用于解谐工作叶栅的方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种用于解谐工作叶栅的方法。
【背景技术】
[0002]流体机械具有设置在工作轮中的工作叶片，所述工作叶片能够视为在其叶根处牢固地夹紧并且在流体机械的运行中能够振动。在此，根据流体机械的运行状态，能够引起振动过程，其中在工作叶片中出现具有高的和临界的应力的振动状态。在叶片通过临界的应力状态处于长时间的负荷的情况下，造成材料疲劳，所述材料疲劳最终能够造成叶片的使用寿命降低，这需要更换工作叶片。
[0003]基于在流体机械的运行中作用到工作叶片上的离心力，在工作叶片中产生预应力。由此并且由于工作叶片在运行中的高的温度，工作叶片在运行中的固有频率不同于在静止的且冷的工作叶片处的固有频率。作为在制造时确保质量的措施，仅在流体机械的静止状态中能测量固有频率，然而其中为了设计工作叶片需要了解在离心力下固有频率，由此能够避免如下振动过程，在所述振动过程中在工作叶片中出现具有高的和临界的应力的振动状态。
[0004]在文献EP I 589 191中公开一种用于解谐工作叶栅的方法。
【发明内容】
[0005]本发明的目的是，提出一种用于解谐流体机械的工作叶栅的方法，其中工作叶片在流体机械的运行中具有长的使用寿命。
[0006]根据本发明的用于解谐、尤其转子动力学地解谐流体机械的具有多个工作叶片的工作叶栅的方法具有下述步骤:a)为工作叶栅的每个工作叶片规定至少一个理论固有频率V F，s，工作叶片在离心力作用下在流体机械的正常运行中对于至少一个预先确定的振动模式具有所述理论固有频率，使得工作叶栅的振动负荷在离心力下低于公差极限；b)列出具有所选择的离散的质量值m和径向的重心位置1^的数值表V F(m，rs)，所述质量值和所述重心位置根据工作叶片的额定几何形状的变化得出，并且在离心力下对于每个所选择的数值对111和rs求得相应的固有频率V F；c)测量工作叶片之一的径向的重心位置r S;I和质量mI；d)通过在数值表V F(m, rs)中对所测量到的质量叫和所测量到的径向的重心位置I.。进行插值，确定工作叶片在离心力下的实际固有频率vF，I;e)在V u位于V F，s的公差之外的情况下，从数值表vF(m，rs)中选择数值对，使得Vf^i至少接近v F，s，并且去除工作叶片的材料，使得1%和r U对应于数值对化和r s，s;f)重复步骤c)至e)直至v卩位于vF，s的公差之内。
[0007]通过测量质量Iii1和径向的重心位置!Tfu以及通过在数值表V P (m, rs)中对所述值进行插值能够在离心力下有利地以高的精度确定固有频率vFI。借助于根据本发明的方法，同样有利地，能够以高的精度调节所述固有频率vFI并且使其接近规定的理论固有频率vFSO由此，在流体机械的运行中减少工作叶片的振动负荷，由此延长工作叶片的使用寿命。此外，简单地执行所述方法，因为对于实际固有频率Vf i的精确的确定令人惊讶地足够的是，在没有工作叶片的完整的几何形状的情况下测量工作叶片的!％和r U。此外，!^和rSiI是易于测量的参数，例如能够借助于秤确定m P
[0008]预先确定的振动模式优选选择为，使得与振动模式相关的固有频率V F，s等于或频率低于转子转动频率的多次谐波、尤其是八次谐波，其中分别为多个或为所有所述振动模式列出数值表vF(m，rs)，为每个数值表确定实际固有频率^卩并且选择数值对!^*!.^，使得确定的vF I至少接近规定的V F S。
[0009]根据本发明的用于解谐、尤其转子动力学地解谐流体机械的具有多个工作叶片的工作叶栅的方法具有下述步骤:a)为工作叶栅的每个工作叶片规定至少一个理论固有频率vF，s，所述工作叶片在离心力作用下在流体机械的正常运行中对于至少一个预先确定的振动模式具有所述理论固有频率，使得工作叶栅的振动负荷在离心力下低于公差极限；b)列出具有所选择的离散的质量值m和径向的重心位置&的数值表V F(m, rs)和数值表vs(m, rs)，所述质量值和重心位置根据工作叶片的额定几何形状的变化得出，并且对于每个所选择的数值对111和1^在离心力下求得相应的固有频率V F并且在工作叶片静止时求得相应的固有频率V s;c)测量工作叶片之一的径向的重心位置r S;I和质量mI;d)通过在数值表V F(m, rs)中对所测量的质量1%和所测量的径向的重心位置!Tfu插值，确定工作叶片在离心力下的实际固有频率vF,I;e)在V FiI位于V F,s的公差之外的情况下，从数值表V F(m, rs)中选择数值对，使得V"至少接近V F，s，并且去除工作叶片的材料，使得叫和！.。对应于数值对mdPrs，s;f)在去除材料的情况下，在静止状态中测量工作叶片的固有频率vs,I；g)重复步骤e)至f)或c)至f)直至V u位于V F，s的公差之内并且V u位于V s，s的对应于所述公差的公差之内。
[0010]通过附加地测量固有频率Vs i，能够有利地以还更高的精度在离心力下确定实际固有频率VFI。也可能的是，为了控制去除，仅考虑在静止状态中的固有频率Vy的测量，而不重复测量1%和r S 1
[0011]优选地选择预先确定的振动模式，使得与振动模式相关的固有频率V F，s等于或频率低于转子转动频率的多次谐波、尤其是八次谐波，其中分别为多个或所有振动模式列出数值表V F(m, rs)和数值表V s (m, rs)，为每个数值表确定实际固有频率v F;I和实际固有频率vS I，选择所述数值对HijPrs s，使得确定的V u至少接近规定的V F，s并且对于预先确定的振动模式测量固有频率vS I。
[0012]额定几何形状的变化优选包括工作叶片在每个径向区段中或在这些径向部段中的变厚和/或变薄。优选的是，额定几何形状的变化包括工作叶片的厚度关于半径的线性变化。有利地，可以通过额定几何形状的变厚和变薄以足以确定固有频率v#P V s的精确度列出数值表。
[0013]优选规定理论固有频率V F，s，使得在工作叶栅中相邻设置的工作叶片具有不同的理论固有频率Vfs并且使得理论固有频率V F，s与在流体机械的正常运行中的转子转动频率不同，所述转子转动频率包括直至所述转子转动频率的多次谐波，尤其所述转子转动频率的八次谐波。由此禁止，振动的工作叶片能够激发与其相邻的工作叶片振动并且造成工作叶栅的旋转与工作叶片的振动进行耦合。由此工作叶片的振动负荷是小的并且其使用寿命是长的。
[0014]优选的是，质量Hi1和径向的重心位置r s，工的测量相对地作为相对于基准叶片的差值测量进行，尤其借助于坐标测量仪器和/或借助于光学方法三维地测量所述差值测量。测量的精确度与测量范围的大小相关，其中较大的测量范围导致较小的精度。通过相对于基准叶片测量M5Pru的方式，能够使用具有高的精度的较小的测量范围。因此，仅需要将唯一的工作叶片用作基准叶片并且以高成本的三维方法来表征其一次，由此也能够以高的精度测量所有其他的工作叶片的!％和r U。
[0015]优选的是，选择数值对叫和rs，s，使得转子的不平衡度变小和/或用于去除的耗费变为最小。数值对mjPrs，s的了解对于转子的平衡是足够的，使得有利地通过材料的去除能够在共同的方法步骤中进行工作叶栅的平衡和解谐。也能够进行材料的去除，使得待去除的材料量最小化。
[0016]优选地选择预先确定的振动模式，使得预先确定的振动模式的固有频率V F，s等于或频率低于转子转动频率的多次谐波、尤其是八次谐波。优选通过计算，尤其借助于有限元法确定固有频率V /或V工。
[0017]优选的是，在测量固有频率V U时，工作叶片在其叶根处被夹紧，激发工作叶片的振动并且测量振动。振动优选借助于振动接收器、加速度传感器、应变仪、压电传感器和/或光学方法测量。在此涉及的是用于确定固有频率的简单的方法。
[0018]借助于将所测量到的固有频率vS I与通过在数值表V s (m, rs)中对叫和!.。的插值所求得的实际固有频率比较，优选地调整用于求得固有频率v#P V s的模型。由此，有利地一起考虑材料对固有频率的影响。
【附图说明】
[0019]在下文中，根据所附的示意图详细地阐述本发明。附图示出:
[0020]图1示出具有工作叶片的额定几何形状和额定几何形状的变化的三个工作叶片的纵剖面，
[0021]图2以工作叶片的质量m和径向的重心位置rs的函数示出在静止状态中的工作叶片的固有频率Vs的二维图形和在离心力下的工作叶片的固有频率V F的二维图形，以及
[0022]图3示出根据本发明的方法的流程图。
【具体实施方式】
[0023]图1示出流体机械的三个工作叶片1，其中第一工作叶片以其额定几何形状5示出，第二工作叶片不仅以其额定几何形状5而且以第一变化6和第二变化7示出，并且第三工作叶片不仅以其额定几何形状5而且以第三变化8和第四变化9示出。工作叶片I具有叶根2，所述叶根固定地安装在流体机械的转子轴4上，并且具有背离叶根2的叶尖3。在流体机械运行中的工作叶片I的振动时，在叶根2处设置有振动波节。工作叶片I的半径r从叶根2指向叶尖3。
[0024]第二工作叶片示出额定几何形状5的变化6、7，其中基于额定几何形状5，工作叶片的质量m改变，然而工作叶片的径向的重心位置rs不变。在第一变化6中，通过将第二工作叶片在每个与旋转轴线的径向间距r中均匀地变厚的方式增大质量m，并且在第二变化7中，通过将第二工作叶片在每个径向间距r中均匀地变薄的方式减小质量m。
[0025]在第三工作叶片的变化8、9中，基于额定几何形状5，工作叶片的厚度沿环周方向和/或轴向方向关于半径r线性地变化。根据第三变化8，基于额定几何形状5，工作叶片在其叶根2处变厚并且在其叶尖3处变薄，并且根据第四变化9，基于额定几何形状5，工作叶片在其叶根2处变薄并且在其叶尖3处变厚。由此在第三变化8中，径向的重心位置rs径向向内移动并且在第四变化9中径向向外移动，而质量m不改变。然而，也能够执行变化8、9，使得不仅质量m而且径向的重心位置rs改变。此外可能的是，通过在所选择的径向部段中将工作叶片I变厚和/或变薄来实现质量m和径向的重心位置rs。
[0026]执行额定几何形状5的多种变化并且对于每个变化借助于有限元法(FinitenElemente Methode)计算在其叶根2处夹紧的并且处于静止状态的工作叶片I的最低频率的弯曲振动的固有频率vs。此外，对于每个变化计算相同的弯曲振动的固有频率vF，其中考虑在流体机械的正常运行中作用到工作叶片I上的离心力。可选地，在计算vF时也能够一起考虑提高的温度