WO2008061856A1 - Schaufelanordnung - Google Patents

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WO2008061856A1
WO2008061856A1 PCT/EP2007/061469 EP2007061469W WO2008061856A1 WO 2008061856 A1 WO2008061856 A1 WO 2008061856A1 EP 2007061469 W EP2007061469 W EP 2007061469W WO 2008061856 A1 WO2008061856 A1 WO 2008061856A1
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damping elements
rotor
contact
damping
blades
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Andreas Kayser
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Siemens Aktiengesellschaft
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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
    • 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
    • F01D11/00—Preventing or minimising internal leakage of working-fluid, e.g. between stages
    • F01D11/005—Sealing means between non relatively rotating elements
    • F01D11/006—Sealing the gap between rotor blades or blades and rotor
    • F01D11/008—Sealing the gap between rotor blades or blades and rotor by spacer elements between the blades, e.g. independent interblade platforms
    • 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
    • F05D2250/00—Geometry
    • F05D2250/20—Three-dimensional
    • F05D2250/23—Three-dimensional prismatic
    • 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
    • F05D2250/00—Geometry
    • F05D2250/20—Three-dimensional
    • F05D2250/23—Three-dimensional prismatic
    • F05D2250/231—Three-dimensional prismatic cylindrical
    • 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
    • Y10S—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10S416/00—Fluid reaction surfaces, i.e. impellers
    • Y10S416/50—Vibration damping features

Definitions

  • the invention relates to a blade arrangement, comprising a rotor and a plurality of blades arranged on the circumference of the rotor in a ring, wherein between two immediately adjacent blades at least two damping elements in the circumferential direction of the rotor are arranged one behind the other, and wherein acting through a radially
  • Centrifugal force in a rotation of the rotor about a rotor axis adjacent damping elements contact each other and contact one of the two damping elements with one of the two blades and the other of the two damping elements with the other of the two blades in contact.
  • a blade arrangement in which at least two damping elements are arranged between adjacent blades in the circumferential direction of the rotor one behind the other, in order to achieve an effective damping of the entire blade arrangement.
  • the damping elements disclosed in this document are designed in divergent form in order to be able to damp as many different vibration modes as possible.
  • contact areas can be converted to vibration damping by friction effect vibration energy in heat energy.
  • the contact areas formed between the individual damping elements only have the form of a line contact with which only a slightly pronounced damping effect is associated.
  • the invention has for its object to provide a Schaufelanord- tion with damping elements, with the unwanted vibrations can be attenuated more effectively.
  • the position of the damping elements is neither underdetermined nor overdetermined.
  • the best possible damping in a split damper can be achieved.
  • the contact areas of adjacent damping elements which form during rotor rotation are designed in the form of a planar contact. In this way, the entire provided friction surface between the damping elements is significantly increased compared to known blade arrangements, in which the damping elements only come into contact with one another in the form of a line contact. The increase of the invention
  • Friction surface causes a very effective vibration damping of the entire blade assembly. Also different vibration modes can be effectively damped. Overall, the blade arrangement according to the invention enables a reduction of the vibration amplitudes and stresses by additional friction damping.
  • the contact between one of the two damping elements and one of the two blades is a flat contact and the contact of the other damping element and the other blade is a line-like contact.
  • the single line contact could also be provided between the damping elements.
  • the damping elements differ in their geometric shape. According to the invention can thus with suitably shaped damping elements Vibration modes are effectively damped, which can not be effectively damped with the same design of all damping elements.
  • the damping elements can also differ in their masses in order to effectively dampen the greatest possible number of different vibration modes by combination with suitable geometric shapes.
  • the friction conditions coefficient of friction, roughness
  • the friction conditions in the contact areas can be influenced, in order to enable targeted damping of several modes, even in increased frequency ranges.
  • damping elements are preferably of rod-shaped design.
  • two damping elements are arranged one behind the other in the circumferential direction of the rotor, wherein the damping elements are preferably rod-shaped and one damping element has a cross section of the shape of a wedge and the other damping element has a cross section of the shape of a quarter circle ,
  • the damping elements are preferably rod-shaped and one damping element has a cross section of the shape of a wedge and the other damping element has a cross section of the shape of a quarter circle
  • three damping elements are arranged one behind the other in the circumferential direction of the rotor.
  • a further damping element which preferably has a different geometric shape than the other damping elements, optionally further disturbing vibration modes can be effectively damped.
  • the two outer damping elements arranged one after the other in the circumferential direction of the rotor come into contact with the blades of the pair of vanes via friction surfaces which are formed on the vanes of the pair of vanes.
  • the damping elements are made of steel or ceramic, ie materials, with which an effective damping can be realized.
  • FIG. 1 schematically shows a section of a blade arrangement according to the invention in a sectional plane perpendicular to the rotor axis and FIG
  • FIG. 2 schematically shows the arrangement of two damping element groups over the axial extent of a blade.
  • FIG. 1 shows a schematic section of the blade arrangement 1 according to the invention in a sectional plane perpendicular to the rotor axis.
  • the detail shows two blade platforms 3 of adjacent blades of the blade arrangement 1 according to the invention.
  • the blades are suspended from the rotor disk of the blade arrangement 1 and are at a small distance from one another.
  • two damping elements 5 and 7 are arranged loosely. Both damping elements 5, 7 form a damper group and are rod-shaped in the axial direction, wherein the damping element 7 has a quarter-circle-shaped cross section and the damping element 5 has a wedge-shaped cross section.
  • the undersides of the two blade platforms 3 form friction surfaces 9, 11. against these friction surfaces 9, 11, the two damping elements 5, 7 upon rotation of the rotor (not shown) by the action of the centrifugal pressed force.
  • the friction surfaces 9, 11 are here inclined at certain angles ⁇ and ⁇ to the plane which is spanned by the radial direction R and the rotor axis, so that they together form a V-shaped guide, in which the damping elements 5, 7 through the Centrifugal force are pressed.
  • the wedge-shaped damping element 5 has a friction surface 13 whose inclination is adapted to the angle ⁇ in order to provide an effective areal frictional contact between the damping element 5 and the corresponding blade platform 3.
  • the angles ⁇ and ⁇ are preferably in the range of 20 ° to 70 °, the range of 40 ° to 60 ° being more preferred.
  • the damping elements 5 and 7 are formed and arranged in the circumferential direction of the rotor one behind the other, that the contact in the contact region 15 is a flat contact 15, as well as the contact between the damping element 5 and platform 3.
  • the entire provided friction surface between the Dämpfungsele- Menten 5 and 7 compared to known blade arrangements significantly increased, in which the contact area between the damping elements is not formed as a flat contact, but in the form of a line contact (Hertz shear contact).
  • there are two planar contacts and only one line contact namely between damping element 7 and platform 3).
  • the friction surface additionally provided according to the invention via the flat contact 15 effects a very effective vibration damping of the entire blade arrangement 1.
  • the flat contact 15 extends parallel to the radial direction R, but can be inclined by correspondingly selected angles ⁇ and ⁇ also to the radial direction R.
  • the angle ⁇ is preferably within a range of 70 ° to 90 ° and the angle ⁇ within a range of 110 ° to 90 ° or vice versa.
  • Fig. 2 shows schematically the arrangement of two damping element groups 25, 27.
  • the positions of the damping element groups 25 and 27, each comprising a certain number of damping elements are indicated schematically by circles.
  • the damping elements extend rod-shaped in the axial direction, wherein the groups along the axial extent of a blade 17 (axial direction 23) are distributed.
  • the blade 17 comprises an airfoil 19, a blade platform 3, a blade root 21, a blade leading edge 29 and a blade trailing edge 31.
  • Die Flow direction 33 is indicated by an arrow.

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)
  • Processing Of Stones Or Stones Resemblance Materials (AREA)
  • Power Steering Mechanism (AREA)
  • Fluid-Damping Devices (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Schaufelanordnung (1), mit einem Rotor und mehreren am Umfang des Rotors angeordneten Schaufeln (17), wobei zwischen den Schaufeln (17) wenigstens eines Schaufelpaares, das aus zwei benachbarten Schaufeln (17) gebildet ist, mehrere Dämpfungselemente (5, 7) in Umfangsrichtung des Rotors hintereinander angeordnet sind, und wobei benachbarte Dämpfungselemente (5, 7) bei einer Rotation des Rotors um eine Rotorachse durch eine in radialer Richtung wirkende Zentrifugalkraft in Kontakt treten, und wobei ferner die Dämpfungselemente (5, 7) derart ausgebildet und in Umfangsrichtung des Rotors hintereinander angeordnet sind, dass der Kontakt ein flächiger Kontakt (15) ist.

Description

Beschreibung
Schaufelanordnung
Die Erfindung betrifft eine Schaufelanordnung, mit einem Rotor und mehreren am Umfang des Rotors in einem Kranz angeordneten Schaufeln, wobei zwischen zwei unmittelbar benachbarten Schaufeln mindestens zwei Dämpfungselemente in Umfangsrichtung des Rotors hintereinander angeordnet sind, und wobei durch eine in radialer Richtung wirkende
Zentrifugalkraft bei einer Rotation des Rotors um eine Rotorachse benachbarte Dämpfungselemente untereinander in Kontakt treten und eines der beiden Dämpfungselemente mit einer der beiden Schaufeln und das andere der beiden Dämpfungselemente mit der anderen der beiden Schaufeln in Kontakt treten.
Es ist bekannt, Schaufelanordnungen, die in Strömungsmaschinen, wie etwa Gasturbinen, verwendet werden, mit Dämpfungs- elementen zu versehen. Diese dienen dazu, unerwünschte Biege- und Torsionsschwingungen, die während des Betriebs in der Strömungsmaschine durch unterschiedliche Anregungen auftreten, zu dämpfen. Auf diese Weise können durch hohe Schwingungsamplituden bedingte HCF-Schäden (Abk. für „High Cycle Fatige"-Schäden) vermieden werden, die zu einer frühzeitigen Materialermüdung und damit zu einer verkürzten Lebensdauer der Schaufeln bzw. der Schaufelanordnung führen können. Die Dämpfungselemente werden hierbei zwischen den einzelnen Schaufeln angeordnet. Als Dämpfungselemente werden in der Regel lose Körper verwendet, die im Ruhezustand zunächst zwischen den Schaufelfüßen der Schaufeln am Rotor oder auf entsprechenden Tragestrukturen aufliegen und beim Betrieb des Rotors aufgrund der in radialer Richtung wirkenden Zentrifugalkraft gegen die Unterseite der Schaufelplattformen benach- barter Schaufeln gedrückt werden. Jedes Dämpfungselement steht dabei zur gleichen Zeit mit beiden benachbarten Schaufelplattformen in Kontakt. Hierdurch kann die kinetische Energie einer aufgrund von Vibrationen hervorgerufenen ReIa- tivbewegung zwischen den Schaufeln in Wärmeenergie umgewandelt werden, infolge der Reibung zwischen den jeweiligen Schaufelplattformen und dem anliegenden Dämpfungselement. Dies dämpft die Schwingungen und führt insgesamt zu einer verminderten Schwingungsbelastung der Schaufelanordnung.
Aus der Druckschrift EP 1 154 125 A2 ist eine Schaufelanordnung bekannt bei der wenigstens zwei Dämpfungselemente zwischen benachbarten Schaufeln in Umfangsrichtung des Rotors hintereinander angeordnet sind, um eine wirksame Dämpfung der gesamten Schaufelanordnung zu erzielen. Die in dieser Druckschrift offenbarten Dämpfungselemente sind in voneinander abweichender Form ausgeführt, um möglichst eine Vielzahl unterschiedlicher Schwingungsmoden dämpfen zu können. Über die sich zwischen den Dämpfungselementen und den Schaufeln, und ferner über die sich zwischen den einzelnen Dämpfungselementen ausbildenden Kontaktbereiche kann zur Schwingungsdämpfung durch Reibungswirkung Schwingungsenergie in Wärmenergie umgewandelt werden. Jedoch weisen die sich zwischen den einzelnen Dämpfungselementen ausbildenden Kontaktbereiche lediglich die Form eines Linienkontakts auf, mit dem eine nur geringfügig ausgeprägte Dämpfungswirkung verbunden ist.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schaufelanord- nung mit Dämpfungselementen anzugeben, mit der unerwünschte Schwingungen noch wirksamer gedämpft werden können.
Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß mit der eingangs genannten Schaufelanordnung gelöst, bei der die Dämpfungselemente der- art ausgebildet und in Umfangsrichtung des Rotors hintereinander angeordnet sind, dass zwei der drei Kontakte zwischen den Dämpfungselementen und den Schaufeln flächenartig und einer der beiden Kontakte linienartig sind. Durch diese Kombination von zwei unterschiedlich wirkenden Dämpfungselementen lassen sich eine Vielzahl unterschiedlicher Schwingungszustände effektiv dämpfen, wobei neben den gegenphasigen Schwingungszuständen auch die gleichphasigen Schwingungen gedämpft werden, da durch die Flächenkontakte des keilförmigen Dämpfungselements ein Abrollen des kreisförmigen Elements am Linienkontakt zur Plattenform unterbunden wird. Durch die Kombination dieser Dämpfungselemente mit einem Flächenkontakt an einer Schaufelplattform und einem Linienkontakt (Hertz 'scher
Kontakt) an der anderen Plattform des Schaufelpaares ist eine kinematisch stabile Anordnung geschaffen, die ein Verkanten und lokales Abheben aller Kontaktflächen verhindert.
Bei der erfindungsgemäßen Gestaltung einer Schaufelanordnung ist die Lage der Dämpfungselemente weder unterbestimmt noch überbestimmt. Hierdurch kann eine bestmögliche Dämpfung bei einem geteilten Dämpfer erzielt werden. Vorzugsweise sind die sich bei Rotordrehung ausbildenden Kontaktbereiche benachbarter Dämpfungselemente in Form eines flächigen Kontakts ausgebildet. Auf diese Weise wird die gesamte bereitgestellte Reibfläche zwischen den Dämpfungselementen gegenüber bekannten Schaufelanordnungen deutlich erhöht, bei denen die Dämpfungselemente nur in Form eines Linienkontakts miteinan- der in Kontakt treten. Die erfindungsgemäße Erhöhung der
Reibfläche bewirkt eine sehr wirksame Schwingungsdämpfung der gesamten Schaufelanordnung. Auch unterschiedliche Schwingungsmoden können so wirksam gedämpft werden. Insgesamt betrachtet ermöglicht die erfindungsgemäße Schaufelanordnung eine Reduktion der Schwingungsamplituden und Spannungen durch zusätzliche Reibungsdämpfung.
In einer weiteren Ausgestaltung ist der Kontakt zwischen einem der beiden Dämpferelemente und einer der beiden Schaufeln ein flächiger Kontakt und der Kontakt des anderen Dämpfungselements und der anderen Schaufel ein linienartiger Kontakt. Alternativ könnte selbstverständlich der einzige Linienkontakt auch zwischen den Dämpfungselementen vorgesehen sein .
Bei einer vorteilhaften Weiterbildung unterscheiden sich die Dämpfungselemente in ihrer geometrischen Form. Erfindungsgemäß können so mit geeignet geformten Dämpfungselementen auch Schwingungsmoden wirksam gedämpft werden, die bei gleichbleibender Gestaltung aller Dämpfungselemente nicht wirksam gedämpft werden können. Bevorzugt können sich die Dämpfungselemente auch in ihren Massen unterscheiden, um durch Kombina- tion mit geeigneten geometrischen Formen eine möglichst große Anzahl unterschiedlicher Schwingungsmoden wirksam zu dämpfen. Ferner können durch Verwendung von Dämpfungselementen aus unterschiedlichen Materialien die Reibungsverhältnisse (Reibkoeffizient, Rauheit) in den Kontaktbereichen beeinflusst werden, um auch so eine gezielte Dämpfung mehrerer Moden, auch in erhöhten Frequenzbereichen, zu ermöglichen.
Um die Dämpfungselemente geeignet zwischen benachbarten Schaufeln anordnen zu können, sind diese vorzugsweise stab- förmig ausgebildet.
Bei einer konkreten Weiterbildung der erfindungsgemäßen Schaufelanordnung sind zwei Dämpfungselemente in Umfangsrich- tung des Rotors hintereinander angeordnet, wobei die Dämp- fungselemente vorzugsweise stabförmig ausgebildet sind und ein Dämpfungselement einen Querschnitt von der Form eines Keils und das andere Dämpfungselement einen Querschnitt von der Form eines Viertelkreises aufweist. Insbesondere durch derartige aufeinander abgestimmte Querschnittsformen der Dämpfungselemente lassen sich die erfindungsgemäßen Vorteile erzielen .
Bei einer alternativen vorteilhaften Weiterbildung sind drei Dämpfungselemente in Umfangsrichtung des Rotors hintereinan- der angeordnet. Durch ein weiteres Dämpfungselement, das vorzugsweise eine andere geometrische Form aufweist als die übrigen Dämpfungselemente, können gegebenenfalls weitere störende Schwingungsmoden wirksam gedämpft werden. Vorzugsweise treten hierbei nur die beiden äußeren der in Umfangsrichtung des Rotors hintereinander angeordneten Dämpfungselemente über Reibungsflächen, die an den Schaufeln des Schaufelpaars ausgebildet sind, mit den Schaufeln des Schaufelpaars in Kontakt. Je nach Anwendungsfall kann es auch von Vorteil sein, mehr als drei Dämpfungselemente zwischen zwei benachbarten Schaufeln hintereinander anzuordnen.
Bei einer weiteren konkreten Weiterbildung sind die Dämp- fungselemente aus Stahl oder Keramik hergestellt, also Mate- rialen, mit denen eine wirksame Dämpfung realisiert werden kann .
Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsge- mäßen Schaufelanordnung anhand der beigefügten Zeichnung näher erläutert, in denen
FIG 1 schematisch einen Ausschnitt einer erfindungemäßen Schaufelanordnung in einer Schnittebene senkrecht zur Rotor- achse zeigt und
FIG 2 schematisch die Anordnung zweier Dämpfungselement-Gruppen über die axiale Erstreckung einer Schaufel zeigt.
Die Fig. 1 zeigt einen schematischen Ausschnitt der erfindungsgemäßen Schaufelanordnung 1 in einer Schnittebene senkrecht zur Rotorachse. Der Ausschnitt zeigt zwei Schaufelplattformen 3 von benachbarten Schaufeln der erfindungsgemä- ßen Schaufelanordnung 1. Die Schaufeln sind an der Rotorscheibe der Schaufelanordnung 1 eingehängt und weisen einen geringen Abstand zueinander auf. Zwischen den beiden Schaufelplattformen 3 sind zwei Dämpfungselemente 5 und 7 lose angeordnet. Beide Dämpfungselemente 5, 7 bilden eine Dämpfer- gruppe und sind in axialer Richtung stabförmig ausgebildet, wobei das Dämpfungselement 7 einen viertelkreisförmigen Querschnitt und das Dämpfungselement 5 einen keilförmigen Querschnitt aufweist.
Die Unterseiten der beiden Schaufelplattformen 3 bilden Reibungsflächen 9, 11 aus. Gegen diese Reibungsflächen 9, 11 werden die beiden Dämpfungselemente 5, 7 bei einer Rotation des Rotors (nicht dargestellt) durch Wirkung der Zentrifugal- kraft gedrückt. Die Reibungsflächen 9, 11 sind vorliegend unter bestimmten Winkeln δ und ε zu der Ebene geneigt, die durch die radiale Richtung R und die Rotorachse aufgespannt wird, so dass sie zusammen eine V-förmige Führung bilden, in welche die Dämpfungselemente 5, 7 durch die Zentrifugalkraft gedrückt werden. Das keilförmige Dämpfungselement 5 weist eine Reibungsfläche 13 auf, deren Neigung an den Winkel δ an- gepasst ist, um einen wirksamen flächigen Reibungskontakt zwischen dem Dämpfungselement 5 und der entsprechenden Schau- felplattform 3 bereitzustellen. Die Winkel δ und ε liegen hierbei vorzugsweise im Bereich von 20° bis 70°, wobei der Bereich von 40° bis 60° noch bevorzugter ist.
Bei Einsatz der erfindungsgemäßen Schaufelanordnung 1 in einer Strömungsmaschine, wie etwa einer Gasturbine, bilden sich in der Schaufelanordnung 1 infolge von unterschiedlichen Anregungen oft unerwünschte Schwingungen in Form von Biege- und Torsionsschwingungen aus. Diese Schwingungen bewirken in der Regel eine Relativbewegung zwischen den beiden benachbar- ten Schaufelplattformen 3, die wiederum zu einer Relativbewegung zwischen dem keilförmigen Dämpfungselement 5 und der Reibungsfläche 9, zwischen dem viertelkreisförmigen Dämpfungselement 7 und der Reibungsfläche 11, und zu einer Relativbewegung zwischen den beiden Dämpfungselementen 5 und 7 im Kontaktbereich 15 (in Fig. 1 schematisch durch eine gestrichelte Linie dargestellt) führt. Auf diese Weise kann erfindungsgemäß in allen drei Kontaktbereichen Schwingungsenergie infolge von Reibung in Wärmeenergie umgewandelt werden, um eine wirksame Schwingungsdämpfung zu erzielen. Hierbei werden mit dem keilförmigen Dämpfungselement 5 vor allem Schwingungen wirksam gedämpft, die auch gleichphasig auftreten.
Erfindungsgemäß sind die Dämpfungselemente 5 und 7 derart ausgebildet und in Umfangsrichtung des Rotors hintereinander angeordnet, dass der Kontakt im Kontaktbereich 15 ein flächiger Kontakt 15 ist, genauso wie der Kontakt zwischen Dämpfungselement 5 und Plattform 3. Auf diese Weise wird die gesamte bereitgestellte Reibfläche zwischen den Dämpfungsele- menten 5 und 7 gegenüber bekannten Schaufelanordnungen deutlich erhöht, bei denen der Kontaktbereich zwischen den Dämpfungselementen nicht als flächiger Kontakt, sondern in Form eines Linienkontakts (Hertz 'scher Kontakt) ausgebildet ist. Im Unterschied zu bekannten Lösungen, bei denen bei Verwendung von zwei Dämpfungselementen zwei Linienkontakte und ein flächiger Kontakt bereitgestellt werden, sind es erfindungsgemäß zwei flächige Kontakte und nur ein Linienkontakt (und zwar zwischen Dämpfungselement 7 und Plattform 3) . Die erfin- dungsgemäß über den flächigen Kontakt 15 zusätzlich bereitgestellte Reibungsfläche bewirkt eine sehr wirksame Schwingungsdämpfung der gesamten Schaufelanordnung 1.
Vorliegend verläuft der flächige Kontakt 15 parallel zur radialen Richtung R, kann jedoch durch entsprechend gewählte Winkel α und ß auch zur radialen Richtung R geneigt sein. Bevorzugt liegt hierbei der Winkel α innerhalb eines Bereichs von 70° bis 90 ° und der Winkel ß innerhalb eines Bereichs von 110° bis 90° oder umgekehrt.
Fig. 2 zeigt schematisch die Anordnung zweier Dämpfungselement-Gruppen 25, 27. Die Positionen der Dämpfungselement- Gruppen 25 und 27, die jeweils eine bestimmte Anzahl von Dämpfungselementen umfassen, sind schematisch durch Kreise angedeutet. Die Dämpfungselemente erstrecken sich stabförmig in Axialrichtung, wobei die Gruppen entlang der axialen Erstreckung einer Schaufel 17 (axiale Richtung 23) verteilt sind. Die Schaufel 17 umfasst ein Schaufelblatt 19, eine Schaufelplattform 3, einen Schaufelfuß 21, eine Schau- felvorderkante 29 und eine Schaufelhinterkante 31. Vorliegend befindet sich die Dämpfungselement-Gruppe 27 an der Schaufelvorderkante 29 und die Dämpfungselement-Gruppe 25 an der Schaufelhinterkante 31. Die Strömungsrichtung 33 ist durch einen Pfeil angedeutet. Durch eine asymmetrische Anordnung oder Ausgestaltung der Gruppen 25, 27 in der axialen Richtung 23 können erfindungsgemäß unterschiedliche Schwingungsmoden effektiv gedämpft werden.

Claims

Patentansprüche
1. Schaufelanordnung (1), mit einem Rotor und mehreren am Umfang des Rotors in einem Kranz angeordneten Schaufeln (17), wobei zwischen zwei unmittelbar benachbarten Schaufeln (17) mindestens zwei Dämpfungselemente (5, 7) in Umfangsrichtung des Rotors hintereinander angeordnet sind, und wobei durch eine in radialer Richtung wirkende Zentrifugalkraft bei einer Rotation des Rotors um eine
Rotorachse benachbarte Dämpfungselemente (5, 7) untereinander in
Kontakt treten und eines der beiden Dämpfungselemente (5, 7) mit einer der beiden Schaufeln (17) und das andere der beiden Dämpfungselemente (7, 5) mit der anderen der beiden Schaufeln (17) in Kontakt treten, dadurch gekennzeichnet, dass zwei der drei Kontakte flächenartig und einer der beiden Kontakte linienartig ist.
2. Schaufelanordnung nach Anspruch 1, bei der die Dämpfungselemente (5, 7) derart ausgebildet und in Umfangsrichtung des Rotors hintereinander angeordnet sind, dass der Kontakt zwischen ihnen ein flächiger Kontakt
(15) ist und dass der Kontakt zwischen einem der beiden Dämpferelemente
(5) und einer der beiden Schaufeln (17) ein flächiger Kontakt ist und dass der Kontakt zwischen dem anderen der beiden
Dämpfungselemente (7) und der anderen der beiden Schaufel
(17) ein linienartiger Kontakt ist.
3. Schaufelanordnung (1) nach Anspruch 1 oder 2, bei der sich die Dämpfungselemente (5, 7) in ihrer geometrischen Form unterscheiden.
4. Schaufelanordnung (1) nach Anspruch 1, 2 oder 3, bei der sich die Dämpfungselemente (5, 7) in ihren Massen unterscheiden .
5. Schaufelanordnung (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei der die Dämpfungselemente (5, 7) stabförmig ausgebildet sind.
6. Schaufelanordnung (1) nach einem der vorangehenden
Ansprüche, bei der die Dämpfungselemente (5, 7) stabförmig ausgebildet sind, wobei ein Dämpfungselement (5) einen Querschnitt von der Form eines Keils und das andere Dämpfungselement (7) einen
Querschnitt von der Form eines Viertelkreises aufweist.
7. Schaufelanordnung (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei der drei Dämpfungselemente in Umfangsrichtung des Rotors hintereinander angeordnet sind.
8. Schaufelanordnung (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei der die Dämpfungselemente (5, 7) aus Stahl oder Keramik hergestellt sind.
PCT/EP2007/061469 2006-11-23 2007-10-25 Schaufelanordnung WO2008061856A1 (de)

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DE502007003972T DE502007003972D1 (de) 2006-11-23 2007-10-25 Schaufelanordnung

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Application Number Priority Date Filing Date Title
EP06024326.8 2006-11-23
EP06024326A EP1925781A1 (de) 2006-11-23 2006-11-23 Schaufelanordnung

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EP (2) EP1925781A1 (de)
JP (1) JP4806075B2 (de)
CN (1) CN101542073B (de)
AT (1) ATE469288T1 (de)
DE (1) DE502007003972D1 (de)
ES (1) ES2345686T3 (de)
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