DE29701592U1

DE29701592U1 - Thermische Strömungsmaschine

Info

Publication number: DE29701592U1
Application number: DE29701592U
Authority: DE
Original assignee: Asea Brown Boveri AG Switzerland; Asea Brown Boveri AB
Current assignee: ABB Asea Brown Boveri Ltd; ABB AB
Priority date: 1996-02-05
Filing date: 1997-01-31
Publication date: 1997-03-27
Anticipated expiration: 2007-02-01

Description

Lb 5.2.96 96/008

Thermische Strömungsmaschine

Technisches Gebiet

Die Erfindung betrifft eine thermische Strömungsmaschine mit einer Vorrichtung zur Schwingungsvermeidung ihrer Laufschaufeln.

Stand der Technik

Zwecks Dämpfung der Schwingungen von schwingungsgefahrdeten Laufschaufeln werden häufig Dämpferdrähte eingesetzt. Ein solcher Dämpferdraht wird in entsprechend angeordneten Ausnehmungen mehrerer benachbarter Laufschaufeln lose geführt und verbindet diese zu einem Schaufelpaket. Beim Betrieb der Laufschaufeln liegt der Dämpferdraht unter Fliehkraftwirkung radial nach aussen in den Ausnehmungen an. Dadurch dämpft er die gegeneinander, ungleichmässig oder phasenverschoben ausgerichteten Schwingungen der Laufschaufeln seines Schaufelpaketes .

Die mit den bisher bekannten Dämpferdrähten versehenen Schaufelpakete sind in ümfangsrichtung an der Montagestelle des Dämpferdrahtes offen. Dabei ist zwischen den beiden Enden des Dämpferdrahtes eine Trennfläche ausgebildet und in einem der Schaufelzwischenräume des jeweiligen Schaufelpaketes angeordnet. Demzufolge sind insbesondere die der Trennfläche benachbarten Laufschaufeln, d.h. die Randschaufeln eines Paketes nicht ausreichend abgestützt. Das führt jedoch zu einer unzureichenden Dämpfung der Schwingungen dieser Randschaufeln während der Rotation der Strömungsmaschine. Schaufelschwingungsbrüche sind daher häufig an den Paketrandschaufeln zu verzeichnen.

Um geschlossene Dämpferdrahtpakete zu erreichen, werden heute häufig sogenannte Deckbänder verwendet. Solche Deckbänder sind für den Einsatz im Kraftwerksbau, d.h. bei Gas- und Dampfturbinen gut geeignet. Bei Turboladern treten jedoch höhere Drehzahlen und stärkere Fliehkraftbelastungen auf. Die damit verbundenen hohen Tangentialspannungen sind nur schwer beherrschbar und können zur Zerstörung der Deckbänder führen. Damit ist die Dämpfung des zugehörigen Schaufelpaketes nicht mehr gewährleistet. Aufgrund dieser Zusammenhänge kommen bei Turboladerturbinen keine Deckbänder zum Einsatz.

Darstellung der Erfindung

Die Erfindung versucht, alle diese Nachteile zu vermeiden. Ihr liegt die Aufgabe zugrunde, eine thermische Strömungsmaschine mit zumindest einem geschlossenen Schaufelpaket zu schaffen, dessen Dämpfungselement keine Tangentialspannungen aufweist.

einer verbesserten, auch für hohe Drehzahlen geeigneten Vorrichtung zur Schwingungsvermeidung an ihren Laufschaufeln zu schaffen.

Erfindungsgemäss wird dies dadurch erreicht, dass bei einer Vorrichtung gemäss dem Oberbegriff des Anspruchs 1, die Drahtenden des Dämpferdrahtes einander überlappend angeordnet sind und ein Überlappungsbereich ausgebildet ist, welcher zumindest im Bereich der Ausnehmung zumindest einer Laufschaufel angeordnet ist.

Diese Ausbildung und Anordnung des Dämpferdrahtes führt zu einem geschlossenen Schaufelpaket, bei dem auch die den ---^Drahtenden benachbarten Laufschaufeln ausreichend abgestützt sind. Weil die überlappenden Drahtenden in ümfangsrichtung verschiebbar sind, können sich auch keine Tangentialspannun-

gen infolge der Fliehkraft aufbauen. Demzufolge wird die Gefahr von Schaufelschwingungsbrüchen verringert und somit die Verfügbarkeit der thermischen Strömungsmaschine erhöht.

Dazu ist der Dämpferdraht in einer ersten Ausgestaltungsform der Erfindung zumindest im Überlappungsbereich der Drahtenden, in ümfangsrichtung des Schaufelpaketes, geteilt ausgebildet. Beide Drahtenden des Dämpferdrahtes sind in diesem Bereich miteinander korrespondierend ausgespart.

Ferner ist es vorteilhaft, wenn sich der Überlappungsbereich der Drahtenden über mehrere Laufschaufeln und deren entsprechende SchaufelZwischenräume erstreckt. Mit einer solchen Ausbildung wird die abstützende Wirkung des Dämpferdrahtes im Überlappungsbereich verbessert. Dabei erweist sich eine um 180" versetzte Anordnung der beiden Drahtenden des Dämpferdrahtes zueinander als besonders günstig, weil damit Unwuchten des Schaufelpaketes verhindert werden.

In einer zweiten Ausgestaltungsform der Erfindung ist der Dämpferdraht in Ümfangsrichtung des Schaufelpaketes vollständig geteilt. Er besteht aus einem ersten und einem zweiten Teildraht. Jeder der Teildrähte besitzt ein erstes sowie ein zweites Drahtende. Das erste Drahtende jedes Teildrahtes ist mit dem zweiten Drahtende des jeweils anderen Teildrahtes überlappend angeordnet.

Der Überlappungsbereich erstreckt sich über mehrere Laufschaufeln und deren entsprechende Schaufelzwischenräume, wodurch die abstützende Wirkung des Dämpferdrahtes im Überlappungsbereich verbessert wird. Besonders vorteilhaft sind die Drahtenden des ersten Teildrahtes um 180° versetzt zu den Drahtenden des zweiten Teildrahtes angeordnet. Auf diese Weise wird eine gleichmässige Massenverteilung über den Umfang des Schaufelpaketes erreicht, so dass keine Unwuchten entstehen können. Als vorteilhaft erweist sich die Anordnung

der Drahtenden im Bereich der Ausnehmungen, weil damit unkontrollierte Aufbiegungen der Schaufelenden vermieden werden.

Schliesslich sind die Drahtenden rechtwinklig zur Umfangsrichtung des Schaufelpaketes gekröpft ausgebildet. Damit wird ein Verrutschen des Dämpferdrahtes in Umfangsrichtung des Schaufelpaketes verhindert.

Kurze Beschreibung der Zeichnung

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand einer mit'einem Dämpferdraht versehenen Turbinenlaufschaufel eines Abgasturboladers dargestellt.

Es zeigen:

Fig. 1 einen Teilquerschnitt der Turbinenlaufschaufel mit dem erfindungsgemäss ausgebildeten Dämpferdraht;

Fig. 2 einen Dämpferdrahtloch-Restquerschnitt, in einem ersten Ausführungsbeispiel, vergrössert dargestellt;

Fig. 3 eine Darstellung entsprechend Fig. 2, jedoch in einem zweiten Ausführungsbeispiel.

Es sind nur die für das Verständnis der Erfindung wesentlichen Elemente gezeigt. Nicht dargestellt sind von der Vorrichtung beispielsweise alle weiteren Bauteile der Abgasturbine, das Gehäuse und die gesamte Verdichterseite des Abgasturboladers.

Weg zur Ausführung der Erfindung

Die Abgasturbine eines Abgasturboladers besitzt eine" Reihe von Turbinenlaufschaufeln 1, welche mittels einer gemeinsamen Turbinenscheibe 2 auf einer Welle 3 angeordnet sind (Fig. 1).

Alle Turbinenlaufschaufeln 1 sind mittels eines Dämpferdrahtes 4 zu einem Schaufelpaket 5 verbunden (Fig. 2). Zur Aufnahme des Dämpferdrahtes 4 ist in jeder Turbinenlaufschaufel 1 eine Ausnehmung 6 angeordnet.

Zwischen den benachbarten Laufschaufeln 1 ist jeweils ein Schaufelzwischenraum 7 ausgebildet. Der Dämpferdraht 4 besitzt ein erstes und ein zweites Drahtende 8, 9. Beide Drahtenden 8, 9 sind einander überlappend angeordnet (Fig. 1). Damit ist ein Überläppungsbereich 10 ausgebildet, welcher sich teilweise über zwei benachbarte Schaufelzwischenräume 7 und die Ausnehmung 6 der dazwischen angeordneten Turbinenlaufschaufel 1 erstreckt. Im Überlappungsbereich 10 der Drahtenden 8, 9 ist der Dämpferdraht 4, in Umfangsrichtung des Schaufelpaketes 5, geteilt ausgebildet. In einem ersten Ausführungsbeispiel sind die Drahtenden 8, 9 des Dämpferdrahtes 4 miteinander korrespondierend ausgespart (Fig. 2).

Aufgrund dieser Ausbildung reicht der Dämpferdraht 4 um den gesamten Umfang der Ausnehmungen 6 der Turbinenlaufschaufeln 1, so dass ein geschlossenes Schaufelpaket 5 entsteht. Damit werden beim Betrieb des Abgasturboladers auch die im Bereich der Drahtenden 8, 9 angeordneten Laufschaufeln 1 der Abgasturbine ausreichend abgestützt, wodurch die Häufigkeit von Schaufelschwingungsbrüchen sinkt.

In einem zweiten Ausführungsbeispiel ist der Dämpferdraht 4 in Umfangsrichtung vollständig geteilt. Er besteht aus einem ersten und einem zweiten Teildraht 11, 12 (Fig. 1). Beide Teildrähte 11, 12 weisen jeweils ein erstes Drahtende 13, 15 sowie ein zweites Drahtende 14, 16 auf. Das erste Drahtende

13 des ersten Teildrahtes 11 überlappt das zweite Drahtende 16 des zweiten Teildrahtes 12, während das zweite Drahtende

14 des ersten Teildrahtes 11 vom ersten Drahtende 15 des zweiten Teildrahtes 12 überlappt wird. In diesem Ausführungsbeispiel sind die Drahtenden 13, 14 des ersten Teildrahtes 11

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und die Drahtenden 15, 16 des zweiten Teildrahtes 12 in einem benachbarten Schaufelzwischenraum 7 angeordnet (Fig. 3). Natürlich können auch mehrere Laufschaufeln 1 mit den entsprechenden SchaufelZwischenräumen 7 zwischen den Drahtenden 13, 14 bzw. 15, 16 des ersten bzw. des zweiten Teildrahtes 11, 12 liegen. Besonders günstig ist eine um 180° versetzte Anordnung der Drahtenden 13, 14 des ersten Teildrahtes 11 zu den Drahtenden 15, 16 des zweiten Teildrahtes 12 am Umfang der Ausnehmungen 6 (nicht dargestellt). Damit werden Unwuchten des Schaufelpaketes 5 vermieden.

Um bei beiden Ausführungsbeispielen eine Wanderung der Drahtenden 8, 9 bzw. 13, 14 sowie 15, 16 des Dämpferdrahtes 4 in Umfangsrichtung des Schaufelpaketes 5 zu verhindern, können diese nach ihrer Montage rechtwinklig zur Umfangsrichtung gekröpft werden (ebenfalls nicht dargestellt).

Natürlich ist die Anwendung der erfindungsgemässen Lösung nicht auf die Abgasturbine eines Abgasturboladers beschränkt. Ebenso können die Laufschaufeln einer Gasturbine, einer Dampfturbine oder die eines Verdichters gegen Schwingungsbrüche gesichert werden.

Bezugszeichenliste

1 Laufschaufel, Turbinenlaufschaufel

2 Turbinenscheibe

3 Welle

4 Dämpferdraht

5 Schaufelpaket

6 Ausnehmung

7 SchaufelZwischenraum

8 Drahtende, erstes

9 Drahtende, zweites

10 Überlappungsbereich

11 Teildraht, erster

12 Teildraht, zweiter

13 Drahtende von 11, erstes

14 Drahtende von 11, zweites

15 Drahtende von 12, erstes

16 Drahtende von 12, zweites

Claims

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Schutzansprüche

Thermische Strömungsmaschine, insbesondere Turbolader, mit zumindest einer Reihe, auf einer gemeinsamen Welle (3) angeordneter und mit jeweils einer Ausnehmung (6) zur Aufnahme zumindest eines Dämpferdrahtes (4) versehener Laufschaufeln (1), welche mittels des Dämpferdrahtes bzw. der Dämpferdrähte (4) zu zumindest einem Schaufelpaket (5) verbunden sind, wobei zwischen jeweils zwei benachbarten Laufschaufeln (1) ein Schaufelzwischenraum (7) ausgebildet ist und jeder Dämpferdraht (4) ein erstes sowie ein zweites Drahtende (8, 9) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Drahtenden (8, 9) einander überlappend angeordnet sind und ein Überlappungsbereich (10) ausgebildet ist, welcher zumindest im Bereich der Ausnehmung (6) zumindest einer Laufschaufel (1) angeordnet ist.
2. Thermische Strömungsmaschine nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass der Dämpferdraht (4) in Umfangsrichtung des Schaufelpaketes (5), zumindest im Überlappungsbereich (10) der Drahtenden (8, 9), geteilt ausgebildet ist.
3. Thermische Strömungsmaschine nach Anspruch 1 oder 2 dadurch gekennzeichnet, dass beide Drahtenden (8, 9) des Dämpferdrahtes (4) im Überlappungsbereich (10) miteinander korrespondierend ausgespart sind.
4. Thermische Strömungsmaschine nach Anspruch 3 dadurch gekennzeichnet, dass sich der Überlappungsbereich (10) über mehrere Laufschaufeln (1) und deren Schaufelzwischenräume (7) erstreckt.

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5. Thermische Strömungsmaschine nach Anspruch 4 dadurch gekennzeichnet, dass das erste Drahtende (8) des Dämpferdrahtes (4) in ümfangsrichtung des Schaufelpaketes (5) um 180° versetzt zum zweiten Drahtende (9) angeordnet ist.
6. Thermische Strömungsmaschine nach Anspruch 1 oder 2 dadurch gekennzeichnet, dass der Dämpferdraht (4) in Ümfangsrichtung des Schaufelpaketes (5) vollständig geteilt ist, aus einem ersten und einem zweiten Teildraht (11, 12) besteht, jeder der Teildrähte (11, 12) ein erstes Drahtende (13, 15) sowie ein zweites Drahtende (14, 16) aufweist und das erste Drahtende (13, 15) jedes Teildrahtes (11, 12) mit dem zweiten Drahtende (16, 14) des jeweils anderen Teildrahtes (12, 11) überlappend angeordnet ist.
7. Thermische Strömungsmaschine nach Anspruch 6 dadurch gekennzeichnet, dass sich der Überlappungsbereich (10) über mehrere Laufschaufeln (1) und deren Schaufelzwischenräume (7) erstreckt.
8. Thermische Strömungsmaschine nach Anspruch 7 dadurch gekennzeichnet, dass die Drahtenden (13, 14) des ersten Teildrahtes (11) in Ümfangsrichtung des Schaufelpaketes (5) um 180° versetzt zu den die Drahtenden (15, 16) des zweiten Teildrahtes (12) angeordnet sind.
9. Thermische Strömungsmaschine nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Drahtenden (13,

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14, 15, 16) jeweils im Bereich der Ausnehmungen (6) angeordnet sind.
10. Thermische Strömungsmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 8 dadurch gekennzeichnet, dass die Drahtenden (8, 9, 13, 14, 15, 16) rechtwinklig zur Umfangsrichtung des
Schaufelpaketes (5) gekröpft sind.