Schaufel für eine Strömungsmaschine

Abstract

 Die Erfindung betrifft eine Schaufel (1) für eine Strömungsmaschine, wobei die Schaufel (1) ein Schaufelblatt (3) und ein Schaufelfuß (2) umfasst und im Schaufelblatt (3) ein Hohlraum (5) mit einer viskosen Flüssigkeit angeordnet ist, um Schwingungen der Schaufel (1) während des Betriebes zu dämpfen.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft eine Schaufel für eine Strömungsmaschine umfassend einen Schaufelfuß und ein in einer Längsrichtung ausgebildetes Schaufelblatt.

[0002] Unter einer Strömungsmaschine wird beispielsweise eine Dampfturbine verstanden, die sich durch einen drehbar gelagerten Rotor und ein um den drehbar gelagerten Rotor angeordnetes Gehäuse auszeichnet. Ein weiteres Beispiel für eine Strömungsmaschine ist ein Verdichter oder eine Gasturbine.

[0003] Eine Dampfturbine als Ausführungsform einer Strömungsmaschine ist zum Umwandeln von thermischer Energie eines Dampfes in Rotationsenergie eines Rotors ausgebildet. Dazu strömt Dampf über Einströmstutzen durch einen durch Leit- und Laufschaufeln ausgebildeten Strömungskanal. Die Laufschaufeln sind hierbei auf der Rotoroberfläche fest angeordnet. Die Leitschaufeln sind am Innengehäuse angeordnet. Im Betrieb müssen die Schaufeln hohen thermischen Beanspruchungen standhalten. Des Weiteren tauchen während des Betriebs störende Schwingungen auf, die zu Schädigungen an den Schaufeln führen können.

[0004] Es sind Maßnahmen bekannt, störende Schwingungen der Schaufeln zu vermeiden. So ist es beispielsweise bekannt, die Schaufeln mechanisch über Deckbänder oder über sogenannte Snubber mechanisch miteinander zu koppeln, um somit Schwingungen wirksam zu vermeiden.

[0005] Die Erfindung hat es sich zur Aufgabe gemacht, eine Schaufel anzugeben, die im Betrieb zu weniger Schwingungen neigt.

[0006] Gelöst wird diese Aufgabe durch eine Schaufel für eine Strömungsmaschine, umfassend einen Schaufelfuß und einem in einer Längsrichtung ausgebildeten Schaufelblatt, gekennzeichnet durch einen im Schaufelblatt angeordneten Hohlraum, gefüllt mit einem Medium.

[0007] Merkmal der Erfindung ist, dass die Schaufel in ihrer Längsrichtung im Schaufelblatt ein Hohlraum aufweist, der mit einem Medium gefüllt ist. Das Medium weist eine vergleichsweise hohe Viskosität auf. Dadurch entsteht im Hohlraum eine Gegenbewegung des viskosen Mediums zur Bewegung des Schaufelblattes, was zu einer Gegenkraft führt und somit Schwingungen wirksam reduziert. Insbesondere bei freistehenden Schaufeln, d.h. bei Schaufeln, die ohne mechanische Kopplung zueinander ausgebildet sind, findet die Erfindung vorteilhafterweise Anwendung.

[0008] Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen angegeben.

[0009] So ist in einer ersten vorteilhaften Weiterbildung eine Flüssigkeit vorgesehen, die im Hohlraum angeordnet ist.

[0010] Vorteilhafterweise ist der Schaufelfuß integral mit dem Schaufelblatt ausgebildet, wobei das Schaufelblatt am Schaufelfuß anliegt und der Hohlraum bis zum Schaufelfuß angeordnet ist. Die Herstellung der Schaufel könnte beispielsweise durch das Lasersintern erfolgen. Eine andere Bezeichnung für das Lasersintern ist Lasermelting oder selektives Laserschmelzverfahren. Bei diesem Verfahren wird eine Komponente schichtweise hergestellt durch Aufsprühen von schmelzbaren Werkstoffen, die durch eine Laserwärmebehandlung geschmolzen werden und schichtweise ausgebildet wird.

[0011] Der Hohlraum ist im Schaufelblatt angeordnet, wobei die Anordnung des Hohlraums in Richtung Schaufelfuß zeigt. Durch eine gezielte Anordnung des Hohlraums können je nach Betriebsweise störende Schwingungen gedämpft werden. In Vergleichsrechnungen können Voraussagen erstellt werden, welche Frequenzen die Schwingungen aufweisen können. Der dann zu fertigende Hohlraum kann zielgerichtet die störenden Schwingungen dämpfen.

[0012] In einer besonders vorteilhaften Weiterbildung ist eine Platte im Hohlraum angeordnet, wobei die Platte Löcher aufweist und die Platte derart ausgebildet ist, dass sie Schwingungen durchführen kann, wobei die Platte im Hohlraum auf der dem Schaufelfuß abgewandten Seite angeordnet ist.

[0013] Die Platte ist hierbei derart ausgebildet, das die viskose Flüssigkeit bei einer Schwingung des Schaufelblatts getrieben durch ihre eigene Trägheit durch die Löcher gepresst wird. Die Relativbewegung zwischen der Platte und der viskosen Flüssigkeit führt dann zu einer weiteren Dämpfung der Schaufel. Erfindungsgemäß wird hierbei die Platte mit exakt bemessenen Lochdurchmessern ausgebildet, um somit die Möglichkeit zu eröffnen, zielgenaue Frequenzen zu dämpfen. Die Platte könnte hierbei rechteckförmig ausgebildet sein.

[0014] In einer vorteilhaften Weiterbildung ist die Platte integral mit dem Schaufelblatt ausgebildet. Dies kann wiederum durch das vorgenannte Lasermeltingverfahren erfolgen.

[0015] Vorteilhafterweise ist der Hohlraum derart ausgebildet, dass dieser sich zur Schaufelspitze hin verengt. Durch diese geometrische Gestaltung des Hohlraumes können wiederum zielgenau bestimmte Frequenzen gedämpft werden.

[0016] Über eine Bohrung im Schaufelfuß wird erfindungsgemäß das Befüllen des Hohlraumes mit der Flüssigkeit ermöglicht. Nach dem Befüllen des Hohlraums muss dafür Sorge getragen werden, dass die Bohrung wieder dicht verschlossen wird, damit im Betrieb die Flüssigkeit nicht aus dem Hohlraum austreten kann.

[0017] Die Schaufel wird vorteilhafterweise als Turbinenlaufschaufel oder Turbinenleitschaufel für eine Dampfturbine ausgebildet. Die Erfindung wird anhand eines Ausführungsbeispiels nun näher erläutert. Die folgenden Figuren zeigen ein Ausführungsbeispiel der Erfindung in schematischer Weise.

[0018] Es zeigen:

Figur 1

eine Seitenansicht einer erfindungsgemäßen Schaufel,

Figur 2

eine zweite Seitenansicht einer Weiterbildung der erfindungsgemäßen Schaufel,

Figur 3

eine weitere Seitenansicht der erfindungsgemäßen Schaufel gemäß Figur 2.

[0019] Die Figur 1 zeigt eine Schaufel 1. Die Schaufel 1 ist als Turbinenlaufschaufel oder Turbinenleitschaufel für eine Dampfturbine ausgebildet. Dazu weist die Schaufel 1 einen Schaufelfuß 2 und ein Schaufelblatt 3 auf. Die Schaufel 1 ist entlang einer Längsrichtung 4 ausgebildet.

[0020] Der Schaufelfuß 2 ist in der Figur 1, in der Figur 2 und in der Figur 3 lediglich schematisch dargestellt. Der Schaufelfuß 2 kann beispielsweise als Tannenbaumfuß oder Doppelhammerfuß ausgebildet sein.

[0021] Der Schaufelfuß 2 und das Schaufelblatt 3 sind integral miteinander ausgebildet, was durch ein Lasersinter- bzw. Lasermeltingverfahren ausgeführt sein kann. Im Schaufelblatt 3 ist ein Hohlraum 5 angeordnet, der in etwa unterhalb der halben Höhe des Schaufelblattes 3 bis zum Schaufelfuß 2 ragt. In dem Hohlraum 5 ist ein Medium angeordnet, das eine Flüssigkeit ist. Diese Flüssigkeit weist eine entsprechende Viskosität auf, um eine Schwingung der Schaufel 1 während eines Betriebes zu dämpfen. Der Hohlraum 5 erstreckt sich vom Schaufelfuß 2 bis zu einer Höhe h, wobei die Höhe h Werte annimmt zwischen 0,1L und 0,9L. L ist hierbei die Länge des Schaufelblatts 3. Weitere Werte, die die Höhe h annehmen kann sind: 0,1L < h < 0,8L, 0,1L < h < 0,7L, 0,6L, 0,5L oder 0,4L.

[0022] Im Schaufelfuß 2 ist eine Bohrung 6 angeordnet, die dazu ausgebildet ist, den Hohlraum 5 mit einer Flüssigkeit zu befüllen.

[0023] Die Figur 2 zeigt eine Weiterbildung der Schaufel 1 gemäß Figur 1. Der Unterschied der Schaufel 1 gemäß Figur 2 zur Schaufel 1 gemäß Figur 1 liegt darin, dass im Hohlraum 5 eine Platte 7 angeordnet ist, die derart ausgebildet ist, dass sie Löcher aufweist, durch die das Fluid während einer Schwingung strömen kann. Die Platte 7 ist hierbei auf der dem Schaufelfuß 2 abgewandten Seite 8 angeordnet.

[0024] Die Platte 7 ist hierbei integral mit dem Schaufelblatt 3 ausgebildet, was wiederum durch das Lasermeltungverfahren erfolgen kann.

[0025] Die Figur 3 zeigt eine Seitenansicht der Schaufel 1 gemäß Figur 2. Die Doppelpfeile 9 symbolisieren die Strömung des Fluids während einer Schwingung durch die Bohrungen 10 der Platte 7. Die Platte 7 weist Bohrungen 10 auf, durch die die viskose Flüssigkeit strömen kann. Dadurch wird eine weitere Schwingung gedämpft.

[0026] Der Hohlraum 5 ist derart ausgebildet, dass in Längsrichtung 4 sich dieser verengt. Durch die geometrische Gestaltung des Hohlraums 5 können zielgenau Schwingungen, die durch Vergleichsrechnungen berechnet werden können, gedämpft werden.

[0027] Erfindungsgemäß wird die Schaufel als Turbinenlaufschaufel oder Turbinenleitschaufel für eine Dampfturbine ausgebildet.

Ansprüche

1. Schaufel (1) für eine Strömungsmaschine, umfassend einen Schaufelfuß (2) und ein in einer Längsrichtung (4) ausgebildetes Schaufelblatt (3),
gekennzeichnet durch
einen im Schaufelblatt (3) angeordneten Hohlraum (5) mit einem Medium.

2. Schaufel (1) nach Anspruch 1,
wobei das Medium eine Flüssigkeit ist.

3. Schaufel (1) nach Anspruch 1 oder 2,
wobei der Schaufelfuß (2) integral mit dem Schaufelblatt (3) ausgebildet ist, wobei das Schaufelblatt (3) am Schaufelfuß (2) anliegt,
wobei der Hohlraum (5) bis zum Schaufelfuß (2) angeordnet ist.

4. Schaufel (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
wobei der Hohlraum vom Schaufelfuß (2) bis zu einer Höhe (h) ausgebildet ist, wobei das Schaufelblatt (3) die Länge (L) aufweist und es gilt: 0,1L < h < 0,9L.

5. Schaufel (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
wobei eine Platte (7) im Hohlraum (5) angeordnet ist, wobei die Platte (7) Löcher umfasst, wobei die Platte (7) derart ausgebildet ist, dass sie Schwingungen durchführen kann, wobei die Platte (7) im Hohlraum (5) auf der dem Schaufelfuß (2) abgewandten Seite angeordnet ist.

6. Schaufel (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
wobei die Platte (7) integral mit dem Schaufelblatt (3) ausgebildet ist.

7. Schaufel (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
wobei der Hohlraum (5) sich zur Schaufelspitze hin verengt.

8. Schaufel (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
wobei eine Bohrung (6) im Schaufelfuß (2) zum Befüllen des Hohlraums (5) mit der Flüssigkeit angeordnet ist.

9. Schaufel (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
wobei die Schaufel (1) als Turbinenlaufschaufel oder Turbinenleitschaufel einer Dampfturbine ausgebildet ist.

Zeichnung