaped body, which is arranged below the blade and above the blade root and in the region of the blade platform.
  • the bag-shaped body is bounded by axial and radial webs, preferably completely or in sections thereof.
  • a damping element is arranged within these axial and radial webs.
  • the bag-shaped body is arranged in or on a cavity of the blade platform.
  • the cavity forms an enlarged cavity with another cavity of an impeller blade adjacent to the rotor disk.
  • the pocket-shaped body also forms, with another pocket-shaped body with a blade adjacent to the rotor disk, an enlarged pocket-shaped body for receiving the damping element.
  • Embodiments of the invention may include one or more of the features mentioned below.
  • gas turbines are described as axial flow machines purely by way of example, but without wishing to restrict axial flow machines to gas turbines.
  • the blade root has a shape with which the blade root is connected to the rotor disk (in the axial direction of the gas turbine), in particular is detachably connected again.
  • the blade root can be pushed into a groove in the rotor disk.
  • the blade root may have a so-called dovetail shape.
  • the blade platform has a front, a middle and a rear blade platform area, each viewed in the direction of flow of the gas turbine.
  • the front and the rear blade platform area may be formed as a web or as a collar.
  • the blade platform in particular the middle blade platform, connects the blade root with the blade leaf.
  • the airfoil, blade platform, and blade shape are made in one piece.
  • Such a component may be referred to as "integral.”
  • the impeller blade and the further impeller blades are arranged side by side on the rotor disk, in particular parallel next to one another.
  • the bag-shaped body is cup-shaped or trough-shaped.
  • the bag-shaped body may have a depth, a length and a width.
  • the pocket-shaped body has in particular an open cross-section.
  • the shape of the open cross section may be round, oval, square, polygonal or other shape.
  • the bag-shaped body has a rectangular shell shape with rounded corners.
  • the radially outer wall and the radially inner wall is aligned parallel to the axis of rotation of the gas turbine.
  • the axially front and the axially rear wall (viewed in the flow direction) aligned radially.
  • the axially parallel walls can be referred to as horizontal walls and the walls in radial alignment as vertical walls.
  • the walls of the pocket-shaped body are at least partially referred to as webs.
  • the pocket-shaped body is bounded, at least in sections, by axial webs (or axially parallel as viewed in the flow direction) and the webs have a closed shape in a plane perpendicular to the flow direction.
  • the axial and radial webs have an open shape in a plane perpendicular to the flow direction of the pocket-shaped body, wherein in particular the radially inner web is open.
  • the radially inner web has a breakthrough, so that the bag-shaped body is open to the adjacent cavity.
  • the cavity is cup-shaped or trough-shaped.
  • the cavity may have a depth, a length and a width.
  • the cavity has in particular an open cross section.
  • the shape of the open cross section may be round, oval, square, polygonal or other shape.
  • the cavity may have one or more undercuts.
  • the cavity has a wall, in particular towards the root of the blade.
  • these walls can seal the cavity towards the blade root.
  • a sealing gap eg for compensating thermal expansions in the operating state
  • the cavity is open to the blade root.
  • the extended bag-shaped body is symmetrical to the two bag-shaped bodies of the paddle platform that form the extended bag-shaped body.
  • the plane of symmetry is in particular the plane of the open cross-section of both pocket-shaped bodies, on which the two bodies are brought together.
  • a damping element is an element or body that dampens mechanical vibrations of a dynamic system.
  • a damping element may be made of plastic or of another material.
  • a damping element may have specific material properties for mechanical vibrations of a dynamic system (eg, specific visco-elastic properties).
  • a damping element may have a specific weight for a dynamic system (eg, to dampen certain resonances or certain vibration frequencies). By way of example only, the weight of the damping element can be between 1.5 g and 4 g, in particular 2.5 g.
  • the damping element is solid in some embodiments of the invention. However, the damping element may also be hollow inside.
  • the widened cavity and / or the widened pocket-shaped body has a sealing gap, in particular a thermal sealing gap.
  • a thermal sealing gap can compensate for material expansion during a material heating, thus avoiding possible stress peaks in the material or material distortion or material breakage.
  • the bag-shaped body has an opening to the cavity.
  • An opening may be an open wall portion, an open boundary or a hole in a wall between the bag-shaped body and the cavity.
  • the opening between the bag-shaped body and the cavity is arranged parallel to the axis of rotation of the gas turbine.
  • the damping element has a length L D in the axial direction a and a width W D in the circumferential direction u perpendicular to the axial direction a, wherein the axial direction a is the axis of rotation of the gas turbine.
  • the ratio of the length L D to the width W D is smaller than 1 according to the invention.
  • the damping element is arranged in its longitudinal direction in the enlarged pocket-shaped body parallel to the axis of rotation of the turbomachine.
  • the damping element is configured in a cross section perpendicular to the longitudinal direction symmetrical to the vertical center axis of the damping element.
  • the damping element is designed trapezoidal or rectangular in a cross section perpendicular to the longitudinal orientation.
  • the length L D of the damping element is at least 1 mm smaller than the length L T of the extended pocket-shaped body of the impeller blade and / or the width W L of the damping element is at least 1 mm smaller than the width W T of the pocket portion of the impeller blade ,
  • the damping element is arranged symmetrically in the enlarged pocket-shaped body of two adjacent blades.
  • Some or all embodiments according to the invention may have one, several or all of the advantages mentioned above and / or below.
  • damping elements can be used, their use no further positioning aids for the damping elements in make the blades necessary and thus advantageously cause no weight increase.
  • the damping element according to the invention is advantageously easy to handle and to be introduced into pocket-shaped bodies or other areas in impeller blades.
  • damping elements can advantageously be positioned well, simply and accurately.
  • Fig. 1 shows a side view of an impeller blade 100 according to the invention with a cavity 1 and a bag-shaped body. 3
  • the impeller blades 100 have a blade root 5, an airfoil 7 and a blade platform 9.
  • the impeller vane 100 is integral, at least with respect to the vane root 5, the airfoil 7 and the vane platform 9.
  • the impeller vane 100 is made of, for example, a casting alloy.
  • the blade platform 9 has a front 11, a middle 13 and a rear 15 blade platform area.
  • the front 11 and the rear 15 blade platform area are formed as a shoulder or as a collar.
  • the bag-shaped body 3 has an approximately square shell shape with rounded corners and with a chamfer in the interior in the rear (seen in the axial direction, a downstream) area.
  • the bag-shaped body 3 may be referred to as a closed box, with an opening in the axial-radial plane (in the direction perpendicular to the plane of the drawing).
  • the pocket-shaped body 3 has two axial webs 29 and two radial webs 31.
  • the illustrated closed shell shape of the bag-shaped body 3 can in a further embodiment (see Fig. 6 ) have an opening or an opening in one of the webs or the walls, in particular to the cavity 1 out.
  • Fig. 2 shows a longitudinal sectional view of the impeller blade 100 according to the invention with the cavity 1, the pocket-shaped body 3 and a damping element 17th
  • a web width 19 at the rear end of the middle blade platform area viewed in the axial direction may, by way of example only, have a value of approximately 1.25 mm.
  • the damping element 17 has a square cross-sectional shape in this sectional view.
  • the damping element 17 fills a part of the volume of the bag-shaped body 3.
  • Fig. 3 shows a longitudinal section AA (see in FIG Fig. 1 and in Fig. 2 the sectional planes AA) in the circumferential direction of two juxtaposed impeller blades 100 according to the invention with the damping element 17.
  • the damping element 17 has a width W D and a length L D.
  • the damping element 17 is arranged centrally in the pocket-shaped body 3, surrounded by a respective gap.
  • the two cavities 1 increase to an enlarged cavity 21.
  • the two pocket-shaped body 3 enlarge to an enlarged pocket-shaped body 23rd
  • Fig. 4 shows a cross-sectional view BB (see in FIG Fig. 1 and in Fig. 2 the sectional planes BB) in the radial direction r of two juxtaposed impeller blades 100 according to the invention with the damping element 17.
  • the damping element 17 has a trapezoidal cross-section and a height H D and a width W D.
  • the damping element 17 is arranged centrally in the pocket-shaped body 3, but is located in the radially outer region on the walls and the axial webs 29 of the two bag-shaped body 3 (in the operating state, the damping element 17 is pressed due to the radial forces on the radially outer walls). Below the damping element 17, a gap 27 is shown below the damping element 17, a gap 27 is shown below the damping element 17, a gap 27 is shown below the damping element 17, a gap 27 is shown below the damping element 17, a gap 27 is shown below the damping element 17, a gap 27 is shown below the damping element 17, a gap 27 is shown below the damping element 17, a gap 27 is shown below the damping element 17, a gap 27 is shown below the damping element 17, a gap 27 is shown below the damping element 17, a gap 27 is shown below the damping element 17, a gap 27 is shown.
  • Fig. 5 shows a side view of another impeller blade 100 according to the invention with a, with respect to the plane shown in the axial direction and a radial direction r, closed pocket-shaped body 3.
  • the pocket-shaped body 3 is referred to as closed, because the axial webs 29 and the radial webs 31 a have closed circumferential contour. In particular, this contour is closed with respect to the cavity 1.
  • Fig. 6 shows a side view of another impeller blade 100 according to the invention with a, in relation to the plane shown in the axial direction a and in the radial direction r, open pocket-shaped body.
  • the bag-shaped body 3 is referred to as open, because the radially inner (in Fig. 6 the lower web) axial web 29 only about half of the total length in the axial direction a of the pocket-shaped body 3 has.
  • the bag-shaped body 3 is open with respect to the cavity l.
  • the pocket-shaped body 3 has an opening to the cavity 1.

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)

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine Laufradschaufel einer axialen Strömungsmaschine, mit einem Schaufelfuß, einem Schaufelblatt und einer Schaufelplattform gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Eine gattungsgemäße Laufradschaufel ist zum Beispiel aus der EP 2 280 151 A1 , der EP 0 437 977 A1 , der WO 2010/051453 A2 und der US 3 887 298 A bekannt.
  • In Strömungsmaschinen, insbesondere in axialen Gasturbinen, werden unterschiedliche mechanische Dämpfungssysteme für Laufschaufeln eingesetzt. Für Laufschaufeln ohne innere Hohlräume werden oftmals Positionselemente in die Laufschaufeln integriert, um eine stabile Position der Dämpfungselemente zu erreichen. Diese Positionselemente können zu einer unerwünschten Gewichtszunahme der Laufschaufeln führen. Für Laufschaufeln mit inneren Hohlräumen, die beispielsweise für Kühlungskanäle Anwendung finden, werden oft Dämpfungselemente verwendet, die an gegebene Geometrieverhältnisse in den Laufschaufelzwischenräumen angepasst werden müssen.
  • Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Laufschaufel für axiale Strömungsmaschinen vorzuschlagen, die ein einfaches Positionieren von Dämpfungselementen ohne Positionselementen und damit ohne zusätzlichem Gewicht ermöglicht. Ferner ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Dämpfungselement zur Aufnahme in eine erfindungsgemäße Laufschaufel vorzuschlagen.
  • Die erfindungsgemäße Aufgabe wird durch eine Laufradschaufel mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
  • Erfindungsgemäß wird somit eine Laufradschaufel einer axialen Strömungsmaschine vorgeschlagen, die zumindest einen Schaufelfuß, ein Schaufelblatt und eine Schaufelplattform aufweist. Die Laufradschaufel wird mittels des Schaufelfußes auf einer Rotorscheibe der Strömungsmaschine befestigt. Auf der Rotorscheibe sind weitere Laufradschaufeln angeordnet, die in Umfangsrichtung positioniert sind. Ferner weist die Laufradschaufel einen taschenförmigen Körper auf, der unterhalb des Schaufelblatts und oberhalb des Schaufelfußes und im Bereich der Schaufelplattform angeordnet ist. Der taschenförmige Körper ist von axialen und radialen Stegen, vorzugsweise vollständig oder in Abschnitten hiervon, begrenzt. Ein Dämpfungselement ist innerhalb dieser axialen und radialen Stege angeordnet. Weiterhin ist der taschenförmige Körper in oder an einem Hohlraum der Schaufelplattform angeordnet. Der Hohlraum bildet mit einem weiteren Hohlraum einer auf der Rotorscheibe benachbarten Laufradschaufel einen erweiterten Hohlraum aus. Der taschenförmige Körper bildet gleichfalls mit einem weiteren taschenförmige Körper mit einer auf der Rotorscheibe benachbarten Laufschaufel einen erweiterten taschenförmigen Körper zur Aufnahme des Dämpfungselements aus. Bei allen vorstehenden und folgenden Ausführungen ist der Gebrauch des Ausdrucks "kann sein" bzw. "kann haben" usw. synonym zu "ist vorzugsweise" bzw. "hat vorzugsweise" usw. zu verstehen und soll erfindungsgemäße Ausführungsformen erläutern.
  • Wann immer hierin Zahlenworte genannt werden, so versteht der Fachmann diese als Angabe einer zahlenmäßig unteren Grenze. Sofern dies zu keinem für den Fachmann erkennbaren Widerspruch führt, liest der Fachmann daher beispielsweise bei der Angabe "ein" oder "einem" stets "wenigstens ein" oder "wenigstens einem" mit. Dieses Verständnis ist ebenso von der vorliegenden Erfindung mit umfasst wie die Auslegung, dass ein Zahlenwort wie beispielsweise "ein" alternativ als "genau ein" gemeint sein kann, wo immer dies für den Fachmann erkennbar technisch möglich ist. Beides ist von der vorliegenden Erfindung umfasst und gilt für alle hierin verwendeten Zahlenworte.
  • Vorteilhafte Weiterentwicklungen der vorliegenden Erfindung sind jeweils Gegenstand von Unteransprüchen und Ausführungsformen.
  • Erfindungsgemäße Ausführungsformen können eines oder mehrere der im Folgenden genannten Merkmale aufweisen.
  • Im Folgenden werden als axiale Strömungsmaschinen rein beispielhaft insbesondere Gasturbinen beschrieben, ohne jedoch axiale Strömungsmaschinen auf Gasturbinen beschränken zu wollen.
  • In bestimmten erfindungsgemäßen Ausführungsformen weist der Schaufelfuß eine Form auf, mit der der Schaufelfuß mit der Rotorscheibe (in Achsrichtung der Gasturbine) verbunden wird, insbesondere wieder lösbar verbunden wird. Beispielsweise kann der Schaufelfuß in eine Nut in der Rotorscheibe hineingeschoben werden. Der Schaufelfuß kann eine sogenannte Schwalbenschwanzform aufweisen.
  • In einigen erfindungsgemäßen Ausführungsformen weist die Schaufelplattform einen vorderen, einen mittleren und einen hinteren Schaufelplattformbereich auf, jeweils in Durchströmungsrichtung der Gasturbine betrachtet. Der vordere und der hintere Schaufelplattformbereich können als Steg oder als Kragen ausgebildet sein.
  • In manchen erfindungsgemäßen Ausführungsformen verbindet die Schaufelplattform, insbesondere die mittlere Schaufelplattform, den Schaufelfuß mit dem Schaufelblatt.
  • In gewissen erfindungsgemäßen Ausführungsformen ist das Schaufelblatt, die Schaufelplattform und der Schaufelform in einem Stück gefertigt. Eine derartiges Bauteil kann als "einstückig" bezeichnet werden.
  • In bestimmten erfindungsgemäßen Ausführungsformen sind die Laufradschaufel und die weiteren Laufradschaufeln nebeneinander auf der Rotorscheibe angeordnet, insbesondere parallel nebeneinander.
  • In einigen erfindungsgemäßen Ausführungsformen ist der taschenförmige Körper schalenförmig oder wannenförmig ausgestaltet. Der taschenförmige Körper kann eine Tiefe, eine Länge und eine Breite aufweisen. Der taschenförmig Körper weist insbesondere einen offenen Querschnitt auf. Die Form des offenen Querschnitts kann rund, oval, viereckig, mehreckig oder eine andere Form sein.
  • In gewissen erfindungsgemäßen Ausführungsformen weist der taschenförmige Körper eine rechteckige Schalenform mit abgerundeten Ecken auf. Insbesondere ist die radial äußere Wandung und die radial innere Wandung achsparallel zur Drehachse der Gasturbine ausgerichtet. Weiterhin sind insbesondere die axial vordere und die axial hintere Wandung (in Durchströmungsrichtung betrachtet) radial ausgerichtet. Bei einer Seitenansicht der erfindungsgemäßen Laufradschaufel können die achsparallelen Wandungen als horizontale Wandungen und die Wandungen in radialer Ausrichtung als vertikale Wandungen bezeichnet werden.
  • In manchen erfindungsgemäßen Ausführungsformen werden die Wandungen des taschenförmigen Körpers zumindest abschnittsweise als Stege bezeichnet.
  • In bestimmten erfindungsgemäßen Ausführungsformen ist der taschenförmige Körper von axialen (oder in Strömungsrichtung betrachtet achsparallelen) Stegen und radialen Stegen, zumindest abschnittsweise, begrenzt, wobei die Stege in einer Ebene senkrecht zur Strömungsrichtung eine geschlossene Form aufweisen.
  • In bestimmten erfindungsgemäßen Ausführungsformen weisen die axialen und radialen Stege eine offene Form in einer Ebene senkrecht zur Strömungsrichtung des taschenförmigen Körpers auf, wobei insbesondere der radial innere Steg geöffnet ist. Anders ausgedrückt weist der radial innere Steg einen Durchbruch auf, so dass der taschenförmige Körper zum angrenzenden Hohlraum hin geöffnet ist.
  • In manchen erfindungsgemäßen Ausführungsformen ist der Hohlraum schalenförmig oder wannenförmig ausgestaltet. Der Hohlraum kann eine Tiefe, eine Länge und eine Breite aufweisen. Der Hohlraum weist insbesondere einen offenen Querschnitt auf. Die Form des offenen Querschnitts kann rund, oval, viereckig, mehreckig oder eine andere Form sein. Der Hohlraum kann eine oder mehrere Hinterschneidungen aufweisen.
  • In einigen erfindungsgemäßen Ausführungsformen weist der Hohlraum insbesondere zum Schaufelfuß hin eine Wandung auf. Bei einem Aneinanderreihen mit einer weiteren Laufradschaufel mit einem Hohlraum, sodass die beiden Hohlräume einen geschlossenen Hohlraum bilden, können diese Wandungen den Hohlraum zum Schaufelfuß hin abdichten. Es kann jedoch ein Dichtspalt (z. B. zum Ausgleich thermischer Ausdehnungen im Betriebszustand) zwischen den Wandungen vorgesehen sein.
  • In manchen erfindungsgemäßen Ausführungsformen ist der Hohlraum zum Schaufelfuß hin offen.
  • In gewissen erfindungsgemäßen Ausführungsformen ist der erweiterte taschenförmige Körper symmetrisch zu den beiden taschenförmigen Körpern der Schaufelplattform, die den erweiterten taschenförmigen Körper bilden. Die Symmetrieebene ist insbesondere die Ebene des offenen Querschnitts beider taschenförmigen Körper, an dem die beiden Körper zusammengeführt sind.
  • In bestimmten erfindungsgemäßen Ausführungsformen ist ein Dämpfungselement ein Element oder ein Körper, der mechanische Schwingungen eines dynamischen Systems dämpft. Ein Dämpfungselement kann aus Kunststoff hergestellt sein oder aus einem anderen Material. Ein Dämpfungselement kann spezifische Materialeigenschaften für mechanische Schwingungen eines dynamischen Systems aufweisen (z. B. spezifische visko-elastische Eigenschaften). Ein Dämpfungselement kann ein spezifisches Gewicht für ein dynamisches System aufweisen (z. B. um bestimmte Resonanzen oder bestimmte Schwingungsfrequenzen zu dämpfen). Rein exemplarisch kann das Gewicht des Dämpfungselements zwischen 1,5 g und 4 g betragen, insbesondere 2,5 g.
  • Das Dämpfungselement ist in einigen erfindungsgemäßen Ausführungsformen massiv. Das Dämpfungselement kann jedoch gleichfalls innen hohl sein.
  • In manchen erfindungsgemäßen Ausführungsformen weist der erweiterte Hohlraum und/oder der erweiterte taschenförmigen Körper einen Dichtspalt auf, insbesondere einen thermischen Dichtspalt. Ein thermischer Dichtspalt kann Materialausdehnungen während einer Materialerwärmung ausgleichen, und damit mögliche Spannungsspitzen im Material oder Materialverzug oder Materialbruch vermeiden.
  • In gewissen erfindungsgemäßen Ausführungsformen weist der taschenförmige Körper eine Öffnung zum Hohlraum auf. Eine Öffnung kann ein offener Wandabschnitt, eine offene Begrenzung oder ein Loch in einer Wand zwischen dem taschenförmigem Körper und dem Hohlraum sein.
  • In bestimmten erfindungsgemäßen Ausführungsformen ist die Öffnung zwischen dem taschenförmigen Körper und dem Hohlraum parallel zur Drehachse der Gasturbine angeordnet.
  • Das Dämpfungselement weist eine Länge LD in Achsrichtung a und ein Breite WD in Umfangsrichtung u senkrecht zur Achsrichtung a auf, wobei die Achsrichtung a die Drehachse der Gasturbine ist. Das Verhältnis der Länge LD zur Breite WD ist erfindungsgemäß kleiner als 1.
  • Erfindungsgemäß ist das Dämpfungselement in seiner Längsrichtung in dem erweiterten taschenförmigen Körper parallel zur Drehachse der Strömungsmaschine angeordnet.
  • In gewissen erfindungsgemäßen Ausführungsformen ist das Dämpfungselement in einem Querschnitt senkrecht zur Längsausrichtung symmetrisch zur vertikalen Mittelachse das Dämpfungselement ausgestaltet.
  • Erfindungsgemäß ist das Dämpfungselement in einem Querschnitt senkrecht zur Längsausrichtung trapezförmig oder rechteckig ausgestaltet.
  • In einigen erfindungsgemäßen Ausführungsformen ist die Länge LD des Dämpfungselements wenigstens 1 mm kleiner ist als die Länge LT des erweiterten taschenförmige Körper der Laufradschaufel und/oder die Breite WL des Dämpfungselements wenigstens 1 mm kleiner ist als die Breite WT des Taschenbereichs der Laufradschaufel.
  • In einigen erfindungsgemäßen Ausführungsformen ist Dämpfungselement symmetrisch in dem erweiterten taschenförmigen Körper zweier benachbarter Laufschaufeln angeordnet.
  • Manche oder alle erfindungsgemäßen Ausführungsformen können einen, mehrere oder alle der oben und/oder im Folgenden genannten Vorteile aufweisen.
  • Mit der erfindungsgemäßen Laufradschaufel können Dämpfungselemente verwendet werden, deren Verwendung keine weiteren Positionierhilfen für die Dämpfungselemente in den Laufschaufeln notwendig machen und somit vorteilhaft keine Gewichtserhöhung verursachen.
  • Das erfindungsgemäße Dämpfungselement ist aufgrund seiner Geometrie vorteilhaft einfach zu handhaben und in taschenförmige Körper oder andere Bereiche in Laufradschaufeln einzubringen.
  • Mithilfe der erfindungsgemäßen taschenförmige Körper und deren Geometrien innerhalb von Hohlräumen in Laufradschaufeln können Dämpfungselemente vorteilhaft gut, einfach und genau positioniert werden.
  • Die vorliegende Erfindung wird im Folgenden anhand der beigefügten Zeichnungen, in welcher identische Bezugszeichen gleiche oder ähnliche Bauteile bezeichnen, exemplarisch erläutert. In den jeweils schematisch vereinfachten Figuren gilt:
    • Fig. 1
    zeigt eine Seitenansicht einer erfindungsgemäßen Laufradschaufeln mit einem Hohlraum und einem taschenförmiger Körper;
    Fig. 2
    zeigt eine Längsschnittdarstellung in Radialrichtung einer erfindungsgemäßen Laufradschaufel;
    Fig. 3
    zeigt eine Längsschnittdarstellung in Umfangsrichtung von zwei aneinandergereihten erfindungsgemäßen Laufradschaufeln mit Dämpfungselement;
    Fig. 4
    zeigt eine Querschnittdarstellung in Radialrichtung von zwei aneinandergereihten erfindungsgemäßen Laufradschaufeln mit Dämpfungselement;
    Fig. 5
    zeigt eine Seitenansicht einer weiteren erfindungsgemäßen Laufradschaufel mit einem geschlossenen taschenförmiger Körper; und
    Fig. 6
    zeigt eine Seitenansicht einer weiteren erfindungsgemäßen Laufradschaufel mit einem offenen taschenförmiger Körper.
  • Fig. 1 zeigt eine Seitenansicht einer erfindungsgemäßen Laufradschaufel 100 mit einem Hohlraum 1 und einem taschenförmigen Körper 3.
  • Die Laufradschaufeln 100 weist einen Schaufelfuß 5, ein Schaufelblatt 7 und eine Schaufelplattform 9 auf. Die Laufradschaufel 100 ist einstückig, zumindest bezüglich dem Schaufelfuß 5, dem Schaufelblatt 7 und der Schaufelplattform 9. Die Laufradschaufel 100 ist beispielsweise aus einer Gusslegierung hergestellt.
  • Die Schaufelplattform 9 weist einen vorderen 11, einen mittleren 13 und einen hinteren 15 Schaufelplattformbereich auf. Der vordere 11 und der hintere 15 Schaufelplattformbereich sind als Absatz oder als Kragen ausgebildet.
  • Der taschenförmige Körper 3 weist eine annähernd quadratische Schalenform mit abgerundeten Ecken und mit einer Abschrägung im Inneren im hinteren (in Achsrichtung a gesehenen, stromab gelegenen) Bereich auf. Der taschenförmige Körper 3 kann als geschlossene Box bezeichnet werden, mit einer Öffnung in der Axial-Radial-Ebene (in Richtung senkrecht aus der Zeichenebene heraus). Der taschenförmige Körper 3 weist zwei axiale Stege 29 und zwei radiale Stege 31 auf.
  • Die dargestellte geschlossene Schalenform des taschenförmige Körpers 3 kann in einer weiteren Ausführungsform (siehe Fig. 6) eine Öffnung oder ein Durchbruch in einer der Stege oder der Wandungen aufweisen, insbesondere zum Hohlraum 1 hin.
  • Fig. 2 zeigt eine Längsschnittdarstellung der erfindungsgemäßen Laufradschaufel 100 mit dem Hohlraum 1, dem taschenförmiger Körper 3 und einem Dämpfungselement 17.
  • Eine Stegbreite 19 am, in Achsrichtung gesehenen, hinteren Ende des mittleren Schaufelplattformbereichs kann rein exemplarisch einen Wert von ca. 1,25 mm aufweisen.
  • Das Dämpfungselement 17 weist in dieser Schnittdarstellung eine quadratische Querschnittsform auf. Das Dämpfungselement 17 füllt einen Teil des Volumens des taschenförmigen Körpers 3 aus.
  • Fig. 3 zeigt eine Längsschnittdarstellung A-A (siehe in Fig. 1 und in Fig. 2 die Schnittebenen A-A) in Umfangsrichtung von zwei aneinandergereihten erfindungsgemäßen Laufradschaufeln 100 mit dem Dämpfungselement 17.
  • Das Dämpfungselement 17 weist eine Breite WD und eine Länge LD auf. Das Dämpfungselement 17 ist mittig in dem taschenförmiger Körper 3 angeordnet, umgeben von jeweils einem Spalt.
  • Infolge des Aneinanderreihens zweier Laufradschaufeln 100 vergrößern sich die beiden Hohlräume 1 zu einem erweiterten Hohlraum 21. Ebenso vergrößern sich die beiden taschenförmigen Körper 3 zu einem erweiterten taschenförmigen Körper 23.
  • Zwischen den beiden Laufradschaufeln 100 bleibt nach dem Aneinanderreihen ein Dichtspalt 25 bestehen, der beispielsweise thermische Ausdehnungen der einzelnen Bauteile im Betriebszustand ausgleichen oder kompensieren kann.
  • Fig. 4 zeigt eine Querschnittdarstellung B-B (siehe in Fig. 1 und in Fig. 2 die Schnittebenen B-B) in Radialrichtung r von zwei aneinandergereihten erfindungsgemäßen Laufradschaufeln 100 mit dem Dämpfungselement 17.
  • Das Dämpfungselement 17 weist einen trapezförmigen Querschnitt und eine Höhe HD sowie eine Breite WD auf. Das Dämpfungselement 17 ist mittig in dem taschenförmigen Körper 3 angeordnet, liegt jedoch im radial äußeren Bereich an den Wandungen und den axialen Stegen 29 der beiden taschenförmigen Körper 3 an (im Betriebszustand wird das Dämpfungselement 17 infolge der Radialkräfte an die radial äußeren Wandungen angedrückt). Unterhalb des Dämpfungselements 17 ist ein Spalt 27 dargestellt.
  • Zwischen den beiden Laufradschaufeln 100 bleibt nach dem Aneinanderreihen ein Dichtspalt 25 bestehen.
  • Fig. 5 zeigt eine Seitenansicht einer weiteren erfindungsgemäßen Laufradschaufel 100 mit einem, in Bezug auf die dargestellte Ebene in Achsrichtung a und in Radialrichtung r, geschlossenen taschenförmiger Körper 3. Der taschenförmiger Körper 3 wird als geschlossen bezeichnet, weil die axialen Stege 29 und die radialen Stege 31 eine geschlossene umlaufende Kontur aufweisen. Insbesondere ist diese Kontur geschlossen in Bezug auf den Hohlraum 1.
  • Fig. 6 zeigt eine Seitenansicht einer weiteren erfindungsgemäßen Laufradschaufel 100 mit einem, in Bezug auf die dargestellte Ebene in Achsrichtung a und in Radialrichtung r, offenen taschenförmiger Körper. Der taschenförmiger Körper 3 wird als offen bezeichnet, weil der radial innere (in Fig. 6 der untere Steg) axiale Steg 29 nur etwa die Hälfte der Gesamtlänge in Achsrichtung a des taschenförmiger Körper 3 aufweist. Insbesondere ist der taschenförmigen Körper 3 in Bezug auf den Hohlraum l offen. Anders ausgedrückt weist der taschenförmige Körper 3 eine Durchbruch zum Hohlraum 1 hin auf.
    • Bezugszeichenliste
    • 100
    Laufradschaufel
    a
    axial; Axialrichtung
    r
    radial; Radialrichtung
    u
    Umfangsrichtung, senkrecht zur Achsrichtung der Gasturbine
    WD
    Breite des Dämpfungselements
    LD
    Länge des Dämpfungselements
    HD
    Höhe des Dämpfungselements
    1
    Hohlraum
    3
    taschenförmiger Körper
    5
    Schaufelfuß
    7
    Schaufelblatt
    9
    Schaufelplattform
    11
    vorderer Schaufelplattformbereich
    13
    mittlerer Schaufelplattformbereich
    15
    hinterer Schaufelplattformbereich
    17
    Dämpfungselement
    19
    Stegbreite
    21
    erweiterter Hohlraum
    23
    erweiterter taschenförmiger Körper
    25
    Dichtspalt
    27
    unterer Dichtspalt
    29
    axialer Steg des taschenförmigen Körpers
    31
    radialer Steg des taschenförmigen Körpers

Claims (7)

  1. Laufradschaufel (100) einer axialen Strömungsmaschine, mit einem Schaufelfuß (5), einem Schaufelblatt (7) und einer Schaufelplattform (9), wobei die Laufradschaufeln (100) mittels des Schaufelfußes (5) auf einer Rotorscheibe befestigbar ist und mit weiteren Laufradschaufeln (100) auf der Rotorscheibe in Umfangsrichtung angeordnet ist, wobei die Laufradschaufel (100) einen taschenförmigen Körper (3) aufweist, der unterhalb des Schaufelblatts (7) und oberhalb des Schaufelfußes (5) sowie im Bereich der Schaufelplattform (9) angeordnet ist, wobei der taschenförmige Körper (3) in oder an einem Hohlraum (1) der Schaufelplattform (9) angeordnet ist, wobei der Hohlraum (1) mit einem weiteren Hohlraum (1) einer benachbarten Laufradschaufel (100) auf der Rotorscheibe einen erweiterten Hohlraum (21) bildet, wobei der taschenförmige Körper (3) mit einem weiteren taschenförmigen Körper (3) der auf der Rotorscheibe benachbarten Laufschaufel (100) einen erweiterten taschenförmiger Körper (23) zur Aufnahme eines Dämpfungselements (17) bildet, wobei der taschenförmige Körper (3) wenigstens von zwei axialen (29) und zwei radialen (31) Stegen begrenzt wird, wobei das Dämpfungselement (17) innerhalb dieser Stege angeordnet ist,
    wobei die Laufradschaufel (100) ferner das Dämpfungselement (17) umfasst, welches zur Aufnahme in dem erweiterten taschenförmigen Körper (23) der Laufradschaufel (100) ausgestaltet ist, wobei das Dämpfungselement (17) eine Länge LD und eine Breite WD aufweist,
    wobei das Dämpfungselement (17) in seiner Längsrichtung in dem erweiterten taschenförmigen Körper (23) parallel zur Drehachse der Strömungsmaschine angeordnet ist, und
    wobei das Dämpfungselement (17) im Querschnitt senkrecht zur Längsausrichtung des Dämpfungselements (17) trapezförmig oder rechteckig ausgestaltet ist,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    das Verhältnis Länge LD zur Breite WD kleiner als 1 ist.
  2. Laufradschaufel (100) nach Anspruch 1, wobei der erweiterte Hohlraum (21) einen Dichtspalt (25) aufweist oder mit einem Dichtspalt (25) verbunden ist.
  3. Laufradschaufel (100) nach Anspruch 1 oder 2, wobei der erweiterte taschenförmige Körper (23) einen Dichtspalt (25) aufweist oder mit einem Dichtspalt (25) verbunden ist.
  4. Laufradschaufel (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der taschenförmige Körper (3) eine Öffnung zum Hohlraum (1) aufweist.
  5. Laufradschaufel (100) nach Anspruch 4, wobei die Öffnung parallel zur Drehachse der Strömungsmaschine angeordnet ist.
  6. Laufradschaufeln (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei das Dämpfungselement (17) im Querschnitt senkrecht zur Längsausrichtung des Dämpfungselements (17) symmetrisch zur vertikalen Mittelachse des Dämpfungselements (17) ausgestaltet ist.
  7. Laufradschaufel (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die Länge LD des Dämpfungselements (17) wenigstens 1 mm kleiner ist als die Länge LT des erweiterten taschenförmiger Körpers (23) der Laufradschaufeln (100) und/oder die Breite WL des Dämpfungselements (17) wenigstens 1 mm kleiner ist als die Breite WT des laschenförmigen Körpers (3) der Laufradschaufel (100).
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