用于优化转子叶片的固有频率的方法以及转子叶片技术

本发明专利技术涉及一种用于优化涡轮机的转子叶片(1)的设计的方法，该转子叶片具有叶片根部(4)和叶片翼型(5)，在该方法中，检测转子叶片(1)的实际固有频率，将检测到的实际固有频率与参考值或者参考范围进行比较，如果标识出损害转子叶片(1)的正常运行的实际固有频率与参考值或者参考范围之间的偏差或者重合，则对转子叶片(1)进行结构改变，以便改变其固有频率时，其中作为结构改变，在转子叶片根部(4)的至少一个侧面(2)上的预先确定的位置处形成至少一个切口(9；15)。本发明专利技术还涉及一种用于涡轮机的转子叶片(1)，该叶片具有叶片根部(4)和叶片翼型(5)，其中在转子叶片根部(4)的至少一个侧面(2)上形成至少一个切口(9；15)。

A Method for Optimizing the Natural Frequency of Rotor Blades and Rotor Blades

The invention relates to a method for optimizing the design of a rotor blade (1) of a turbine. The rotor blade has a blade root (4) and a blade airfoil (5). In this method, the actual natural frequency of the rotor blade (1) is detected, and the actual natural frequency detected is compared with the reference value or the reference range, if the actual natural frequency that damages the normal operation of the rotor blade (1) is identified. When the deviation or coincidence between the rate and the reference value or the reference range occurs, the structure of the rotor blade (1) is changed so as to change its natural frequency. As a structural change, at least one notch (9; 15) is formed at a predetermined position on at least one side (2) of the rotor blade root (4). The invention also relates to a rotor blade (1) for a turbine, which has a blade root (4) and a blade airfoil (5), in which at least one notch (9; 15) is formed on at least one side (2) of the rotor blade root (4).

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于优化转子叶片的固有频率的方法以及转子叶片
本专利技术涉及一种用于优化转子叶片的设计的方法，该转子叶片具有叶片根部和叶片翼型，在该方法中，检测转子叶片的实际固有频率，将检测到的实际固有频率与参考值或者参考范围比较，并且如果检测到损害转子叶片的设计用途的、实际固有频率与参考值或者参考范围之间的偏差或者重合，则在转子叶片上进行结构修改，以用于改变该转子叶片的固有频率。本专利技术还涉及一种具有叶片根部和叶片翼型的转子叶片翼型。
技术介绍
诸如燃气涡轮之类的涡轮机具有带有多个转子叶片的至少一个转子叶片环，该转子叶片环被布置在转子上并且与转子一起转动。这些转子叶片中的每个转子叶片均涉及振动系统，该振动系统在涡轮机的运行期间被激励成振动，其中每个转子叶片基本上以其固有频率振动。如果依赖于涡轮机的转子的转动速度，整数倍数的转动频率与转子叶片的固有频率一致，则发生谐振振动，在减振不良的情况下，谐振振动具有特别高的幅度。如果转子叶片谐振振动，则与之相关联的机械应力会导致涡轮机部件的损坏，并且导致主体部件的使用寿命缩短。因此，必须避免这样的谐振，尤其是与所谓的燃烧器激励或者轮叶激励的谐振。由于频率改变是由于制造公差和制造不精确性(例如，转子叶片壁厚的偏差)而导致的，所以通常在生产过程的结束进行转子叶片的固有频率分析。因此，在较早的时间点预测转子叶片的固有频率几乎是不可能的。如果在固有频率分析过程中，检测到的转子叶片的固有频率处于临界谐振范围内，则已知的是要改变转子叶片的固有频率。在这方面，DE102009053247A1提出通过增材制造工艺将材料施加到转子叶片的表面区域，由此改变转子叶片的质量分布并且因此改变转子叶片的振动频率。根据DE102009053247A1，叶片翼型的尖端尤其设有附加涂层。因此，作为转子叶片的结构修改，已知通过施加涂层来增加转子叶片的壁厚。然而，利用该措施，仅能实现几Hz区间内的微小的频率改变，这就是为什么固有频率偏离谐振范围并不总是可能的原因。因此，增加转子叶片的涂层厚度并不构成稳健而且可靠的固有频率校正措施，这在不确定的情况下会导致新生产的转子叶片被宣称为废品。此外，由于功能涂层的厚度是在转子叶片的初始设计中被有目的地选择的，增加涂层厚度会产生其他问题。因此，改变涂层厚度例如可以对转子叶片的热负载能力具有负面影响。另外，从US2013/209253A1和JPS63-97803A已知的是要修改转子叶片的支承侧面(Tragflanken)的压力表面的尺寸，以便调整固有频率。
技术实现思路
在该背景下，本专利技术基于以下目的：提供一种用于优化涡轮机的转子叶片的设计的方法，该方法使得可以以简单而且可靠的方式来改变转子叶片的固有频率，使得该固有频率显然位于临界频率范围之外。还提供一种转子叶片，具有在这种意义上来说是优化的设计。为了实现该目的，本专利技术创造了一种引言所述类型的方法，其特征在于，在转子叶片根部的至少一个侧面上的预先确定的位置处形成至少一个切口，作为结构修改。鉴于下列事实：即，转子叶片根部在设置在转子上的叶片根部插座中的固定显著地影响了涡轮机运行期间转子叶片的振动频率，通过形成根据本专利技术的至少一个切口，来有目标地减少转子叶片根部与叶片根部插座之间的接触表面，以便以该方式来影响转子叶片的振动频率。由于转子叶片的固有频率可以被改变至相对较大的程度，因此这样的设置尤其构成良好的调整螺钉，用于可靠地改变转子叶片的固有频率。此外，转子叶片的其余设计不会受到损害，这就是为什么根据本专利技术的方法不会产生任何后续问题的原因。根据本专利技术的方法还可以以简单而且廉价的方式实现。另外，为了检测实际固有频率，转子叶片通过其转子叶片根部被插入振动试验台的激励设备的叶片根部插座中，使得叶片根部的表面和叶片根部插座的表面接触。因此，在转子叶片中激励振动并且测量转子叶片的经激励的振动。振动测试台的叶片根部插座尤其具有与在转子中形成的、用于转子叶片的实际叶片根部插座相同的几何形状(在限定的制造公差内)。因此，可以以很少的费用在转子叶片上进行频率测量。检测到的实际频率使得可以评估是否必须进行以在转子叶片根部上形成至少一个切口的形式的结构修改。如果需要改变转子叶片的固有频率，则至少一个切口的预先确定的位置由板确定，该板具有至少一个孔，尤其是具有至少一个圆孔，优选地具有孔图案，该板被布置在叶片根部的侧面和振动试验台的激励设备的叶片根部插座之间。因此，再次检测由于至少一个孔而改变的转子叶片的固有频率，并且将该固有频率与参考值或者参考范围比较。如果结果令人满意，则将标识该预先确定的位置。否则，以不同的孔尺寸和/或孔位置重复该过程，直到得到满意结果为止。有利地，该板是薄板，尤其是形式为细长轨道的薄板，尤其是由金属构成，优选地，具有介于0.1mm和2mm之间的厚度，该薄板尤其是通过粘合剂固定而被可释放地固定在叶片根部的侧面上。薄板提供的优点如下：它可以被布置在叶片根部的侧面和叶片根部插座之间，而没有任何问题。由于薄板被固定在转子叶片根部的细长侧面上，所以细长形状特别有利。通过可以再次被释放的粘合剂连接来将薄板固定在侧面上可以提供如下优点：在薄板使用时候，它可以被再次移除。使用金属板是特别有利的，这是因为该金属板具有与转子叶片类似的机械特性和热特性。在将薄板附接到转子叶片的侧面之后，如果薄板具有柔性且可弯曲的设计，则也是有利的。薄板优选地被布置在转子叶片根部的侧面和叶片根部插座之间的不同位置处，或者被与具有不同孔布置的其他薄板交换，直到不再检测到损害转子叶片的设计用途的、最后检测到的固有频率与参考值或者参考范围之间的偏差或者重合为止。然后，在至少一个孔的位置处形成至少一个切口。因此，板可以用作标记预先确定的位置的模板。优选地，至少一个切口通过移除少量叶片材料，尤其是通过侵蚀、钻孔、铣削、研磨、“平滑接合(SmoothBlending)”和/或通过其他材料移除方法形成，使得在转子叶片的设计用途期间，叶片根部与叶片根部插座之间的接触被直接地防止。在这种情况下，在转子叶片根部的侧面中钻孔特别有利，因为它快速、简单而且便宜。在“平滑接合”技术的情况下，过渡部没有拐角，而是“平滑的”，也就是说，例如是圆形的。在已经进行了对至少一个切口的形成之后，已被使用的一个穿孔板或者已被使用的多个穿孔板可以被重新用于另一转子叶片。这节省了成本和资源。备选地，板(尤其是具有细长形状的板)被插入设置在叶片根部的侧面上的凹部(尤其是凹槽)中，使得板以平齐的方式终止于叶片根部的侧面。平齐的终止是优选的，因为作为其结果，叶片根部可以被插入对应的叶片根部插座中，而没有任何问题。然而，应当清楚的是，与先前所描述的薄板相比，该板原则上也可以从叶片根部的侧面略微突出。凹部的长度和宽度优选地与该板的长度和宽度一致，使得该板完全填满凹部。凹部可以在生产转子叶片期间(例如，在铸造工艺期间)形成，其中在生产转子叶片之后，使用被插入凹部中的无孔参考板来初始地检测转子叶片的实际固有频率，或者只有当检测到实际固有频率与参考值或者参考范围之间的偏差或者重合时，才将凹部引入到叶片根部的侧面中。在生产转子叶片期间形成凹部提供的优点如下：即使初始不需要改变固有频率，但是在运行期间可能变得必要，转子叶片已经针对所本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于优化涡轮机的转子叶片(1)的设计的方法，所述转子叶片(1)具有一个叶片根部(4)和一个翼型(5)，在所述方法中，检测所述转子叶片(1)的实际固有频率，将检测到的所述实际固有频率与一个参考值或者参考范围比较，并且如果检测到损害所述转子叶片(1)的设计用途的、所述实际固有频率与所述参考值或者参考范围之间的一个偏差或者重合，则在所述转子叶片(1)上进行结构修改，以用于改变所述转子叶片(1)的固有频率，其特征在于，在所述叶片根部(4)的至少一个侧面(2)上的一个预先确定的位置处形成至少一个切口(9；15)，作为所述结构修改，其中为了检测所述实际固有频率，所述转子叶片(1)通过所述转子叶片(1)的叶片根部(4)被插入振动试验台(8)的一个激励设备(7)的一个叶片根部插座(6)中，使得所述叶片根部(4)的表面和所述叶片根部插座(6)的表面相接触，振动在所述转子叶片(1)中被激励，并且所述转子叶片(1)的经激励的所述振动被测量，其特征在于，所述至少一个切口(9；15)的所述预先确定的位置由一个板(10；14)确定，所述板(10；14)具有至少一个孔(11；15)，尤其是具有至少一个圆孔，优选地具有一个孔图案，所述板(10；14)被布置在所述叶片根部(4)的一个侧面(2)和所述振动试验台(8)的所述激励设备(7)的所述叶片根部插座(6)之间，所述转子叶片(1)的所述固有频率被再次检测并且与所述参考值或者参考范围相比较。...

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.06.29 EP 16176789.21.一种用于优化涡轮机的转子叶片(1)的设计的方法，所述转子叶片(1)具有一个叶片根部(4)和一个翼型(5)，在所述方法中，检测所述转子叶片(1)的实际固有频率，将检测到的所述实际固有频率与一个参考值或者参考范围比较，并且如果检测到损害所述转子叶片(1)的设计用途的、所述实际固有频率与所述参考值或者参考范围之间的一个偏差或者重合，则在所述转子叶片(1)上进行结构修改，以用于改变所述转子叶片(1)的固有频率，其特征在于，在所述叶片根部(4)的至少一个侧面(2)上的一个预先确定的位置处形成至少一个切口(9；15)，作为所述结构修改，其中为了检测所述实际固有频率，所述转子叶片(1)通过所述转子叶片(1)的叶片根部(4)被插入振动试验台(8)的一个激励设备(7)的一个叶片根部插座(6)中，使得所述叶片根部(4)的表面和所述叶片根部插座(6)的表面相接触，振动在所述转子叶片(1)中被激励，并且所述转子叶片(1)的经激励的所述振动被测量，其特征在于，所述至少一个切口(9；15)的所述预先确定的位置由一个板(10；14)确定，所述板(10；14)具有至少一个孔(11；15)，尤其是具有至少一个圆孔，优选地具有一个孔图案，所述板(10；14)被布置在所述叶片根部(4)的一个侧面(2)和所述振动试验台(8)的所述激励设备(7)的所述叶片根部插座(6)之间，所述转子叶片(1)的所述固有频率被再次检测并且与所述参考值或者参考范围相比较。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述板(10)是薄板，所述薄板尤其是由金属构成，优选地具有介于0.1mm和2mm之间的厚度，所述薄板尤其是通过粘合剂固定而被可释放地固定在所述叶片根部(4)的所述侧面(2)上。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述薄板(10)被布置在所述叶片根部(4)的所述侧面(2)和所述叶片根部插座(6)之间的不同位置处，或者与具有不同孔布置的其他多个薄板(10)交换，直到损害所述转子叶片(1)的所述设计用途的、最后检测到的固有频率与所述参考值或者参考范围之间的偏差或者重合不再被检测到为止，然后所述至少一个切口(9)在所述至少一个孔(11)的所述位置处形成。4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述至少一个切口(9)通过移除少量叶片材料而形成，尤其是通过侵蚀、钻孔、铣削、研磨、“平滑接合”和/或...

【专利技术属性】
技术研发人员：F·阿马德，R·拉杜罗维克，
申请(专利权)人：西门子股份公司，
类型：发明
国别省市：德国,DE