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    • 专利摘要:
    Ein Dampfturbinenlaufrad weist eine Anzahl Laufschaufeln (10, 34) auf, die an dem Umfang des Laufrads angeordnet sind und von denen jede Laufschaufel ein Fußteil (12) und einen Schaufelblattteil (14) aufweist, wobei die Menge der Schaufeln zwei Gruppen von Schaufeln (10, 34) mit voneinander verschiedenen vorbestimmten Resonanzfrequenzen beinhaltet. Ein Verfahren zur Schwingungsverringerung in einer Laufschaufelreihe auf einem Dampfturbinenlaufrad beinhaltet: a) das Bereitstellen einer ersten Gruppe von Laufschaufeln (10) mit einem ersten vorbestimmten Eigenfrequenzbereich; b) Bereitstellen einer zweiten Gruppe von Laufschaufeln (34) mit einem zweiten vorbestimmten Eigenfrequenzbereich, der von dem ersten vorbestimmten Eigenfrequenzbereich verschieden ist; und c) das Einbauen der Laufschaufeln der ersten und der zweiten Laufschaufelgruppe in einander abwechselnder Weise in das Laufrad.A steam turbine impeller has a number of rotor blades (10, 34) which are arranged on the circumference of the impeller and of which each rotor blade has a foot part (12) and an airfoil part (14), the quantity of the blades comprising two groups of blades (10 , 34) with different predetermined resonance frequencies. A method for reducing vibration in a row of blades on a steam turbine impeller comprises: a) providing a first group of blades (10) with a first predetermined natural frequency range; b) providing a second group of blades (34) with a second predetermined natural frequency range which is different from the first predetermined natural frequency range; and c) alternately installing the blades of the first and second blade groups into the impeller.
    公开号:DE102004018486A1
    申请号:DE200410018486
    申请日:2004-04-14
    公开日:2004-11-18
    发明作者:Kevin Joseph Barb
    申请人:General Electric Co；
    IPC主号:F01D5-10
    专利说明:
    [0001] DieErfindung betrifft allgemein Dampfturbinenlaufschaufeln (oder Schaufeln)und mehr im einzelnen zusammengesetzte Laufschaufeln, die speziellso abgestimmt sind, dass sie verschiedene vorbestimmte Frequenzdämpfungseigenschaftenund eine verbesserte Systemdämpfungergeben.TheThe invention relates generally to steam turbine blades (or blades)and more detailed composite blades that are specialare tuned to have different predetermined frequency attenuation characteristicsand improved system dampingresult.
    [0002] Dampfturbinenlaufschaufelnarbeiten in einer Umgebung, in der sie hohen Zentrifugalbelastungenund Schwingungsbeanspruchungen ausgesetzt sind. Die Schwingungsbeanspruchungennehmen zu, wenn die Eigenfrequenzen der Schaufeln in den Resonanzbereichkommen. Die Größe der Schwingungsbeanspruchungeneiner in Resonanz schwingenden Laufschaufel ist proportional sowohlzu der in dem System vorhandenen Dämpfung (die Dämpfung setztsich aus Material-, aerodynamischen und mechanischen Komponentenzusammen) als auch von dem Schwingungsanregungspegel. Bei durchgehend miteinandergekuppelten Laufschaufeln ist die Schwingungsfrequenz eine Funktiondes ganzen Schaufelsystems eines Kranzes (Reihe) und nicht notwendigerweisevon einzelnen Schaufeln in dem Kranz.Steam turbine bladeswork in an environment where they have high centrifugal loadsand are exposed to vibrations. The vibration stressesincrease when the natural frequencies of the blades in the resonance rangecome. The size of the vibration stressa resonating blade is proportional to bothto the damping present in the system (the damping setsconsist of material, aerodynamic and mechanical componentstogether) as well as the vibration excitation level. In continuous with each othercoupled blades, the vibration frequency is a functionof the whole blade system of a wreath (row) and not necessarilyof individual blades in the wreath.
    [0003] DieZentrifugalbelastung ist gleichzeitig eine Funktion der Betriebsdrehzahl,der Masse der Schaufel und des Radius von der Maschinenmittellinieaus, auf dem die Masse angeordnet ist. Mit zunehmender Beanspruchung(Masse) der Laufschaufel muss die physikalische Fläche oderQuerschnittsflächeauf geringerem Radialabstand größer werden, umdie darüberliegende Masse tragen zu können, ohnedie zulässigenBeanspruchungen des gegebenen Materials zu überschreiten. Diese zunehmende Querschnittsfläche derLaufschaufel bei kleineren Einspannlängen trägt zu einer übermäßigen Strömungsbehinderungam Fuß unddamit zu einem niedrigeren Gesamtwirkungsgrad bei. Das Gewicht derLaufschaufel führtzu einer erhöhtenBeanspruchung der Rotorscheibe und damit zu einer möglicherweisebeeinträchtigtenZuverlässigkeit.TheCentrifugal loading is also a function of the operating speed,the mass of the bucket and the radius from the machine center lineon which the mass is arranged. With increasing stress(Mass) of the blade must be the physical area orCross sectional areabecome larger at a smaller radial distance in order tothe one aboveto be able to carry lying mass withoutthe permissibleTo exceed stresses on the given material. This increasing cross-sectional area of theBlade with smaller clamping lengths contributes to an excessive flow restrictionon the foot andthereby contributing to a lower overall efficiency. The weight of theBlade leadsto an elevatedStrain on the rotor disc and possibly aimpairedReliability.
    [0004] MehrerevorveröffentlichteUS-Patentschriften beziehen sich auf sogenannte „Hybrid"-Laufschaufelkonstruktionen, bei denenAbschnitte des Schaufelblattteils aus einer Kombination eines Metallsund eines Polymeren Füllmaterialszusammengesetzt sind. Zu diesen Patentschriften gehören die US-Patentschriften6,139,278; 6,042,388; 5,931,641 und 5,720,597.SeveralprepublishedUS patents refer to so-called "hybrid" blade designs in whichPortions of the airfoil part made of a combination of a metaland a polymer fillerare composed. These patents include the U.S. patents6,139,278; 6,042,388; 5,931,641 and 5,720,597.
    [0005] DieErfindung schafft ein Mittel zur Unterdrückung des aeroelastischen Ansprechverhaltenseiner Schaufel oder einer Schaufelreihe (durchgehend miteinanderverbunden oder freistehend)) durch eine Mischabstimmung der Eigenfrequenzender Schaufeln oder Laufschaufeln in der Reihe (oder dem Kranz).Die Patentanmeldung verwendet speziell das in der US-Patentschrift5,931,641 beschriebene Konzept einer Hybridlaufschaufel, erweitertaber dieses Konzept in der Weise, dass es eine Optimierung der Innentaschenausbildungin den Schaufelblattteilen der Laufschaufeln beinhaltet, derart,dass bei der beispielhaften Ausführungsformzwei Gruppen oder Kränzevon Laufschaufeln erzeugt werden, von denen jede die gleiche äußere aerodynamischeGestalt und das gleiche äußere aerodynamischeProfil aufweist, aber übereine jeweils unterschiedliche Geometrie der inneren Rippen und/oderTaschen verfügt, diedamit unterschiedliche Laufschaufelresonanzfrequenzen erzeugen.Die Taschen in den Schaufelblattteilen der Laufschaufeln sind vorzugsweisemit einem polymeren Füllmaterialgefüllt,dass auch eine Oberflächedes Schaufelblattteils der Laufschaufel bildet. Dadurch dass dieEigenfrequenzen der zwei Laufschaufelgruppen absichtlich verändert werden, können dieLaufschaufeln zweckentsprechend und logisch so zusammengestelltwerden, dass dieser inherente Unterschied in den Eigenfrequenzenals Mittel zur Dämpfungdes Systemansprechverhaltens auf synchrone und nicht synchrone Schwingungenbenutzt wird, ohne dass die aerodynamischen Eigenschaften der Laufschaufelnbeeinträchtigtwürden.TheInvention provides a means of suppressing aeroelastic responsea shovel or a row of shovels (continuously with each otherconnected or free-standing)) by mixing the natural frequenciesthe blades or blades in the row (or the wreath).The patent application specifically uses that in the US patent5,931,641 described concept of a hybrid blade, expandedbut this concept in such a way that it optimizes inner pocket trainingincluded in the airfoil parts of the blades, suchthat in the exemplary embodimenttwo groups or wreathsare produced by moving blades, each of which has the same outer aerodynamicShape and the same outer aerodynamicHas profile, but abouta different geometry of the inner ribs and / orBags thatso that different blade resonance frequencies generate.The pockets in the airfoil portions of the blades are preferredwith a polymeric fillerfilled,that also a surfaceof the airfoil part of the blade. Because theThe natural frequencies of the two blade groups can be changed intentionallyThe blades are appropriately and logically compiled in this waybe that this inherent difference in the natural frequenciesas a means of dampingthe system response to synchronous and non-synchronous vibrationsis used without the aerodynamic properties of the bladesimpairedwould.
    [0006] Beider beispielhaften Ausführungsformsind zwei Gruppen oder Sätzevon Laufschaufeln mit jeweils verschiedener Innentaschenausbildunglängs derjeweiligen Druckseite der Laufschaufeln in einer einzigen Schaufelreiheauf einer Rotorscheibe einer Dampfturbine montiert. Eine Laufschaufelgruppeist so ausgelegt, dass sie höhereResonanzfrequenzen als die andere Gruppe aufweist. Nachdem der jeweiligeLaufschaufelaufbau festgelegt ist, werden die Laufschaufeln aufder Scheibe in einem Muster zusammengestellt, das das Ziel einerSchwingungsunterdrückungin bestmöglicherWeise erreicht. Bei der beispielhaften Ausführungsform sind die Laufschaufelnjeder Gruppe auf der Scheibe in alternierender Weise zusammengestellt,d.h. jede Laufschaufel einer Gruppe steht neben einer Laufschaufelder anderen Gruppe. Andere Anordnungen sollen aber auch im Schutzbereichder Erfindung liegen.atthe exemplary embodimentare two groups or sentencesof blades with different inner pocket designsalong therespective pressure side of the blades in a single row of bladesmounted on a rotor disk of a steam turbine. A group of bladesis designed to be higherHas resonance frequencies than the other group. After eachBlade structure is set, the blades are onthe disc is put together in a pattern that is the target of avibration suppressionin the best possible wayWay achieved. In the exemplary embodiment, the blades areeach group on the disc in an alternating way,i.e. each blade in a group stands next to a bladethe other group. Other arrangements should also be in the protection areaof the invention.
    [0007] Damit Hybridlaufschaufeln eine Gesamtgewichtsreduzierung von etwa30% an der Laufschaufel erreicht werden kann, können die Beanspruchungen derBefestigungsstelle verringert und die Zuverlässigkeit erhöht werden,ohne dass die aerodynamischen Eigenschaften des Schaufelblattteilsverändert würden. Demgemäß betrifftdie Erfindung in ihren breiteren Aspekten eine Dampfturbinenläuferscheibe,die eine Anzahl am Umfang der Scheibe befestigter Laufschaufelnträgt,wobei jede Schaufel einen Fußteilund einen Schaufelblattteil aufweist und die Schaufelblattmengezwei Gruppen von Laufschaufeln mit jeweils verschiedenen vorbestimmtenEigenresonanzfrequenzen aufweist.Since a total weight reduction of about 30% on the rotor blade can be achieved with hybrid rotor blades, the stresses on the fastening point can be reduced and the reliability can be increased without changing the aerodynamic properties of the airfoil part. Accordingly, the invention in its broader aspects relates to a steam turbine rotor disk, which carries a number of rotor blades attached to the circumference of the disk, each rotor blade having a base part and an airfoil blade part and the airfoil set comprising two groups of rotor blades each having different predetermined natural resonance frequencies.
    [0008] Untereinem anderen Aspekt betrifft die Erfindung einen Dampfturbinenläufer, dereine Reihe am Umfang des Läufersbefestigter Laufschaufeln trägt, wobeidie Laufschaufelreihe zwei Gruppen von Laufschaufeln beinhaltet,die in einem überden Umfang des Läufersabwechselnden Muster angeordnet sind, wobei jede Gruppe diskreteMittel zur Verkleinerung der Schwingungsamplitude in der Laufschaufelreihe aufweist.Unter einem weiteren Aspekt bezieht sich die Erfindung auf ein Verfahrenzur Schwingungsreduzierung in einer Laufschaufelreihe auf einem Dampfturbinenläufer, dasbeinhaltet: a) Bereitstellen einer ersten Gruppe von Laufschaufelnmit einem ersten vorbestimmten Eigenfrequenzbereich; b) Bereitstelleneiner zweiten Laufschaufelgruppe mit einem zweiten vorbestimmtenEigenfrequenzbereich, der von dem ersten vorbestimmten Eigenfrequenzbereichverschieden ist; und c) Zusammenstellen der Laufschaufeln der erstenund der zweiten Laufschaufelgruppe in einer einander abwechselndenWeise auf dem Laufrad.UnderIn another aspect, the invention relates to a steam turbine runner thata row on the perimeter of the runnerattached blades carrying, whereinthe row of blades includes two groups of blades,the one in overthe size of the runneralternating patterns are arranged, each group being discreteHas means for reducing the vibration amplitude in the row of blades.In another aspect, the invention relates to a methodto reduce vibration in a row of blades on a steam turbine rotor, theincludes: a) providing a first group of bladeswith a first predetermined natural frequency range; b) Providea second blade group with a second predeterminedNatural frequency range, from the first predetermined natural frequency rangeis different; and c) assembling the blades of the firstand the second group of blades in an alternating mannerWay on the impeller.
    [0009] DieErfindung wird nun in ihrem Einzelheiten im Zusammenhang mit derunten erwähntenZeichnung beschrieben.TheInvention will now be described in detail in connection with thementioned belowDrawing described.
    [0010] 1 ist eine perspektivischeAnsicht einer teilweise fertig gestellten erfindungsgemäßen Laufschaufel; 1 is a perspective view of a partially completed blade of the invention;
    [0011] 2 ist eine perspektivischeAnsicht der in 1 dargestelltenLaufschaufel, wobei aber das polymere Füllmaterial in die Laufschaufeleingefügtist; 2 is a perspective view of the in 1 shown rotor blade, but wherein the polymeric filler material is inserted into the rotor blade;
    [0012] 3 ist eine perspektivischeAnsicht einer erfindungsgemäßen fertigenLaufschaufel unter Veranschaulichung einer anderen Ausbildung; 3 is a perspective view of a finished blade according to the invention, illustrating another embodiment;
    [0013] 4 ist eine perspektivischeAnsicht einer teilweise fertig gestellten erfindungsgemäßen Laufschaufelunter Veranschaulichung einer weitere Ausbildungsform und 4 is a perspective view of a partially completed blade according to the invention illustrating a further embodiment and
    [0014] 5 ist eine schematischeaxiale Seitenansicht eines Turbinenläufers mit darauf montierten Laufschaufeln. 5 is a schematic axial side view of a turbine runner with blades mounted thereon.
    [0015] Bezugnehmendauf 1 ist dort eineteilweise fertig gestellte Dampfturbinenlaufschaufel 10 veranschaulicht.Die Laufschaufel 10 weist einen Schaft- oder Fußteil 12 undeinen Schaufelblattteil 14 auf. Die Erfindung beschäftigt sichmit dem Schaufelblattteil, der vorzugsweise aus Stahl oder Titanhergestellt ist, wobei aber zu anderen geeigneten Materialien Aluminium,Kobalt oder Nickel zählen.Referring to 1 there is a partially completed steam turbine blade 10 illustrated. The blade 10 has a shaft or foot part 12 and an airfoil portion 14 on. The invention relates to the airfoil part, which is preferably made of steel or titanium, but other suitable materials include aluminum, cobalt or nickel.
    [0016] Andem Schaufelblattteil sind Rippen 16, 18 einstückig angegossen,die diskrete Taschen 20, 22, 24 bilden.Zu bemerken ist jedoch, dass die Rippen nicht eben mit den Sei tenkanten 26, 28 desSchaufelblattteils verlaufen. Die Rippenhöhe kann sich in der Tat gemäß der jeweiligenspeziellen Anwendung ändern.Füllmaterial 30 aufPolymerenbasis ist, wie in der US-Patentschrift 5,931,641 beschrieben,auf die Druckseite des Schaufelblattteils aufgegossen, wobei esdie Taschen 20, 22, 24 ausfüllt unddie Rippen abdeckt, so dass auf der Druckseite der Laufschaufel eineglatte Oberfläche 32 ausgebildetist, wie dies in 2 veranschaulichtist. Das Füllmaterial 30 kann imEinzelnen im Wesentlichen aus einem Elastomeren, wie Poly(dimethylsiloxan)bestehen. Andere geeignete Wahlmöglichkeitenfür dasElastomere beinhalten, jedoch ohne Beschränkung, Poly (diphenyldimethylsiloxan), Poly(fluorsiloxan) , VitonTM, Polysulfid,Po-ly (thioläther) undPoly (phosphazene).There are ribs on the airfoil part 16 . 18 molded in one piece, the discreet pockets 20 . 22 . 24 form. It should be noted, however, that the ribs are not exactly with the side edges 26 . 28 of the airfoil part run. Indeed, the fin height can change according to the particular application. filling material 30 on a polymer basis, as described in US Pat. No. 5,931,641, is poured onto the pressure side of the airfoil part, making it the pockets 20 . 22 . 24 fills and covers the ribs, so that on the pressure side of the blade a smooth surface 32 is trained as this in 2 is illustrated. The filling material 30 can in particular consist essentially of an elastomer such as poly (dimethylsiloxane). Other suitable choices for the elastomer include, but are not limited to, poly (diphenyldimethylsiloxane), poly (fluorosiloxane), Viton ™ , polysulfide, poly (thiol ether), and poly (phosphazene).
    [0017] DieAuswahlmöglichkeitzum Verankern des Füllmaterials 30 aufder metallischen Oberflächedes Schaufelblattteils beinhaltet, ohne Beschränkung darauf, Selbsthaft- oder – klebewirkung,Haft- oder Klebewirkung zwischen dem Füllmaterial 30 undder Metalloberflächedes Schaufelblattteils, Klebeverbindung (Klebstofffilm oder -paste)und Fusions- und Schmelzverbindung (Fusion bonding).The selection option for anchoring the filling material 30 on the metallic surface of the airfoil part includes, but is not limited to, self-adhesive or adhesive action, adhesive or adhesive action between the filler material 30 and the metal surface of the airfoil part, adhesive connection (adhesive film or paste) and fusion and melt connection (fusion bonding).
    [0018] Zubemerken ist außerdem,dass bei Verwendung eines Elastomeren als Füllmaterial, das Elastomerein dem Betriebstemperarturbereich vorzugsweise einen mittleren Elastizitätsmodulvon zwischen ca. 250 pds/sq inch (psi) und ca. 50.000 per sq.inch(psi) (und noch mehr bevorzugt zwischen ca. 250 psi und ca 20.000psi) aufweist. Ein zu weiches Elastomere (d.h. mit einem mittlerenElastizitätsmodulvon weniger als ca. 250 psi) kann ggfs. nicht im Stande sein, strukturelldie jeweils erforderliche Schaufelblattgestalt zu liefern, während einzu hartes Elastomeres (d.h. mit einem mittleren Elastizitätsmodulvon mehr als ca. 50.000 psi) ggfs. nicht mit den erforderlichenengen Toleranzen bearbeitet werden kann. Ein bevorzugterer Bereichdes mittleren Elastizitätsmodulsliegt zwischen ca. 500 psi und ca. 15.000 psi. Bei einigen Anwendungenkönneneine gebräuchliche(nicht dargestellte) Außenhautund eine gebräuchliche(nicht dargestellte) Erosionsbeschichtung die freiliegenden Oberflächen desSchaufelblattteils 14 der Laufschaufel abdecken. Bei der beschriebenenAusführungsformsind die Rippen 16, 18 so dargestellt, dass sieentlang der Längedes Schaufelblattteils 14 in einander entgegen weisendenRichtungen schrägverlaufen, doch liegen auch andere Ausführungsformen in dem Schutzbereich derErfindung.It should also be noted that when an elastomer is used as the filler, the elastomer in the operating temperature range preferably has an average elastic modulus of between about 250 pds / sq inch (psi) and about 50,000 per sq.inch (psi) (and even more preferred) between approximately 250 psi and approximately 20,000 psi). An elastomer that is too soft (ie with an average elastic modulus of less than approx. 250 psi) may not be able to structurally provide the required blade shape, while an elastomer that is too hard (ie with an average elastic modulus of more than approx. 50,000 psi) may not be machined with the required tight tolerances. A more preferred range of the mean elastic modulus is between about 500 psi and about 15,000 psi. In some applications, a common skin (not shown) and a common (not shown) erosion coating the exposed surfaces of the airfoil portion 14 cover the blade. In the described embodiment, the ribs are 16 . 18 Shown to be along the length of the airfoil portion 14 run obliquely in opposite directions, but other embodiments are within the scope of the invention.
    [0019] Bezugnehmendnun auf 3 ist dort eine andereLaufschaufel 34 dargestellt, die einen komplizierterenSatz von Rippen 36, 38, 40, 42, 44, 46 und dieseverbindenden Stegabschnitten 48, 50 aufweist. DieRippen sind nahe dem radialen Mittelpunkt des Schaufelblattteilskonzentriert und bilden eine entsprechend größere Zahl von Taschen aus.Vergossen mit dem Füllmaterial 30 hatdie Laufschaufel 34 ansonsten aber das gleiche äußere Aussehenwie die in 2 veranschaulichteLaufschaufel 10.Now referring to 3 there is another blade 34 shown having a more complicated set of ribs 36 . 38 . 40 . 42 . 44 . 46 and these connecting web sections 48 . 50 having. The ribs are concentrated near the radial center of the airfoil part and form a correspondingly larger number of pockets. Potted with the filler 30 has the blade 34 otherwise the same external appearance as that in 2 illustrated blade 10 ,
    [0020] Bezugnehmendnun auf 4 ist dort eine weitereAusführungsformeiner abgestimmten Laufschaufel veranschaulicht. Die Laufschaufel 52 isthier ohne Rippen, sondern mit einer einzigen großen Tasche 54 ausgebildet,die zur Gänzemit dem Füllmaterial 30 aufPolymerenbasis gefülltist. Bei einer beispielhaften Ausführungsform können dieoben beschriebenen Laufschaufelkonstruktionen zur Ausbildung einerLaufschaufelreihe (Laufschaufelkranz) auf einem Dampfturbinenlaufrad 56 verwendetwerden, wie dies in 5 dargestelltwerden. Im Einzelnen könnenGruppen A, B (die jeweils aus den Laufschaufeln 10 bzw. 30 bestehen)auf dem Turbinenlaufrad 56 in alternierende Weise, d.h.in dem Muster ABAB ... zusammengestellt werden, so dass eine Lauf schaufeleiner Gruppe immer neben einer Laufschaufel der anderen Gruppe steht.Die Laufschaufeln A, B könneneine andere Ausbildung der Innentasche wie hier beschrieben aufweisen,so dass sich eben der jeweils gewünschte Schwingungsfrequenzunterschiedergibt. Es ist auch möglich,das Muster der Laufschaufelgruppenverteilung zu verändern, wiederumso, dass die jeweils gewünschtenFrequenzendämpfungseigenschaftenerzielt werden. So könntez.B. auch ein Muster AABBAA ... etc. verwendet werden.Now referring to 4 a further embodiment of a coordinated rotor blade is illustrated there. The blade 52 is here without ribs, but with a single large pocket 54 trained entirely with the filler 30 is filled on a polymer basis. In an exemplary embodiment, the blade designs described above can be used to form a row of blades (blade ring) on a steam turbine impeller 56 be used like this in 5 being represented. Specifically, groups A, B (each consisting of the blades 10 respectively. 30 consist) on the turbine impeller 56 in an alternating manner, ie in the ABAB ... pattern, so that a blade of one group is always next to a blade of the other group. The blades A, B can have a different design of the inner pocket as described here, so that the desired oscillation frequency difference results. It is also possible to change the pattern of the blade group distribution, again in such a way that the respectively desired frequency damping properties are achieved. For example, a pattern AABBAA ... etc. could also be used.
    [0021] Insbesonderebesteht bei dieser Erfindung die Möglichkeit eine Laufschaufelgruppeso auszulegen, dass die Eigenfrequenz gleichmäßig zwischen 2 „pro Umdrehung" Kriterien liegt(z.B. aufgeteilt zwischen 4 pro Umdrehung und 5 pro Umdrehung) und dieandere Laufschaufelgruppe mit einer verschiedenen Rippen- oder Taschenausbildungzu versehen, so dass sie gleichmäßig um einenanderen Satz von „proUmdrehung"-Anregungenverteilt ist (wie etwa aufgeteilt zwischen 3 pro Umdrehung und 4pro Umdrehung). Eine Analyse zeigt, dass die Eigenfrequenzen einerLaufschaufel durch Modifizierung der Innenrippenkonfiguration und/oderder Taschengeometrie beträchtlich(± 10%oder mehr) verändertwerden können.In particularthere is the possibility of a rotor blade group in this inventionto be designed in such a way that the natural frequency is evenly between 2 "per revolution" criteria(e.g. divided between 4 per revolution and 5 per revolution) and theother blade group with a different rib or pocket designto be provided so that they are evenly around oneanother set of “proRevolution "excitationsis distributed (such as divided between 3 per revolution and 4per rotation). An analysis shows that the natural frequencies of aBlade by modifying the inner rib configuration and / orpocket geometry considerably(± 10%or more) changedcan be.
    [0022] Dievorliegende Erfindung erlaubt es somit, Schaufelblätter speziellso herzustellen, dass verschiedene Eigenfrequenzen erzielt werdenund diese nicht auf der Basis von „wie hergestellt" – Eigenfrequenzen ausgewählt werdenmüssen.Die Mischabstimmung der Eigenfrequenzen der Laufschaufeln verkleinertdie Schwingungsamplitude der ganzen Schaufelreihe, indem sie dieSystemantwort auf synchrone und nicht synchrone Schwingungen dämpft, ohnedie aerodynamischen Eigenschaften des Schaufelblattaufbaus zu beeinträchtigen.TheThe present invention thus allows airfoils specificallyso that different natural frequencies are achievedand these are not selected on the basis of "as manufactured" natural frequencieshave to.The mixing tuning of the natural frequencies of the rotor blades is reducedthe vibration amplitude of the entire row of blades by theSystem response to synchronous and non-synchronous vibrations dampens withoutto impair the aerodynamic properties of the airfoil structure.
    [0023] Eineandere wichtige Überlegungliegt in der Verringe rung der Masse, die sich durch die Verwendungdes Füllmaterials 30 aufPolymerenbasis erzielen lässt.Another important consideration is the reduction in mass resulting from the use of the filler 30 polymer-based.
    [0024] ZumBeispiel kann bei einem generell wie in den 1, 3 veranschaulichtausgebildeten Schaufelblatt eine Gewichtsreduzierung der Laufschaufel umetwa 30% erzielt werden. Eine derartige Gewichtsreduktion ohne Veränderungder aerodynamischen Gestaltung des Schaufelblattteils verringert dieBefestigungsbeanspruchungen und erhöht damit die Zuverlässigkeit.Eine niedrige Dauerfestigkeit kann erhöht und die Gefahr von Rissbildungdurch Beanspruchung und Korrosion kann verringert werden. Wenngleichdie Erfindung im Zusammenhang mit dem beschrieben worden ist, wasgegenwärtigals die beste und bevorzugte Ausführungsform betrachtet wird,so ist doch darauf hinzuweisen, dass die Erfindung nicht auf dieerläuterteAusführungsformbeschränktist, sondern dass sie im Gegenteil verschiedene Abwandlungen und äquivalenteAusführungen umfasst,die in dem Schutzbereich der beigefügten Patentansprüche liegen.For example, in a general way like in the 1 . 3 illustrates trained airfoil a weight reduction of the blade by about 30% can be achieved. Such a reduction in weight without changing the aerodynamic design of the airfoil part reduces the fastening stresses and thus increases the reliability. Low fatigue strength can be increased and the risk of cracking due to stress and corrosion can be reduced. While the invention has been described in connection with what is currently considered the best and preferred embodiment, it should be understood that the invention is not limited to the illustrated embodiment, but on the contrary includes various modifications and equivalent designs which are within the scope of the appended claims.
    10 10 Dampfturbinenlaufschaufel Steam turbine blade 1212 Fußteilfootboard14 14 Schaufelblattteil Rotor blade part 16,181618 Rippenribs20,22, 24 2022, 24 diskreteTaschendiscreetBags 26,282628 Seitenkanten side edges30 30 Füllmaterial filling material 3232 glatteOberflächesmoothnesssurface34 34 Laufschaufelblade 36,38, 40, 42, 44, 463638, 40, 42, 44, 46 Rippen ribs48,50 4850 Verbindungsstegabschnitte Connecting web sections 5252 Laufschaufelblade54 54 große Taschebig bag 5656 Dampfturbinenlaufradsteam turbine rotor
    权利要求:
    Claims (10)
    [1]
    Dampfturbinenlaufrad (56) mit einerrings um den Umfang des Luftrads befestigten Anzahl von Laufschaufeln(10, 34), von denen jede Laufschaufel einen Fußteil (12)und einen Schaufelblattteil (14) aufweist, wobei die AnzahlLauf schaufeln zwei Gruppen Laufschaufeln (10, 34)mit verschiedenen vorbestimmten Resonanzfrequenzen aufweist.Steam turbine impeller ( 56 ) with a number of blades fixed around the circumference of the air wheel ( 10 . 34 ), of which each blade has a foot part ( 12 ) and an airfoil part ( 14 ), the number of blades two groups of blades ( 10 . 34 ) with different predetermined resonance frequencies.
    [2]
    Dampfturbinenlaufrad nach Anspruch 1, bei dem dieLaufschaufeln (10) einer Gruppe mit den Laufschaufeln (34)der anderen Gruppe längsdes Umfangs des Laufrads abwechseln, derart, dass jede Laufschaufeleiner Gruppe neben einer Laufschaufel der anderen Gruppe steht.Steam turbine impeller according to claim 1, in which the rotor blades ( 10 ) a group with the blades ( 34 ) alternate the other group along the circumference of the impeller such that each blade of one group stands next to one blade of the other group.
    [3]
    Dampfturbinenlaufrad nach Anspruch 1, bei dem derLaufschaufelblattteil (14) aus Metall und einem polymerenFüllmaterialbesteht.A steam turbine impeller according to claim 1, wherein the blade part ( 14 ) consists of metal and a polymer filling material.
    [4]
    Dampfturbinenlaufrad nach Anspruch 3, bei dem daspolymere Füllmaterial(30) aus einer Gruppe ausgewählt, die im Wesentlichen bestehtaus: Poly(dimethylsiloxan), Poly(diphenyldimethylsiloxan), Poly(fluorsiloxan),VitonTM, Polysulfid, Poly(thioläther) undPoly(phosphazene).Steam turbine impeller according to claim 3, wherein the polymeric filler material ( 30 ) selected from a group consisting essentially of: poly (dimethylsiloxane), poly (diphenyldimethylsiloxane), poly (fluorosiloxane), Viton ™ , polysulfide, poly (thiol ether) and poly (phosphazene).
    [5]
    Dampfturbinenlaufrad nach Anspruch 3, bei dem daspolymere Füllmaterial(30) einen mittleren Elastizitätsmodul zwischen 250 psi und50.000 psi aufweist.Steam turbine impeller according to claim 3, wherein the polymeric filler material ( 30 ) has an average modulus of elasticity between 250 psi and 50,000 psi.
    [6]
    Dampfturbinenlaufrad nach Anspruch 3, bei dem daspolymere Füllmaterial(30) einen mittleren Elastizitätsmodul von zwischen 250 psiund 20.000 psi aufweist.Steam turbine impeller according to claim 3, wherein the polymeric filler material ( 30 ) has an average elastic modulus of between 250 psi and 20,000 psi.
    [7]
    Dampfturbinenlaufrad nach Anspruch 3, bei dem daspolymere Füllmaterial(30) einen mittleren Elastizitätsmodul von zwischen 500 psiund 15.000 psi aufweist.Steam turbine impeller according to claim 3, wherein the polymeric filler material ( 30 ) has an average elastic modulus of between 500 psi and 15,000 psi.
    [8]
    Verfahren zur Schwingungsverringerung in einer Laufschaufelreiheauf einem Dampfturbinenlaufrad das beinhaltet: a) Bereitstelleneiner ersten Gruppe von Laufschaufeln (10) mit einem erstenvorbestimmten Eigenfrequenzbereich; b) Bereitstellen einerzweiten Laufschaufelgruppe (34) mit einem zweiten vorbestimmtenEigenfrequenzbereich, der von dem ersten vorbestimmten Eigenfrequenzbereichverschieden ist; und c) Zusammenbauen der Laufschaufeln derersten und der zweiten Laufschaufelgruppe in einander abwechselnderWeise auf dem Laufrad.Method for reducing vibration in a row of blades on a steam turbine impeller, which includes: a) providing a first group of blades ( 10 ) with a first predetermined natural frequency range; b) providing a second blade group ( 34 ) with a second predetermined natural frequency range that is different from the first predetermined natural frequency range; and c) alternately assembling the blades of the first and second blade groups on the impeller.
    [9]
    Verfahren nach Anspruch 8, bei dem der erste undder zweite vorbestimmte Eigenfrequenzbereich durch verschiedeneRippenanordnungen (16, 18) (36, 38, 40, 42, 44, 46)in dem jeweiligen Schaufelblattteil der ersten bzw. der zweitenLaufschaufelgruppe (10, 34) erzielt werden.The method of claim 8, wherein the first and second predetermined natural frequency range by different rib arrangements ( 16 . 18 ) ( 36 . 38 . 40 . 42 . 44 . 46 ) in the respective airfoil part of the first or second rotor blade group ( 10 . 34 ) be achieved.
    [10]
    Verfahren nach Anspruch 9, bei dem die Rippenanordnungen(16, 18) Taschen (20, 22, 24)in dem jeweiligen Schaufelblattabschnitt ausbilden und bei dem dasVerfahren außerdemdas Füllender Taschen mit einem polymeren Füllmaterial (30) beinhaltet.The method of claim 9, wherein the rib assemblies ( 16 . 18 ) Bags ( 20 . 22 . 24 ) in the respective airfoil section and in which the method also involves filling the pockets with a polymeric filling material ( 30 ) includes.
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    同族专利:
    公开号 | 公开日
    US20040208741A1|2004-10-21|
    JP2004316657A|2004-11-11|
    US6854959B2|2005-02-15|
    引用文献:
    公开号 | 申请日 | 公开日 | 申请人 | 专利标题
    法律状态:
    2007-07-12| 8110| Request for examination paragraph 44|
    2012-02-23| R119| Application deemed withdrawn, or ip right lapsed, due to non-payment of renewal fee|Effective date: 20111101 |
    优先权:
    申请号 | 申请日 | 专利标题
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