EP1136653A2

EP1136653A2 - Beschaufelung mit Dämpfungselementen

Info

Publication number: EP1136653A2
Application number: EP01105747A
Authority: EP
Inventors: Jaroslaw Dr. Szwedowicz
Original assignee: Alstom Technology AG; Alstom Power NV
Current assignee: General Electric Technology GmbH
Priority date: 2000-03-22
Filing date: 2001-03-08
Publication date: 2001-09-26
Also published as: US20010024614A1; US6450769B2; EP1136653A3; DE10014198A1

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Beschaufelung mit Dämpfungselementen, die einen Rotor (5) sowie am Umfang des Rotors eingefügte Schaufeln (6) mit Schaufelplattform (7), Schaufelhals (14) und Schaufelfuß (8) umfasst. Zwischen jeweils benachbarten Schaufeln (6) ist ein Dämpfungselement (9) angeordnet, das bei einer Rotation des Rotors (5) über Reibschluss mit zumindest einem ersten Bereich (1, 2) einer ersten und einem zweiten Bereich (3) einer zweiten der jeweils benachbarten Schaufeln (6) in Verbindung steht. Die Beschaufelung zeichnet sich dadurch aus, dass das Dämpfungselement (9) so ausgestaltet und zwischen der ersten und der zweiten Schaufel angeordnet ist, dass der erste Bereich (1, 2) und der zweite Bereich (3) an in radialer Richtung deutlich voneinander beabstandeten Positionen liegen. Mit dieser Beschaufelung wird eine effiziente Schwingungsdämpfung auch bei geringen Relativbewegungen zwischen benachbarten Schaufeln erreicht. <IMAGE>

Description

Technisches Anwendungsgebiet

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Beschaufelung mit Dämpfungselementen, die einen Rotor sowie am Umfang des Rotors eingefügte, sich in radialer Richtung erstreckende Schaufeln mit Schaufelplattform und Schaufelfuß umfasst. Zumindest zwischen einigen von jeweils benachbarten Schaufeln ist ein Dämpfungselement angeordnet, das bei einer Rotation des Rotors über Reibschluss mit zumindest einem ersten Bereich einer ersten und einem zweiten Bereich einer zweiten der jeweils benachbarten Schaufeln in Verbindung steht.

Derartige Beschaufelungen werden insbesondere bei Strömungsmaschinen wie Gasturbinen eingesetzt. Die einzelnen Schaufeln bestehen hierbei aus dem Schaufelblatt, der Schaufelplattform, dem Schaufelhals und dem Schaufelfuß, der in entsprechende Ausnehmungen am Umfang des Rotors eingesetzt wird. Beim Betrieb der Beschaufelung entstehen aufgrund verschiedener Anregungsmechanismen unerwünschte Schwingungen, die zu einer frühzeitigen Materialermüdung und damit zu einer verkürzten Lebensdauer der Beschaufelung führen können. Die vorliegende Erfindung betrifft eine Beschaufelung mit Dämpfungselementen, die diese Vibrationen vermindern.

Stand der Technik

Zur Verminderung der Vibrationen der Beschaufelung werden bereits bisher Dämpfungselemente eingesetzt, die zwischen den einzelnen Schaufeln wirken. Bei diesen Dämpfungselementen handelt es sich in der Regel um lose Körper, die im Ruhezustand zunächst zwischen den Schaufelhälsen am Rotor aufliegen und beim Betrieb des Rotors aufgrund der einwirkenden Zentrifugalkraft in radialer Richtung gegen die Schaufelplattformen benachbarter Schaufeln gedrückt werden. Hierdurch kann die kinetische Energie einer aufgrund von Vibrationen hervorgerufenen Relativbewegung zwischen den Schaufeln in Reibungsenergie zwischen den jeweiligen Schaufelplattformen und dem reibschlüssig anliegenden Dämpfungselement umgewandelt werden. Dies dämpft die Schwingungen und führt zu einer verminderten Schwingungsbelastung der Beschaufelung.

Eine derartige Beschaufelung mit Dämpfungselementen ist beispielsweise in der US 5,156,528 beschrieben. Bei dieser Anordnung bilden die Randbereiche benachbarter Schaufelplattformen eine sich in radialer Richtung verjüngende Ausnehmung, in die das Dämpfungselement durch die Zentrifugalkraft gedrückt wird. Das Dämpfungselement ist in seiner geometrischen Form so an die Form dieser Ausnehmung angepasst, dass es beim Betrieb der Beschaufelung reibschlüssig in dieser Ausnehmung anliegt. Der kleinste Abstand zwischen den benachbarten Schaufelplattformen ist dabei selbstverständlich geringer als die Dimensionen des Dämpfungselementes, so dass sich dieses nicht von der Beschaufelung lösen kann. Bei einer Relativbewegung zwischen den benachbarten Schaufein wird die Bewegungsenergie in an den Berührungsflächen zum Dämpfungselement auftretende Reibungsenergie umgesetzt.

Neben der in dieser Druckschrift dargestellten im Querschnitt dreieckigen Form des Dämpfungselementes sind auch andere geometrische Formen bekannt, mit denen zu benachbarten Schaufelplattformen Reibschluss hergestellt werden kann. Ein Nachteil dieses Systems besteht jedoch darin, dass nur bestimmte höhere Schwingungsmoden der Beschaufelung ausreichend effektiv in Reibungsenergie umgesetzt werden.
Eine Beschaufelung besteht in der Regel aus 30 bis 200 Schaufeln. Sie können in einer Vielzahl von Schwingungsmoden angeregt werden. So ergeben sich bei einer Beschaufelung mit N Schaufeln N/2+1 unterschiedliche Eigenschwingungen bzw. Moden in Umfangsrichtung des Rotors. Die Schwingungsdifferenz zwischen benachbarten Schaufel ist dabei umso größer, je höher die auftretende Schwingungsmode ist. So treten bei niedrigen Schwingungsmoden nur sehr geringe Relativbewegungen zwischen benachbarten Schaufeln auf, während diese bei hohen Schwingungsmoden sehr groß werden. Bei einer Schwingungsdämpfung durch Umwandlung der Schwingungsenergie in Reibung ist eine möglichst starke Relativbewegung der gegeneinander reibenden Flächen von Vorteil. Die oben genannte Technik der zwischen zwei benachbarten Schaufeln wirkenden Dämpfungselemente ist daher nur dann effektiv, wenn die Schwingungsdifferenz zwischen benachbarten Schaufeln groß ist. Die aus dem Stand der Technik in diesem Zusammenhang bekannten Systeme sind aus diesem Grund nur für hohe Schwingungsmoden vorteilhaft einsetzbar. Die in der Praxis auftretenden Resonanzen rotierender Turbinenschaufeln liegen jedoch in der Regel im Bereich der niedrigsten Schwingungsmoden, so dass die obigen Dämpfungselemente hier keine ausreichende Wirkung zeigen.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Beschaufelung mit Dämpfungselementen bereitzustellen, bei der die Dämpfungselemente zwischen benachbarten Schaufeln wirken und auch bei niedrigen Schwingungsmoden eine ausreichende Dämpfung bewirken.

Darstellung der Erfindung

Die Aufgabe wird mit der Beschaufelung gemäß Patentanspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Beschaufelung sind Gegenstand der Unteransprüche.

Die vorliegende Beschaufelung weist in bekannter Weise einen Rotor sowie am Umfang des Rotors eingefügte, sich in radialer Richtung erstreckende Schaufeln mit Schaufelplattform, Schaufelhals und Schaufelfuß auf, wobei zumindest zwischen einigen von jeweils benachbarten Schaufeln ein Dämpfungselement angeordnet ist, das bei einer Rotation des Rotors über Reibschluss mit zumindest einem ersten Bereich einer ersten und einem zweiten Bereich einer zweiten der jeweils benachbarten Schaufeln in Verbindung steht. Die Beschaufelung zeichnet sich dadurch aus, dass das Dämpfungselement so ausgestaltet und zwischen der ersten und der zweiten Schaufel angeordnet ist, dass der erste Bereich und der zweite Bereich an in radialer Richtung deutlich voneinander beabstandeten Positionen liegen.

Erfindungsgemäß wurde hierbei erkannt, dass die Relativbewegung der aufeinander reibenden Flächen des Dämpfungselementes und der jeweiligen Schaufeln bei niedrigen Schwingungsmoden dadurch erhöht werden kann, dass die Berührungsflächen, Berührungslinien oder Berührungspunkte mit den jeweils benachbarten Schaufeln radial deutlich voneinander beabstandet gewählt werden. Durch diesen radialen Abstand erhöhen sich die Relativbewegungen bei niedrigen Schwingungsmoden, so dass eine stärkere Energiedissipation und damit eine bessere und effektivere Schwingungsdämpfung erzielt werden kann. Diese Technik ist daher insbesondere bei kleinen Relativbewegungen benachbarter Schaufeln bzw. bei niedrigen Schwingungsmoden, wie sie häufig auftreten, von großem Vorteil. Es versteht sich jedoch von selbst, dass mit dieser Technik ebenso stärkere Relativbewegungen bzw. höhere Schwingungsmoden gut gedämpft werden können.

Unter dem ersten bzw. zweiten Bereich sind hierbei sowohl Flächen, Linien wie auch Punkte zu verstehen, da die Art der Berührung zwischen dem Dämpfungselement und den Schaufeln von der Oberflächenform der jeweiligen Partner sowie vom Betriebszustand der Anordnung, d.h. von Drehzahl, Temperatur, Verschleiß und Ablagerungen, abhängt. Das vorliegende Dämpfungselement ist dabei, ebenso wie die bekannten Dämpfungselemente des Standes der Technik, aus einem starren Körper gebildet, der aufgrund der bei der Rotation einwirkenden Zentrifugalkräfte gegen den ersten und zweiten Bereich gepresst wird. In dieser Position wird dann ein Teil der Energie einer Vibrationsbewegung in Reibungsarbeit am Dämpfungselement umgesetzt.

Für die Erzielung einer optimalen Dämpfungswirkung, das heißt einer effektiven Dissipation der Vibrationsenergie niedriger Schwingungsmoden, müssen der erste und zweite Bereich in radialer Richtung möglichst weit voneinander beabstandet sein. Der Abstand in radialer Richtung sollte hierbei zumindest ein Drittel des Abstandes betragen, der von der Oberseite einer Schaufelplattform bis zur Oberfläche des Rotorumfangs vorliegt. Dieser Zwischenraum wird von der Dicke der Schaufelplattform und einem oberen Bereich des Schaufelfußes, dem Schaufelhals, eingenommen. Der untere Bereich des Schaufelfußes ist hierbei in der Halterung bzw. Vertiefung am Umfang des Rotors eingefügt. Ein zu geringer Abstand zwischen dem ersten und zweiten Bereich führt dazu, dass bei niedrigen Schwingungsmoden die Schwingungsenergie nicht ausreichend in Reibungsenergie umgewandelt werden kann.

Es versteht sich von selbst, dass an den Schaufeln entsprechende Vorsprünge vorgesehen sein müssen, die ein Lösen des Dämpfungselementes während der Rotation des Rotors von der Beschaufelung verhindern. Hierzu kann einerseits die Schaufelplattform selbst dienen, andererseits könnte jedoch auch ein gesonderter Vorsprung an der Schaufel vorgesehen sein, um eine Verschiebung des Dämpfungselementes in radialer Richtung zu verhindern. Weiterhin sollte das Dämpfungselement von den Dimensionen her so ausgestaltet sein, dass es beim Betrieb der Beschaufelung nur in der gewünschten Position gegen die benachbarten Schaufeln gedrückt wird. Das Dämpfungselement hat hierfür im Querschnitt in der radialen Ebene vorzugsweise eine längliche Form mit einer Länge, die größer ist als der Abstand benachbarter Schaufelfüße in Umfangsrichtung des Rotors. Hierdurch lässt sich das Dämpfungselement so zwischen die Schaufeln einsetzen, dass es an einem Ende an der Unterseite der Plattform der einen Schaufel anliegt, während es mit dem anderen Ende an einer deutlich unterschiedlichen radialen Position gegen den Schaufelfuß der anderen benachbarten Schaufel drückt. Die Form bzw. Ausgestaltung der Dämpfungselemente in axialer Richtung, das heißt in Richtung parallel zur Achse des Rotors, kann sowohl geradlinig wie auch gekrümmt sein. Dies gilt für alle bei der erfindungsgemäßen Anordnung einsetzbaren Dämpfungselemente. Unter radialer Position ist in der vorliegenden Anmeldung der Abstand eines Punktes zur Rotorachse in einer radialen Ebene zu verstehen. Eine radiale Ebene stellt eine Ebene senkrecht zur Rotorachse dar.

Es versteht sich von selbst, dass die exakte Form der Dämpfungselemente von der Form, den Dimensionen und den Abständen der einzelnen Schaufeln der Beschaufelung abhängig ist. Der Fachmann ist hierbei durchaus in der Lage, geeignete Formen der Dämpfungselemente zu finden, die die erfindungsgemäßen Vorgaben erfüllen. Einige Grundformen für geeignete Dämpfungselemente sind in den nachfolgend angegebenen Ausführungsbeispielen dargestellt.

Besonders vorteilhaft lassen sich die Dämpfungselemente dann einsetzen, wenn ihr Schwerpunkt nahe am ersten oder zweiten Bereich liegt. Durch die hierfür erforderliche Asymmetrie des Dämpfungselementes lässt sich erreichen, dass sich die Vibrationsenergie bei einer Relativbewegung zwischen benachbarten Schaufeln nur an jeweils dem Kontaktbereich mit dem Dämpfungselement in Reibungsenergie umwandelt, der weiter vom Schwerpunkt des Dämpfungselementes entfernt ist, als der andere Kontaktbereich. Durch eine Wahl des Schwerpunktes des Dämpfungselementes möglichst nahe an einem dieser Kontakt- bzw. Berührungsbereiche tritt an diesem Bereich keine oder nur eine sehr geringe Reibungsbewegung auf. Dies führt zu einer Steigerung der Effektivität der Energieumwandlung.

In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform weist das Dämpfungselement einen an einem Ende verbreiterten Bereich auf, der beim Betrieb des Rotors zwischen beide Plattformen gedrückt wird und somit wie ein Dämpfungselement gemäß dem eingangs genannten Stand wirkt. Die Dimensionen dieses verbreiterten Bereiches und die Form der Randbereiche der Plattformen sollten hierbei geeignet aufeinander abgestimmt sein. Das erfindungsgemäße Dämpfungselement weist einen von diesem verbreiterten Bereich ausgehenden Ausläufer auf, der bis an einen deutlich in radialer Richtung von den Plattformen beabstandeten Bereich des Schaufelfußes reicht. Die Schwerpunktverteilung im Dämpfungselement wird hierbei so gewählt, dass das Ende des Ausläufers beim Betrieb des Rotors gegen den Schaufelfuß gedrückt wird. Bei dieser Ausführungsform werden somit die Dämpfungseigenschaften der bekannten Elemente des Standes der Technik mit den Dämpfungseigenschaften kombiniert, wie sie mit den vorangehend dargestellten Dämpfungselementen erreicht werden.

An den ersten und/oder zweiten Bereichen der Schaufelfüße bzw. Schaufelplattformen sind vorzugsweise Vertiefungen bzw. Nuten vorgesehen, in die das Dämpfungselement eingesetzt werden kann bzw. beim Rotationsbetrieb eingreift, und die eine Bewegung des Dämpfungselementes in axialer Richtung verhindern. Für eine optimale Wirkung des Dämpfungselementes sollten der erste und der zweite Bereich einen möglichst großen Abstand in radialer Richtung aufweisen. Der maximale Abstand wird dadurch ermöglicht, dass der erste Bereich an bzw. knapp unterhalb der Plattform der ersten Schaufel und knapp oberhalb der Rotoroberfläche am Schaufelhals der zweiten Schaufel anliegt. Das Dämpfungselement erstreckt sich hierbei in radialer Ebene quasi diagonal über den zwischen benachbarten Schaufelfüßen vorliegenden Zwischenraum. Die beste Dämpfungswirkung kann selbstverständlich nur dann erzielt werden, wenn zwischen allen benachbarten Schaufeln der Beschaufelung Dämpfungselemente angeordnet sind. Die Masse, Schwerpunktsverteilung, Form sowie das Material des Dämpfungselementes werden je nach gewünschten Dämpfungseigenschaften und den Eigenschaften des Rotors sowie der Anzahl der Schaufeln gewählt.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit den Zeichnungen ohne Beschränkung des allgemeinen Erfindungsgedankens nochmals näher erläutert. Hierbei zeigen:

Fig. 1: ein erstes Beispiel eines Ausschnitts einer erfindungsgemäßen Beschaufelung in zwei Querschnittsansichten;
Fig. 2: ein zweites Beispiel eines Ausschnitts einer erfindungsgemäßen Beschaufelung in zwei Querschnittsansichten; und
Fig. 3: ein drittes Beispiel eines Ausschnitts einer erfindungsgemäßen Beschaufelung in zwei Querschnittsansichten.

Wege zur Ausführung der Erfindung

Figur 1 zeigt ein erstes Beispiel einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Beschaufelung im Ausschnitt. Hierbei ist im linken Teil der Abbildung ein Schnitt durch die Beschaufelung parallel zur Rotorachse dargestellt. Die Schnittebene beinhaltet die Rotorachse. In dieser Teilabbildung ist der Rotor 5 zu erkennen, in den der Schaufelfuß 8 einer Schaufel 6 auf an sich bekannte Weise eingefügt ist. Zwischen dem nur andeutungsweise dargestellten Schaufelblatt 10 und dem Rotor 5 erstrecken sich der Schaufelhals 14 sowie die Schaufelplattform 7. Die gleiche Anordnung ist im rechten Teil der Figur in einem Schnitt senkrecht zur Rotorachse, das heißt in einer radialen Ebene dargestellt. Hierbei ist ebenfalls ein Ausschnitt aus dem Rotor 5 mit zwei eingesetzten Schaufeln 6 (Schaufel i; benachbarte Schaufel i+1) mit den Schaufelplattformen 7 und den aus dem Rotor herausstehenden Schaufelhälsen 14 zu erkennen.
In diesem Beispiel ist ein Dämpfungselement 9 zwischen den benachbarten Schaufeln angeordnet, das in perspektivischer Darstellung nochmals in der rechten oberen Ecke abgebildet ist. Dieses Dämpfungselement hat im Querschnitt in der radialen Ebene eine längliche, knüppelartige Form, so dass deren Schwerpunkt 12 deutlich zu einem Ende hin verlagert ist. Im rechten Teil der Figur ist die Anordnung dieses Dämpfungselementes 9 beim Betrieb der Beschaufelung, das heißt bei einer Rotation des Rotors dargestellt. Die auf den Schwerpunkt 12 wirkende Zentrifugalkraft, die in radialer Richtung wirkt, drückt das Dämpfungselement 9 in der gezeigten Orientierung gegen die benachbarten Schaufeln 6. Ein Ende des Dämpfungselementes wird hierbei gegen die Kontaktbereiche 1 und 2 des Schaufelhalses bzw. der Schaufelplattform der rechten Schaufel gedrückt, während das andere Ende am Kontaktbereich 3 der linken Schaufel anliegt. Diese Kontaktbereiche können je nach Oberflächenform des Dämpfungselementes 9 Flächen, Punkte oder Linien sein. Im vorliegenden Beispiel handelt es sich um eine linienförmige Berührung. Im linken Teil der Abbildung ist diese linienförmige Berührung durch die Verbindungslinien zwischen den Punkten 1, 2 und 3 und den Punkten 1', 2' und 3' angedeutet. In dieser Teilabbildung ist ebenfalls eine Nut 11 am Schaufelhals 14 zu erkennen, in welcher das Dämpfungselement angeordnet ist, wodurch axiale Bewegungen des Dämpfungselementes verhindert werden.
Das Dämpfungselement 9 ist im vorliegenden Beispiel so ausgestaltet, dass es nur in der gezeigten Position beim Betrieb des Rotors an den Berührungsbereichen 1, 2 und 3 anliegen kann. Das Dämpfungselement liegt hierbei im Ruhezustand zunächst mit dem verbreiterten Bereich am Rotor 5 an und wird bei einer Rotationsbewegung durch die Zentrifugalkraft in die dargestellte Position gezwungen. Für eine optimale Wirkung des Dämpfungselementes im Sinne der vorliegenden Erfindung werden die Dimensionen des Dämpfungselementes so gewählt, dass ein möglichst geringer Abstand 13 zur Rotoroberfläche verbleibt. Auf diese Weise wird auch die gewünschte Position des Dämpfungselementes beim Betrieb des Rotors zuverlässig sichergestellt.
Beim Betrieb des Rotors wirken Reibungs- bzw. Reaktionskräfte auf die Bereiche 1, 2 und 3 ein. Die Größe dieser Kräfte hängt von der Masse, den Dimensionen und der radialen Position des Dämpfungselementes sowie von der Rotationsgeschwindigkeit des Rotors ab. Im vorliegenden Fall, bei dem der Schwerpunkt des Dämpfungselementes nahe am Berührungsbereich 3 liegt, ist die dort wirkende Reaktionskraft am größten, so dass an dieser Stelle 3 kaum eine Relativbewegung zwischen dem Dämpfungselement 9 und dem Schaufelhals 14 stattfindet. Bei einer Vibrationsbewegung zwischen beiden dargestellten Schaufeln wird die Vibrationsenergie an den entsprechenden Berührungsbereichen 1 und 2 in Reibung umgesetzt.

Selbstverständlich kann im vorliegenden Beispiel der Übergang zwischen Schaufelhals 14 und Schaufelplattform 7 auch abgerundet ausgestaltet sein, damit das Dämpfungselement 9 formschlüssig an diesen Bereichen anliegen kann.

Figur 2 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Beschaufelung. Bei dieser Darstellung werden die gleichen Ansichten gezeigt wie bei der Beschaufelung der Figur 1.
In diesem Beispiel ist das Dämpfungselement 9 mit einem verbreiterten Bereich auf einer Seite ausgestaltet, der beim Betrieb des Rotors zwischen eine durch die beabstandeten Schaufelplattformen 7 gebildete Ausnehmung gedrückt wird. Dies ist im rechten Teil der Figur zu erkennen, wobei neben einer Berührung mit der rechten Schaufelplattform am Bereich 1 auch eine Berührung mit der linken Schaufelplattform am Bereich 4 stattfindet. Hiermit wird die Wirkung der aus dem Stand der Technik bekannten Dämpfungselemente erzielt, die in gleicher Weise auf gleicher Höhe auf die Schaufelplattformen einwirken. Das vorliegende Dämpfungselement besteht jedoch nicht nur aus diesem verbreiterten Bereich, der zwischen die beiden Schaufelblätter eingreift. Das Dämpfungselement weist vielmehr in der radialen Ebene, wie dargestellt, eine längliche Form bzw. einen Ausläufer auf, wobei ein unterer Bereich mit dem linken Schaufelhals im Bereich 3 in Kontakt steht. Um diesen Kontakt zum Bereich 3 zu ermöglichen, muss der Schwerpunkt 12 des Dämpfungselementes 9 in Umfangsrichtung zwischen dem Berührungspunkt 2 und dem Berührungspunkt 3 liegen, da das Dämpfungselement nur dann durch die Zentrifugalkraft in der dargestellten Weise gegen den linken Schaufelhals gedrückt wird.
Die geometrische Form des in diesem Ausführungsbeispiel verwendeten Dämpfungselementes 9 ist im rechten oberen Teil der Figur nochmals in perspektivischer Ansicht dargestellt. Die erkennbare Asymmetrie ist in diesem Falle erforderlich, um den Reibschluss mit den dargestellten Berührungspunkte bzw. Berührungsflächen 1, 3 und 4 bei Einwirkung der Zentrifugalkraft zu erreichen. Auch in diesem Fall ist das Dämpfungselement 9 so dimensioniert, dass es nur einen geringen Abstand 13 zum Rotor 5 aufweist. Dieser geringe Abstand ermöglicht im vorliegenden Fall einen großen Abstand - in radialer Richtung - zwischen dem Berührungsbereich 3 und dem Berührungsbereich 1. Dieser deutliche Abstand ist für das Erreichen der erfindungsgemäßen Wirkung von Vorteil.

Selbstverständlich lässt sich die aus dem Stand der Technik bekannte Wirkung des Dämpfungselementes 9 auf die beiden benachbarten Plattformen 7 über die Berührungsflächen 1 und 4 auch durch eine andere Ausgestaltungsform der Randbereiche der Plattformen bzw. des oberen Endes des Dämpfungselementes 9 erreichen. Wesentlich bei dieser Ausführungsform ist die Erstreckung des Dämpfungselementes zum Rotor hin, um den reibschlüssigen Kontakt mit der Berührungsfläche 3 beim Betrieb zu erreichen.
In diesem Beispiel wird die Schwingung der Beschaufelung simultan an allen drei Bereichen 1, 3 und 4 gedämpft. Zur Verhinderung einer axialen Bewegung des Dämpfungselementes ist eine Nut 11 in der Schaufelplattform 7 vorgesehen, wie sie im linken Teil der Abbildung angedeutet ist.

Figur 3 zeigt schließlich eine weitere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Beschaufelung, wobei auch hier die gleichen Querschnittsansichten dargestellt sind wie in Figur 1. In diesem Beispiel weist das Dämpfungselement 9 eine abgewinkelte Form auf, die angenähert der eines Golfschlägers entspricht. Mit dieser Form werden zwei im Wesentlichen zueinander parallele Flächen am Dämpfungselement 9 bereitgestellt, von denen eine erste an der Unterseite der Schaufelplattform 7 im Bereich 1 anliegt, während eine zweite an der Unterseite eines Vorsprungs am benachbarten Schaufelhals 14 (Berührungsbereich 3) anliegt. Es versteht sich von selbst, dass sich die Darstellung auf den Betriebszustand der Beschaufelung bezieht, bei dem das Dämpfungselement 9 durch die Zentrifugalkraft gegen die Flächen 1 bzw. 3 gedrückt wird. Auch in diesem Beispiel ist das Dämpfungselement 9 so dimensioniert, dass möglichst geringe Abstände 13 zum Rotor 5 bzw. zum linken Schaufelhals 14 auftreten. Durch die Wahl des Schwerpunkts 12 im unteren Bereich des Dämpfungselementes, das heißt nahe der Berührungsfläche 3 ist die an der Berührungsfläche 3 wirkende Reaktionskraft bei einer Relativbewegung der beiden benachbarten Schaufeln 6 sehr viel größer als die auf die Berührungsfläche 1 wirkende Kraft. Hierdurch wird eine Oszillation der Schaufeln am Bereich 1 in Reibungsenergie umgesetzt. Für eine optimale Dämpfung sollte eine Reibungsbewegung am Bereich 3 verhindert oder minimiert werden. Dies wird gerade durch die asymmetrische Ausgestaltung zur Verlagerung des Schwerpunktes möglichst nahe an den Bereich 3 erreicht.
Die Reaktionskräfte sind im unteren Teil der Figur nochmals an einer vergrößerten Darstellung des Dämpfungselementes 9 und der benachbarten Schaufelplattformen bzw. Schaufelhälse dargestellt. Die auf die Berührungsfläche 1 wirkende Reaktionskraft R1 ist hierbei wesentlich kleiner als die auf die Berührungsfläche 3 wirkende Reaktionskraft R3. Diese Kräfteaufteilung resultiert aus der Lage des Schwerpunkts 12, an dem die Zentrifugalkraft N angreift, in Verbindung mit dem in der Figur angedeuteten Verhältnis der Dimensionen a - d.

Mit den dargestellten Ausführungsformen, aus denen der Fachmann problemlos weitere Formen von Dämpfungselementen ableiten kann, die die dargestellten Eigenschaften aufweisen, wird ein Schaufeldämpfer realisiert, der insbesondere auch dann effektiv wirkt, wenn benachbarte Schaufeln nur kleine Relativbewegungen zueinander ausführen. Dies wird dadurch erreicht, dass das Dämpfungselement an deutlich voneinander abweichenden radialen Positionen an den benachbarten Schaufeln angreift.

Bezugszeichenliste

1/2: erster Kontaktbereich
3: zweiter Kontaktbereich
4: dritter Kontaktbereich
5: Rotor
6: Schaufel
7: Schaufelplattform
8: Schaufelfuß
9: Dämpfungselement
10: Schaufelblatt
11: Führungsnut
12: Schwerpunkt
13: Abstand zum Rotor bzw. Schaufelblatt
14: Schaufelhals

Claims

Beschaufelung mit Dämpfungselementen,
die einen Rotor (5) sowie am Umfang des Rotors eingefügte, sich in radialer Richtung erstreckende Schaufeln (6) mit Schaufelplattform (7), Schaufelhals (14) und Schaufelfuß (8) umfasst, wobei zumindest zwischen einigen von jeweils benachbarten Schaufeln (6) ein Dämpfungselement (9) angeordnet ist, das bei einer Rotation des Rotors (5) über Reibschluss mit zumindest einem ersten Bereich (1, 2) einer ersten und einem zweiten Bereich (3) einer zweiten der jeweils benachbarten Schaufeln (6) in Verbindung steht,
dadurch gekennzeichnet, dass das Dämpfungselement (9) so ausgestaltet und zwischen der ersten und der zweiten Schaufel (6) angeordnet ist, dass der erste Bereich (1, 2) und der zweite Bereich (3) an in radialer Richtung deutlich voneinander beabstandeten Positionen liegen.
Beschaufelung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, dass der erste Bereich (1, 2) im oberen Drittel eines sich von der Schaufelplattform (7) bis zum Rotor (5) erstreckenden Bereiches der ersten Schaufel und der zweite Bereich (3) im unteren Drittel eines sich von der Schaufelplattform (7) bis zum Rotor (5) erstreckenden Bereiches der zweiten Schaufel liegt.
Beschaufelung nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, dass der erste Bereich (1, 2) an einer Unterseite der Schaufelplattform (7) der ersten und der zweite Bereich (3) am Schaufelhals (14) der zweiten Schaufel liegt.
Beschaufelung nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, dass der erste Bereich (1, 2) am Schaufelhals (14) nahe der Schaufelplattform (7) der ersten und der zweite Bereich (3) am Schaufelhals (14) der zweiten Schaufel liegt.
Beschaufelung nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, dass der erste Bereich (1, 2) an einer Unterseite der Schaufelplattform (7) der ersten und der zweite Bereich (3) am Schaufelhals (14) der zweiten Schaufel liegt, wobei das Dämpfungselement (9) so ausgestaltet ist, dass es bei einer Rotation des Rotors (5) über Reibschluss zusätzlich mit einem dritten Bereich (4) an der Schaufelplattform (7) der zweiten Schaufel verbunden ist, der dem ersten Bereich (1, 2) gegenüberliegt.
Beschaufelung nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
dadurch gekennzeichnet, dass ein Querschnitt des Dämpfungselementes (9) in einer radialen Ebene eine längliche Form aufweist, deren Länge grösser als der Abstand zwischen benachbarten Schaufelhälsen (14) ist.
Beschaufelung nach einem der Ansprüche 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, dass ein Querschnitt des Dämpfungselementes (9) in einer radialen Ebene eine abgewinkelte Form aufweist, wobei bei einer Rotation des Rotors (9) ein Endbereich des Dämpfungselementes (9) mit einer Unterseite der Schaufelplattform (7) der ersten Schaufel als erstem Bereich (1) reibschlüssig in Berührung steht und ein gegenüberliegender Endbereich des Dämpfungselementes (9) auf einer Unterseite eines am Schaufelhals (14) der zweiten Schaufel gebildeten Vorsprungs als zweitem Bereich (3) reibschlüssig aufliegt.
Beschaufelung nach einem der Ansprüche 1 bis 7,
dadurch gekennzeichnet, dass das Dämpfungselement (9) derart asymmetrisch ausgestaltet ist, dass dessen Schwerpunkt (12) nahe am ersten (1, 2) oder zweiten Bereich (3) liegt.
Beschaufelung nach Anspruch 5,
dadurch gekennzeichnet, dass ein Querschnitt des Dämpfungselementes (9) in einer radialen Ebene eine längliche Form mit einem verbreiterten Endbereich sowie mit einer Asymmetrie zur Längsachse aufweist, wobei der verbreiterte Endbereich breiter ist als der Abstand der benachbarten Schaufelplattformen (7).
Beschaufelung nach einem der Ansprüche 1 bis 9,
dadurch gekennzeichnet, dass Berührungsflächen zwischen dem Dämpfungselement (9) und dem ersten (1, 2) und/oder zweiten Bereich (3) als ebene Flächen ausgebildet sind.
Beschaufelung nach einem der Ansprüche 1 bis 10,
dadurch gekennzeichnet, dass das Dämpfungselement (9) durch am ersten (1, 2) und/oder zweiten (3) und/oder dritten Bereich (4) ausgebildete Führungsnuten (11) an einer Bewegung senkrecht zu einer radialen Ebene gehindert wird.