DE102011054589B4 - Rotationsmaschine mit Abstandhaltern zur Steuerung der Fluiddynamik - Google Patents

Abstract

System, das umfasst:eine Rotationsmaschine (150), die umfasst:einen Fluidströmungspfad, der sich entlang einer Achse der Rotationsmaschine (150) erstreckt; undmehrere Stufen, wobei jede Stufe aufweist:mehrere Schaufelblätter (486, 506, 526, 576, 596, 616), die um die Achse herum angeordnet sind, undmehrere Abstandhalter (482, 502, 522, 572, 592, 612), die um die Achse herum angeordnet sind, wobei jeder Abstandhalter (482, 502, 522, 572, 592, 612) in Umfangsrichtung zwischen einander benachbarten Schaufelblättern (486, 506, 526, 576, 596, 616) angeordnet ist, wodurch eine Beabstandung der Schaufelblätter (486, 506, 526, 576, 596, 616) in Umfangsrichtung um die Achse festgelegt ist,wobei die Rotationsmaschine (150) wenigstens zwei verschiedene Stufen mit jeweils in Umfangsrichtung gleich großen Abstandhaltern (482, 502, 522, 572, 592, 612) innerhalb einer Stufe aufweist, wobei sich die Größen der Abstandhalter (482, 502, 522, 572, 592, 612) zwischen den wenigstens zwei verschiedenen Stufen unterscheiden, so dass eine andere gleichmäßige Beabstandung der Schaufelblätter (486, 506, 526, 576, 596, 616) in Umfangsrichtung um die Achse und eine andere Anzahl der Schaufelblätter (486, 506, 526, 576, 596, 616) in jeder der wenigstens zwei verschiedenen Stufen festgelegt sind, um die Frequenz von Heck- und Bugwellen auf unterschiedliche Weise in jeder der wenigstens zwei verschiedenen Stufen zu variieren.

Description

• HINTERGRUND DER ERFINDUNG
• Der hier beschriebene Gegenstand betrifft Rotationsmaschinen, insbesondere Turbinen und Verdichter, die für Fluidstromresonanzen anfällig sind.
• Bei Turbinen und Verdichtern findet ein Austausch von Energie zwischen einem Fluid und einem Rotor statt. Eine Turbine erzeugt beispielsweise Energie als Reaktion auf die Einwirkung eines Fluidstroms auf mehrere Laufschaufeln, während ein Verdichter Energie zum Antreiben mehrerer Laufschaufeln verwendet, um ein Gas zu verdichten. Leider können durch die Drehung der Laufschaufeln Heck- und Bugwellen erzeugt werden, die andere sich drehende oder feststehende Strukturen stromauf und stromab der Laufschaufeln anregen können. Die Heck- und Bugwellen können beispielsweise Vibration, vorzeitigen Verschleiß sowie die Beschädigung von Leitschaufeln, Laufschaufeln, Düsen, Schaufelblättern, Rotoren und anderen Strukturen im Fluidstrom verursachen.
• GB 777 955 A beschreibt eine Rotationsmaschine mit einem Fluidströmungspfad, der sich entlang einer Achse der Rotationsmaschine erstreckt, und mehreren Leitschaufelstufen, die jeweils mehrere um die Achse angeordnete Schaufelblätter enthalten. In der ersten Leitschaufelstufe sind Abstandhalter jeweils zwischen zwei benachbarten Schaufelblättern angeordnet. Die Größe der Abstandhalter in Umfangsrichtung variiert um den Umfang herum, so dass eine ungleichmäßige Beabstandung der Schaufelblätter in Umfangsrichtung um die Achse innerhalb der ersten Leitschaufelstufe festgelegt wird.
• DE 10 2009 011 964 A1 offenbart einen Rotor für eine Gasturbine mit einem Rotorgrundkörper und mehreren Laufschaufeln an diesem, wobei wenigstens ein Dämpfungselement in Umfangsrichtung zwischen benachbarten Schaufeln des Rotors vorgesehen ist. Die verwendeten Dämpfungselemente haben eine definierte Breite in Umfangsrichtung, wobei auch mehrere Dämpfungselemente miteinander verbunden werden können oder auch kein Dämpfungselement zwischen zwei benachbarten Schaufeln eingesetzt werden kann.
• EP 1 674 734 A1 offenbart ein Verfahren zur Verbesserung der Strömungsstabilität eines Turbokompressors, indem der Abstand zwischen zwei Schaufelblättern verringert und so das Teilungsverhältnis ohne Veränderung der Schaufelblattgeometrie verkleinert wird. In einer Ausführungsform wird wenigstens ein in Umfangsrichtung zwischen zwei Schaufelfüßen des Schaufelkranzes angeordnetes Distanzstück entfernt und an dessen Stelle wenigstens eine zusätzliche Schaufel eingesetzt. In einer anderen Ausführungsform wird wenigstens ein zwischen zwei Schaufelfüßen des Schaufelkranzes angeordnetes Distanzstück gegen ein Distanzstück mit geringerer Umfangserstreckung ausgetauscht und wenigstens eine zusätzliche Schaufel eingebaut. In einer noch anderen Ausführungsform wird wenigstens ein vorhandenes Distanzstück ausgebaut und derart bearbeitet, dass die Umfangserstreckung des Distanzstückes vermindert wird, das bearbeitete Distanzstück wird wieder eingebaut, und es wird wenigstens eine zusätzliche Schaufel in den Schaufelkranz eingesetzt.
• Ausgehend hiervon ist es eine Aufgabe der Erfindung ein System mit einer Rotationsmaschine, die einen Fluidströmungspfad und mehrere in dem Fluidströmungspfad angeordnete Schaufelblätter enthält, zu schaffen, bei der die durch die Schaufeln erzeugten Heck- und Bugwellen beeinflusst werden, um damit verbundene Gefahren von Vibrationen, Verschleiß und Beschädigung zu reduzieren.
• KURZE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
• Zur Lösung diese Aufgabe ist gemäß der Erfindung ein System geschaffen, das die Merkmale des unabhängigen Patentanspruchs 1 aufweist. Besonders bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
• Das System gemäß der Erfindung umfasst eine Rotationsmaschine mit einem Fluidströmungspfad, der sich entlang einer Achse der Rotationsmaschine erstreckt, und mehreren Stufen, wobei jede Stufe mehrere um die Achse angeordnete Schaufelblätter und mehrere um die Achse angeordnete Abstandhalter aufweist. Jeder dieser Abstandhalter ist in Umfangsrichtung zwischen einander benachbarten Schaufelblättern der mehreren Schaufelblätter angeordnet, so dass eine Beabstandung der Schaufelblätter in Umfangsrichtung um die Achse festgelegt wird. Die Rotationsmaschine weist wenigstens zwei verschiedene Stufen mit jeweils in Umfangsrichtung gleich großen Abstandhaltern innerhalb einer Stufe auf, wobei sich die Größen der Abstandhalter zwischen den wenigstens zwei verschiedenen Stufen unterscheiden, so dass eine andere gleichmäßige Beabstandung der Schaufelblätter in Umfangsrichtung um die Achse und eine andere Anzahl der Schaufelblätter in jeder der wenigstens zwei verschiedenen Stufen festgelegt sind, um die Frequenz von Heck- und Bugwellen auf unterschiedliche Weise in jeder der wenigstens zwei verschiedenen Stufen zu variieren.
• KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
• Diese und andere Merkmale, Gesichtspunkte und Vorteile der vorliegenden Erfindung sind besser verständlich, wenn die folgende detaillierte Beschreibung mit Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen gelesen wird, in denen gleiche Bezugszeichen durchweg gleiche Teile bezeichnen.
• 1 ist ein Schnitt einer Ausführungsform einer Gasturbine entlang einer Längsachse;
• 2 ist eine Vorderansicht einer Ausführungsform eines Rotors mit ungleichmäßig beabstandeten Laufschaufeln;
• 3 ist eine Vorderansicht einer Ausführungsform eines Rotors mit ungleichmäßig beabstandeten Laufschaufeln;
• 4 ist eine Vorderansicht einer Ausführungsform eines Rotors mit ungleichmäßig beabstandeten Laufschaufeln;
• 5 ist eine Perspektive einer Ausführungsform mit drei Rotoren, wobei jeder Rotor eine andere ungleichmäßige Beabstandung der Laufschaufeln aufweist;
• 6 ist eine Teil-Vorderansicht einer Ausführungsform eines Rotors mit unterschiedlich großen Abstandhaltern zwischen den Laufschaufeln;
• 7 ist eine Draufsicht einer Ausführungsform eines Rotors mit unterschiedlich großen Abstandhaltern zwischen den Laufschaufeln;
• 8 ist eine Draufsicht einer Ausführungsform eines Rotors mit unterschiedlich großen Abstandhaltern zwischen den Laufschaufeln;
• 9 ist eine Vorderansicht einer Ausführungsform einer Laufschaufel mit T-förmiger Geometrie;
• 10 ist eine Teil-Vorderansicht eines Rotors, dessen Laufschaufeln unterschiedlich große Schaufelfüße aufweisen;
• 11 ist eine Draufsicht einer Ausführungsform eines Rotors, dessen Laufschaufeln unterschiedlich große Schaufelfüße aufweisen;
• 12 ist eine Draufsicht einer Ausführungsform eines Rotors, dessen Laufschaufeln unterschiedlich große Schaufelfüße aufweisen;
• 13 ist eine Teil-Vorderansicht einer Ausführungsform eines Stators mit unterschiedlich großen Abstandhaltern zwischen den Leitschaufeln;
• 14 ist eine Teil-Vorderansicht einer Ausführungsform eines Stators, dessen Leitschaufeln unterschiedlich große Schaufelfüße aufweisen;
• 15 ist eine Teil-Vorderansicht einer Ausführungsform eines Rotors mit einheitlichen großen Abstandhaltern zwischen den Laufschaufeln;
• 16 ist eine Teil-Vorderansicht einer Ausführungsform eines Rotors mit einheitlichen mittelgro-ßen Abstandhaltern zwischen den Laufschaufeln;
• 17 ist eine Teil-Vorderansicht einer Ausführungsform eines Rotors mit einheitlichen kleinen Abstandhaltern zwischen den Laufschaufeln;
• 18 ist ein Diagramm, das die Resonanzfrequenz von Statoren und Rotoren mit Abstandhaltern unterschiedlicher Größe bezogen auf die Drehzahl der Maschine darstellt;
• 19 ist eine Teil-Vorderansicht einer Ausführungsform eines Stators mit einheitlichen großen Abstandhaltern zwischen den Leitschaufeln;
• 20 ist eine Teil-Vorderansicht einer Ausführungsform eines Stators mit einheitlichen mittelgroßen Abstandhaltern zwischen den Leitschaufeln und
• 21 ist eine Teil-Vorderansicht einer Ausführungsform eines Stators mit einheitlichen kleinen Abstandhaltern zwischen den Leitschaufeln.
• Es wird bemerkt, dass die 2-14 Ausführungsbeispiele von Rotoren und Statoren zeigen, die als solche nicht zu der beanspruchten Erfindung gehören, und dass nur 15-20 Ausführungsformen von Rotoren und Statoren gemäß der Erfindung betreffen.
• AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
• Im Folgenden werden eine oder mehrere spezifische Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung beschrieben. Im Interesse einer kurzgefassten Beschreibung dieser Ausführungsformen sind eventuell nicht alle Merkmale einer tatsächlichen Implementierung in der Beschreibung erfasst. Es sollte zur Kenntnis genommen werden, dass bei der Entwicklung einer derartigen tatsächlichen Implementierung - wie bei jedem Konstruktions- oder Planungsprojekt - zahlreiche implementierungsspezifische Entscheidungen getroffen werden müssen; diese dienen dazu, die spezifischen Ziele der Entwickler zu erreichen, zum Beispiel, wenn system- oder geschäftsbezogene Beschränkungen zu berücksichtigen sind, die von Implementierung zu Implementierung variieren können. Es sollte ebenfalls zur Kenntnis genommen werden, dass derartige Entwicklungsanstrengungen zwar komplex und zeitaufwendig sein können, aber für Durchschnittsfachleute mithilfe dieser Offenbarung ein Routinevorhaben darstellen würden.
• Bei der Einführung von Elementen verschiedener Ausführungsformen sollen die unbestimmten Artikel „ein, eine, eines“ und die bestimmten Artikel „der, die, das“ bedeuten, dass es sich um ein oder mehrere Elemente handelt. Die Begriffe „umfassen“, „einschließen“ und „aufweisen“ sind einschließend gemeint und besagen, dass abgesehen von den aufgeführten Elementen weitere Elemente vorhanden sein können.
• Die offenbarten Ausführungsformen sollen dazu dienen, die Fluiddynamik in Rotationsmaschinen - beispielsweise einer Turbine oder einem Verdichter - mit Hilfe einer Anpassung der Abstände zwischen sich drehenden Laufschaufeln oder feststehenden Leitschaufeln und/oder einer Anpassung der Anzahl sich drehender Laufschaufeln oder feststehender Leitschaufeln abzustimmen. Durch die offenbarten Ausführungsformen wird insbesondere die Beabstandung und/oder Anzahl von Lauf- oder Leitschaufeln angepasst, um die Frequenz der durch die sich drehenden Laufschaufeln, feststehenden Leitschaufeln oder andere Strukturen im Fluidstrom gebildeten Heck- und Bugwellen zu steuern. Zum Beispiel kann durch eine ungleichmäßige Beabstandung oder geänderte Anzahl der sich drehenden Laufschaufeln oder feststehenden Leitschaufeln die Möglichkeit reduziert werden, dass es zu resonantem Verhalten, Vibration und unerwünschter Fluiddynamik in Turbine oder Verdichter kommt. Mit anderen Worten, kann durch die ungleichmäßige Beabstandung oder geänderte Anzahl der sich drehenden Laufschaufeln oder feststehenden Leitschaufeln die Fähigkeit der Heck- und Bugwellen reduziert oder eliminiert werden, in Strukturen entlang dem Strömungspfad Resonanz hervorzurufen. Stattdessen kann durch die ungleichmäßige Beabstandung oder geänderte Anzahl der sich drehenden Laufschaufeln oder feststehenden Leitschaufeln die Reaktion von Strukturen im Strömungspfad durch Änderung der Frequenz der Heck- und Bugwellen gedämpft und reduziert werden. Die ungleichmäßige Beabstandung oder geänderte Anzahl können durch Abstandhalter, modifizierte Montagestrukturen, Montageadapter, modifizierte Statoren, modifizierte Rotoren oder eine Kombination aus diesen erzielt werden.
• Die ungleichmäßige Beabstandung der Lauf- oder Leitschaufeln kann beispielsweise durch unterschiedlich große Abstandhalter zwischen nebeneinander angeordneten Lauf- oder Leitschaufeln, unterschiedlich große Schaufelfüße nebeneinander angeordneter Lauf- oder Leitschaufeln oder beliebige Kombinationen aus diesen erreicht werden. Die ungleichmäßige Beabstandung der Lauf- oder Leitschaufeln kann die ungleichmäßige Beabstandung der Laufschaufeln um einen Umfang einer bestimmten Stufe (z.B. Turbinen- oder Verdichterstufe), die ungleichmäßige Beabstandung der Laufschaufeln verschiedener Stufen oder eine Kombination aus beiden umfassen. Mithilfe der ungleichmäßigen Beabstandung werden die durch die sich drehenden Laufschaufeln erzeugten Heck- und Bugwellen wirkungsvoll reduziert und gedämpft und es wird so die Möglichkeit reduziert, dass Vibration, vorzeitiger Verschleiß und Beschädigungen an feststehenden und sich drehenden Strukturen durch derartige Heck- und Bugwellen auftreten könnten.
• Ein weiteres Beispiel: Die geänderte Anzahl von Lauf- oder Leitschaufeln kann durch gleichmäßige Beabstandung einer größeren oder kleineren Anzahl von Lauf- oder Leitschaufeln mit Hilfe von Abstandhaltern, modifizierten Montagefüßen oder eine Kombination aus beiden erreicht werden. Bei bestimmten Ausführungsformen mit Abstandhaltern kann eine erste Gruppe von Abstandhaltern (z.B. große Abstandhalter) verwendet werden, um eine erste gleichmäßige Beabstandung von Lauf- oder Leitschaufeln zu erzielen, eine zweite Gruppe von Abstandhaltern (z.B. mittelgroße Abstandhalter) kann verwendet werden, um eine zweite gleichmäßige Beabstandung von Lauf- oder Leitschaufeln zu erzielen, eine dritte Gruppe von Abstandhaltern (z.B. kleine Abstandhalter) kann verwendet werden, um eine dritte gleichmäßige Beabstandung von Lauf- oder Leitschaufeln zu erzielen usw. In ähnlicher Weise kann bei bestimmten Ausführungsformen mit modifizierten Schaufelfüßen eine erste Gruppe von Lauf- oder Leitschaufeln mit einem Montagefuß einer ersten Größe (z.B. großer Montagefuß) verwendet werden, um eine erste gleichmäßige Beabstandung von Lauf- oder Leitschaufeln zu erzielen, eine zweite Gruppe von Lauf- oder Leitschaufeln mit einem Montagefuß einer zweiten Größe (z.B. mittelgroßer Montagefuß) kann verwendet werden, um eine zweite gleichmäßige Beabstandung von Lauf- oder Leitschaufeln zu erzielen, eine dritte Gruppe von Lauf- oder Leitschaufeln mit einem Montagefuß einer dritten Größe (z.B. kleiner Montagefuß) kann verwendet werden, um eine dritte gleichmäßige Beabstandung von Lauf- oder Leitschaufeln zu erzielen usw. Bei jeder Ausführungsform kann die Anzahl der Lauf- oder Leitschaufeln erhöht oder verringert werden, um die Frequenz der Heck- und Bugwellen bei bestimmten Drehzahlen der Rotationsmaschine zu verändern. Die geänderte Anzahl dient daher dazu, die Frequenz der Heck- und Bugwellen zu verändern, um die Resonanzfrequenz der Strukturen im Fluidströmungspfad bei bestimmten Drehzahlen zu vermeiden.
• Die offenbarten Ausführungsformen ungleichmäßiger Beabstandung oder geänderter Anzahl von sich drehenden Laufschaufeln oder feststehenden Leitschaufeln können bei jeder geeigneten Rotationsmaschine angewendet werden, beispielsweise bei Turbinen, Verdichtern und Kreiselpumpen. Zur Erläuterung werden die offenbarten Ausführungsformen allerdings im Zusammenhang mit einer Gasturbine vorgestellt. 1 ist ein Längsschnitt durch eine Ausführungsform einer Rotationsmaschine 150 in Form einer Gasturbine. Wie später noch beschrieben wird, können eine ungleichmäßige Beabstandung oder geänderte Anzahl der sich drehenden Laufschaufeln oder feststehenden Leitschaufeln in der Gasturbine eingesetzt werden, um periodische Oszillationen, Vibration und/oder harmonisches Verhalten von Heck- und Bugwellen im Fluidstrom zu reduzieren und/oder zu dämpfen. Eine ungleichmäßige Beabstandung oder geänderte Anzahl der sich drehenden Laufschaufeln oder feststehenden Leitschaufeln können zum Beispiel bei einem Verdichter 152 und einer Turbine 154 der Gasturbine eingesetzt werden. Darüber hinaus können die ungleichmäßige Beabstandung oder geänderte Anzahl der sich drehenden Laufschaufeln oder feststehenden Leitschaufeln in einer einzigen Stufe oder mehreren Stufen des Verdichters 152 und der Turbine 154 eingesetzt werden und von Stufe zu Stufe variieren.
• Bei der dargestellten Ausführungsform umfasst die Gasturbine einen Lufteinlassabschnitt 156, den Verdichter 152, eine oder mehrere Brennkammern 158, die Turbine 154 und einen Abgastrakt 160. Der Verdichter 152 umfasst eine Mehrzahl von Verdichterstufen 162 (z.B. 1 bis 20 Stufen), von denen jede eine Mehrzahl sich drehender Verdichterlaufschaufeln 164 und feststehender Verdichterleitschaufeln 166 aufweist. Der Verdichter 152 ist so gestaltet, dass er Luft aus dem Lufteinlassabschnitt 156 aufnimmt und den Luftdruck in den Stufen 162 stufenweise erhöht. Die Gasturbine leitet die verdichtete Luft dann vom Verdichter 152 zu der Brennkammer bzw. den Brennkammern 158. Jede Brennkammer 158 ist so gestaltet, dass die verdichtete Luft mit Kraftstoff vermischt und das Kraftstoff-Luft-Gemisch verbrannt wird und die heißen Verbrennungsgase zur Turbine 154 geleitet werden. Dementsprechend enthält jede Brennkammer 158 eine oder mehrere Kraftstoffdüsen 168 und ein Übergangsstück 170 zur Turbine 154. Die Turbine 154 umfasst eine Mehrzahl von Turbinenstufen 172 (z.B. 1 bis 20 Stufen), beispielsweise die Stufen 174, 176 und 178, von denen jede eine Mehrzahl sich drehender Turbinenlaufschaufeln 180 und feststehender Turbinenleitschaufeln 182 aufweist. Die Turbinenlaufschaufeln 180 sind wiederum mit Laufrädern 184 verbunden, die ihrerseits mit einer sich drehenden Welle 186 verbunden sind. Die Turbine 154 ist so gestaltet, dass sie die heißen Verbrennungsgase aus den Brennkammern 158 aufnimmt und stufenweise den heißen Verbrennungsgasen Energie zum Antreiben der Turbinenlaufschaufeln 180 in den Turbinenstufen 172 entzieht. Während die heißen Verbrennungsgase das Drehen der Turbinenlaufschaufeln 180 bewirken, dreht sich die Welle 186 und treibt den Verdichter 152 und eine beliebige andere geeignete Last an, beispielsweise einen elektrischen Generator. Schließlich zerstreut die Gastrubine die Verbrennungsgase und lässt sie durch den Abgastrakt 160 ab.
• Wie später noch ausführlich erörtert wird, können im Verdichter 152 und der Turbine 154 eine Vielzahl von Ausführungsformen der ungleichmäßigen Beabstandung oder geänderten Anzahl von sich drehenden Laufschaufeln oder feststehenden Leitschaufeln verwendet werden, um die Fluiddynamik so zu optimieren, dass unerwünschtes Verhalten wie Resonanz und Vibration reduziert wird. Zum Beispiel kann - wie bezogen auf die 2-14 erörtert - in nicht erfindungsgemäßen Ausführungsformen eine ungleichmäßige Beabstandung der Verdichterlaufschaufeln 164, der Verdichterleitschaufeln 166, der Turbinenlaufschaufeln 180 und/oder der Turbinenleitschaufeln 182 gewählt werden, um die in der Gasturbine erzeugten Heck- und Bugwellen zu reduzieren, zu dämpfen oder ihre Frequenz zu verschieben. In erfindungsgemäßen Ausführungsformen kann - wie bezogen auf die 15-21 erörtert - eine geänderte Anzahl (z.B. modifizierte gleichmäßige Beabstandung) der Verdichterlaufschaufeln 164, der Verdichterleitschaufeln 166, der Turbinenlaufschaufeln 180 und/oder der Turbinenleitschaufeln 182 gewählt werden, um die in der Gasturbine erzeugten Heck- und Bugwellen zu reduzieren, zu dämpfen oder ihre Frequenz zu ändern. Bei diesen verschiedenen Ausführungsformen werden die ungleichmäßige Beabstandung oder die geänderte Anzahl sich drehender Laufschaufeln oder feststehender Leitschaufeln speziell dafür ausgewählt, die Möglichkeit von Resonanz und Vibration zu reduzieren und so die Leistung und Langlebigkeit der Gasturbine zu erhöhen.
• 2 ist eine Vorderansicht einer Ausführungsform eines Rotors 200 mit ungleichmäßig beabstandeten Laufschaufeln. Bei bestimmten Ausführungsformen kann der Rotor 200 in einer Turbine, einem Verdichter oder einer anderen Rotationsmaschine angeordnet sein. Der Rotor 200 kann beispielsweise in einer Gasturbine, einer Dampfturbine, einer Wasserturbine oder einer beliebigen Kombination aus diesen angeordnet sein. Der Rotor 200 kann weiter in mehreren Stufen einer Rotationsmaschine eingesetzt werden, wobei alle dieselbe Anordnung oder unterschiedliche Anordnungen der ungleichmäßig beabstandeten Laufschaufeln aufweisen können.
• Der dargestellte Rotor 200 ist mit ungleichmäßig beabstandeten Laufschaufeln 208 versehen, was sich so beschreiben lässt, dass der Rotor 200 durch eine Zwischenlinie 206 in zwei gleich große Abschnitte 202 und 204 (z.B. jeweils 180 Grad) unterteilt wird. Bei bestimmten Ausführungsformen kann jeder der Abschnitte 202 und 204 eine andere Anzahl von Laufschaufeln 208 aufweisen, wodurch eine ungleichmäßige Beabstandung der Laufschaufeln hergestellt wird. Der dargestellte obere Abschnitt 202 weist zum Beispiel drei Laufschaufeln 208 auf, während sich in dem dargestellten unteren Abschnitt 204 sechs Laufschaufeln 208 befinden. Der obere Abschnitt 202 weist also halb so viele Laufschaufeln 208 auf wie der untere Abschnitt 204. Bei anderen Ausführungsformen können sich der obere Abschnitt 202 und der untere Abschnitt 204 hinsichtlich der Anzahl der Laufschaufeln 208 um circa 1 bis 1,005, 1 bis 1,01, 1 bis 1,02, 1 bis 1,05 oder 1 bis 3 unterscheiden. Zum Beispiel kann der Prozentanteil der Laufschaufeln 208 des oberen Abschnitts 202 im Verhältnis zum unteren Abschnitt 204 circa 50 bis 99,99 Prozent, 75 bis 99,99 Prozent, 95 bis 99,99 Prozent oder 97 bis 99,99 Prozent betragen. Es kann jedoch jede Differenz zwischen der Anzahl der Laufschaufeln 208 im oberen Abschnitt 202 und im unteren Abschnitt 204 genutzt werden, um die (Auswirkungen der) mit der Drehung der Laufschaufeln 208 verbundenen Heck- und Bugwellen auf feststehende Schaufelblätter oder Strukturen zu reduzieren und zu dämpfen.
• Die Laufschaufeln 208 können außerdem innerhalb der Abschnitte 202 und 204 gleichmäßig oder ungleichmäßig beabstandet sein. Beispielsweise sind bei der dargestellten Ausführungsform die Laufschaufeln im oberen Abschnitt 202 durch eine erste Beabstandung 210 in Umfangsrichtung (z.B. Bogenlängen) gleichmäßig zueinander beabstandet, während die Laufschaufeln 208 im unteren Abschnitt 204 durch eine zweite Beabstandung 212 in Umfangsrichtung (z.B. Bogenlängen) gleichmäßig zueinander beabstandet sind. Obwohl die Beabstandung innerhalb des jeweiligen Abschnitts 202 bzw. 204 gleichmäßig ist, unterscheidet sich die Beabstandung 210 in Umfangsrichtung von der Beabstandung 212 in Umfangsrichtung. Bei anderen Ausführungsformen kann die Beabstandung 210 in Umfangsrichtung im oberen Abschnitt 202 von Laufschaufel 208 zu Laufschaufel variieren, und/oder die Beabstandung 212 in Umfangsrichtung im unteren Abschnitt 204 kann von Laufschaufel 208 zu Laufschaufel variieren. Bei jeder dieser Ausführungsformen ist die ungleichmäßige Beabstandung der Laufschaufeln so gestaltet, dass die Möglichkeit der Resonanz an feststehenden Schaufelblättern und Strukturen - aufgrund periodischer Erzeugung von Heck- und Bugwellen durch sich drehende Schaufelblätter oder Strukturen - reduziert wird. Durch die ungleichmäßige Beabstandung der Laufschaufeln können die Heck- und Bugwellen wirkungsvoll gedämpft und reduziert werden - aufgrund ihrer nichtperiodischen Erzeugung durch die ungleichmäßigen, sich drehenden Schaufelblätter oder Strukturen. Auf diese Weise können mithilfe der ungleichmäßigen Beabstandung der Laufschaufeln die Auswirkungen von Heck- und Bugwellen auf verschiedene stromab liegende Komponenten, beispielsweise Leitschaufeln, Düsen, Statoren, Schaufelblätter usw., verringert werden.
• 3 ist eine Vorderansicht einer nicht erfindungsgemäßen Ausführungsform eines Rotors 220 mit ungleichmäßig beabstandeten Laufschaufeln. Bei bestimmten Ausführungsformen kann der Rotor 220 in einer Turbine, einem Verdichter oder einer anderen Rotationsmaschine angeordnet sein. Der Rotor 220 kann beispielsweise in einer Gasturbine, einer Dampfturbine, einer Wasserturbine oder einer beliebigen Kombination aus diesen angeordnet sein. Der Rotor 220 kann weiter in mehreren Stufen einer Rotationsmaschine eingesetzt werden, wobei alle dieselbe Anordnung oder unterschiedliche Anordnungen der ungleichmäßig beabstandeten Laufschaufeln aufweisen können.
• Der dargestellte Rotor 220 ist mit ungleichmäßig beabstandeten Laufschaufeln 234 versehen, was sich so beschreiben lässt, dass der Rotor 220 durch die Zwischenlinien 230 und 232 in vier gleich große Abschnitte 222, 224, 226 und 228 (z.B. jeweils 90 Grad) unterteilt wird. Bei bestimmten Ausführungsformen können einer oder mehrere der Abschnitte 222, 224, 226 und 228 im Verhältnis zu den anderen Abschnitten eine andere Anzahl von Laufschaufeln 234 aufweisen, wodurch eine ungleichmäßige Beabstandung der Laufschaufeln hergestellt wird. Zum Beispiel können die Abschnitte 222, 224, 226 und 228 insgesamt 1, 2, 3 oder 4 verschiedene Anzahlen von Laufschaufeln 234 aufweisen. Bei der dargestellten Ausführungsform weist jeder der Abschnitte 222, 224, 226 und 228 eine andere Anzahl von Laufschaufeln 234 auf. Im Abschnitt 222 befinden sich 3 Laufschaufeln, die durch einen Abstand 236 in Umfangsrichtung gleichmäßig zueinander beabstandet sind; im Abschnitt 224 befinden sich 6 Laufschaufeln, die durch einen Abstand 238 in Umfangsrichtung gleichmäßig zueinander beabstandet sind; im Abschnitt 226 befinden sich 2 Laufschaufeln, die durch einen Abstand 240 in Umfangsrichtung gleichmäßig zueinander beabstandet sind, und im Abschnitt 228 befinden sich 5 Laufschaufeln, die durch einen Abstand 242 in Umfangsrichtung gleichmäßig zueinander beabstandet sind. Bei dieser Ausführungsform weisen die Abschnitte 224 und 226 eine gerade, aber unterschiedliche, Anzahl von Laufschaufeln 234 auf, während die Abschnitte 222 und 228 eine ungerade und unterschiedliche Anzahl von Laufschaufeln 234 aufweisen. Bei anderen Ausführungsformen können die Abschnitte 222, 224, 226 und 228 eine beliebige Konfiguration aus geraden und ungeraden Anzahlen von Laufschaufeln 234 aufweisen, vorausgesetzt, dass zumindest ein Abschnitt im Verhältnis zu den verbleibenden Abschnitten eine abweichende Anzahl von Laufschaufeln 234 aufweist. Zum Beispiel können die Abschnitte 222, 224, 226 und 228 hinsichtlich der Anzahl von Laufschaufeln 234 in Bezug aufeinander um circa 1 bis 1,005, 1 bis 1,01, 1 bis 1,02, 1 bis 1,05 oder 1 bis 3 voneinander abweichen.
• Die Laufschaufeln 234 können außerdem innerhalb der Abschnitte 222, 224, 226 und 228 jeweils gleichmäßig oder ungleichmäßig beabstandet sein. Beispielsweise sind bei der dargestellten Ausführungsform die Laufschaufeln 234 im Abschnitt 222 durch die erste Beabstandung 236 in Umfangsrichtung (z.B. Bogenlängen) gleichmäßig zueinander beabstandet, die Laufschaufeln 234 im Abschnitt 224 durch die zweite Beabstandung 238 in Umfangsrichtung (z.B. Bogenlängen) gleichmäßig zueinander beabstandet, die Laufschaufeln 234 im Abschnitt 226 durch die dritte Beabstandung 240 in Umfangsrichtung (z.B. Bogenlängen) gleichmäßig zueinander beabstandet und die Laufschaufeln 234 im Abschnitt 228 durch die vierte Beabstandung 242 in Umfangsrichtung (z.B. Bogenlängen) gleichmäßig zueinander beabstandet. Obwohl die Beabstandung innerhalb der jeweiligen Abschnitte 222, 224, 226 und 228 gleichmäßig ist, unterscheidet sich die Beabstandung 236, 238, 240 und 242 in Umfangsrichtung von einem Abschnitt zum nächsten. Bei anderen Ausführungsformen kann die Beabstandung in Umfangsrichtung innerhalb der einzelnen Abschnitte variieren. Bei jeder dieser Ausführungsformen ist die ungleichmäßige Beabstandung der Laufschaufeln so gestaltet, dass die Möglichkeit der Resonanz aufgrund der periodischen Erzeugung von Heck- und Bugwellen reduziert wird. Durch die ungleichmäßige Beabstandung der Laufschaufeln kann die Reaktion feststehender Schaufelblätter und Strukturen auf durch die Heck- und Bugwellen sich drehender Schaufelblätter und Strukturen erzeugte Resonanz - aufgrund der nichtperiodischen Erzeugung der Wellen durch die Laufschaufeln 234 - wirkungsvoll gedämpft und reduziert werden. Auf diese Weise können mithilfe der ungleichmäßigen Beabstandung der Laufschaufeln die Auswirkungen von Heck- und Bugwellen auf verschiedene stromab liegende Komponenten, beispielsweise Leitschaufeln, Düsen, Statoren, Schaufelblätter usw., verringert werden.
• 4 ist eine Vorderansicht einer nicht erfindungsgemäßen Ausführungsform eines Rotors 250 mit ungleichmäßig beabstandeten Laufschaufeln. Bei bestimmten Ausführungsformen kann der Rotor 250 in einer Turbine, einem Verdichter oder einer anderen Rotationsmaschine angeordnet sein. Der Rotor 250 kann beispielsweise in einer Gasturbine, einer Dampfturbine, einer Wasserturbine oder einer beliebigen Kombination aus diesen angeordnet sein. Der Rotor 250 kann weiter in mehreren Stufen einer Rotationsmaschine eingesetzt werden, wobei alle dieselbe Anordnung oder unterschiedliche Anordnungen der ungleichmäßig beabstandeten Laufschaufeln aufweisen können.
• Der dargestellte Rotor 250 ist mit ungleichmäßig beabstandeten Laufschaufeln 264 versehen, was sich so beschreiben lässt, dass der Rotor 250 durch die Zwischenlinien 258, 260 und 262 in drei gleich große Abschnitte 252, 254, und 256 (z.B. jeweils 120 Grad) unterteilt wird. Bei bestimmten Ausführungsformen können einer oder mehrere der Abschnitte 252, 254 und 256 im Verhältnis zu den anderen Abschnitten eine andere Anzahl von Laufschaufeln 264 aufweisen, wodurch eine ungleichmäßige Beabstandung der Laufschaufeln hergestellt wird. Zum Beispiel können die Abschnitte 252, 254 und 256 insgesamt 2 oder 3 unterschiedliche Anzahlen von Laufschaufeln 264 aufweisen. Bei der dargestellten Ausführungsform weist jeder der Abschnitte 252, 254 und 256 eine andere Anzahl von Laufschaufeln 264 auf. Im Abschnitt 252 befinden sich 3 Laufschaufeln, die durch einen Abstand 266 in Umfangsrichtung gleichmäßig zueinander beabstandet sind; im Abschnitt 254 befinden sich 7 Laufschaufeln, die durch einen Abstand 268 in Umfangsrichtung gleichmäßig zueinander beabstandet sind, und im Abschnitt 256 befinden sich 5 Laufschaufeln, die durch einen Abstand 270 in Umfangsrichtung gleichmäßig zueinander beabstandet sind. Bei dieser Ausführungsform weisen die Abschnitte 252 und 256 eine ungerade und unterschiedliche, Anzahl von Laufschaufeln 264 auf, während sich im Abschnitt 254 eine gerade Anzahl von Laufschaufeln 264 befindet. Bei anderen Ausführungsformen können die Abschnitte 252, 254 und 256 eine beliebige Konfiguration aus geraden und ungeraden Anzahlen von Laufschaufeln 264 aufweisen, vorausgesetzt, dass zumindest ein Abschnitt im Verhältnis zu den verbleibenden Abschnitten eine abweichende Anzahl von Laufschaufeln 264 aufweist. Zum Beispiel können die Abschnitte 252, 254 und 256 hinsichtlich der Anzahl von Laufschaufeln 264 in Bezug aufeinander um circa 1 bis 1,005, 1 bis 1,01, 1 bis 1,02, 1 bis 1,05 oder 1 bis 3 variieren.
• Die Laufschaufeln 264 können außerdem innerhalb der Abschnitte 252, 254, und 256 jeweils gleichmäßig oder ungleichmäßig beabstandet sein. Beispielsweise sind bei der dargestellten Ausführungsform die Laufschaufeln 264 im Abschnitt 252 durch die erste Beabstandung 266 in Umfangsrichtung (z.B. Bogenlängen) gleichmäßig zueinander beabstandet, die Laufschaufeln 264 im Abschnitt 254 durch die zweite Beabstandung 268 in Umfangsrichtung (z.B. Bogenlängen) gleichmäßig zueinander beabstandet und die Laufschaufeln 264 im Abschnitt 256 durch die dritte Beabstandung 270 in Umfangsrichtung (z.B. Bogenlängen) gleichmäßig zueinander beabstandet. Obwohl die Beabstandung innerhalb der jeweiligen Abschnitte 252, 254 und 256 gleichmäßig ist, unterscheidet sich die Beabstandung 266, 268 und 270 in Umfangsrichtung von einem Abschnitt zum nächsten. Bei anderen Ausführungsformen kann die Beabstandung in Umfangsrichtung innerhalb der einzelnen Abschnitte variieren. Bei jeder dieser Ausführungsformen ist die ungleichmäßige Beabstandung der Laufschaufeln so gestaltet, dass die Möglichkeit von Resonanz, verursacht durch die periodische Erzeugung von Heck- und Bugwellen, reduziert wird. Durch die ungleichmäßige Beabstandung der Laufschaufeln kann die Reaktion feststehender Schaufelblätter oder Strukturen auf die Heck- und Bugwellen sich drehender Schaufelblätter und Strukturen - aufgrund der nichtperiodischen Erzeugung der Wellen durch die Laufschaufeln 264 - wirkungsvoll gedämpft und reduziert werden. Auf diese Weise können mithilfe der ungleichmäßigen Beabstandung der Laufschaufeln die Auswirkungen von Heck- und Bugwellen auf verschiedene stromab liegende Komponenten, beispielsweise Leitschaufeln, Düsen, Statoren, Schaufelblätter usw., verringert werden.
• 5 ist eine Perspektive einer nicht erfindungsgemäßen Ausführungsform von drei Rotoren 280, 282 und 284, wobei jeder Rotor eine andere ungleichmäßige Beabstandung der Laufschaufeln 286 aufweist. Die dargestellten Rotoren 280, 282 und 284 können beispielsweise drei Stufen des Verdichters 152 oder der Turbine 154 - in 1 gezeigt - entsprechen. Wie dargestellt, verfügt jeder der Rotoren 280, 282 und 284 über eine ungleichmäßige Beabstandung der Laufschaufeln 286, wenn man den jeweiligen oberen Abschnitt 288, 290 und 292 mit dem jeweiligen unteren Abschnitt 294, 296 und 298 vergleicht. Beispielsweise verfügt der Rotor 280 über drei Laufschaufeln 286 im oberen Abschnitt 288 und fünf Laufschaufeln 286 im unteren Abschnitt 294, während der Rotor 282 vier Laufschaufeln 286 im oberen Abschnitt 290 und sechs Laufschaufeln 286 im unteren Abschnitt 296 aufweist und der Rotor 284 über fünf Laufschaufeln 286 im oberen Abschnitt 292 und sieben Laufschaufeln 286 im unteren Abschnitt 298 verfügt. Daher befindet sich bei jedem der Rotoren 280, 282 und 284 in den oberen Abschnitten 288, 290 und 292 im Verhältnis zu den unteren Abschnitten 294, 296 und 298 eine größere Anzahl von Laufschaufeln 286. Bei der dargestellten Ausführungsform erhöht sich die Anzahl der Laufschaufeln 286 von einem oberen Abschnitt zum nächsten jeweils um eine Laufschaufel 286, und auch in den unteren Abschnitten erhöht sich die Anzahl der Laufschaufeln 286 von einem unteren Abschnitt zum nächsten jeweils um eine Laufschaufel 286. Bei anderen Ausführungsformen können sich die oberen und unteren Abschnitte hinsichtlich der Anzahl der Laufschaufeln 286 um circa 1 bis 1,005, 1 bis 1,01, 1 bis 1,02, 1 bis 1,05 oder 1 bis 3 unterscheiden, und zwar bei jedem einzelnen Rotor und/oder von Rotor zu Rotor. Die Laufschaufeln 286 können außerdem innerhalb der Abschnitte 288, 290, 292, 294, 296 und 298 jeweils gleichmäßig oder ungleichmäßig beabstandet sein.
• Bei jeder dieser Ausführungsformen ist die ungleichmäßige Beabstandung der Laufschaufeln so gestaltet, dass die Möglichkeit von Resonanz, verursacht durch die periodische Erzeugung von Heck- und Bugwellen, reduziert wird. Durch die ungleichmäßige Beabstandung der Laufschaufeln kann die Reaktion feststehender Schaufelblätter und Strukturen auf durch die Heck- und Bugwellen sich drehender Schaufelblätter und Strukturen erzeugte Reaktion - aufgrund der nichtperiodischen Erzeugung der Wellen durch die Laufschaufeln 286 - wirkungsvoll gedämpft und reduziert werden. Auf diese Weise können mithilfe der ungleichmäßigen Beabstandung der Laufschaufeln die Auswirkungen von Heck- und Bugwellen auf verschiedene stromab liegende Komponenten, beispielsweise Leitschaufeln, Düsen, Statoren, Schaufelblätter usw., verringert werden. Bei der Ausführungsform aus 5 ist die ungleichmäßige Beabstandung der Laufschaufeln sowohl bei jedem einzelnen Rotor 280, 282 und 284 als auch von Rotor zu Rotor (z.B. von Stufe zu Stufe) vorhanden. Durch die ungleichmäßige Beabstandung der Laufschaufeln von Rotor zu Rotor wird die Möglichkeit von Resonanz, verursacht durch die periodische Erzeugung von Heck- und Bugwellen in einer Rotationsmaschine, weiter reduziert.
• 6 ist ein Aussschnitt aus einer Vorderansicht einer nicht erfindungsgemäßen Ausführungsform eines Rotors 310 mit unterschiedlich großen Abstandhaltern 312 zwischen den Schaufelfüßen 314 der Laufschaufeln 316. Durch die unterschiedlich großen Abstandhalter 312 wird insbesondere die Implementierung verschiedener Konfigurationen mit ungleichmäßiger Laufschaufelbeabstandung und gleich großen Schaufelfüßen 314 und oder/Laufschaufeln 316 ermöglicht, wodurch die Herstellungskosten der Laufschaufeln 316 reduziert werden. Obwohl für die ungleichmäßige Laufschaufelbeabstandung Abstandhalter 312 in beliebiger Anzahl und Größe verwendet werden können, umfasst die dargestellte Ausführungsform zur Erläuterung drei Abstandhalter 312 unterschiedlicher Größe. Die gezeigten Abstandhalter 312 umfassen einen kleinen Abstandhalter (mit „S“ beschriftet), einen mittelgroßen Abstandhalter (mit „M“ beschriftet) und einen großen Abstandhalter (mit „L“ beschriftet). Die Größe der Abstandhalter 312 kann in Umfangsrichtung variieren, wie es durch das Maß 318 für den kleinen Abstandhalter, das Maß 320 für den mittelgroßen Abstandhalter und das Maß 322 für den großen Abstandhalter gezeigt wird. Bei bestimmten Ausführungsformen kann eine Mehrzahl von Abstandhaltern 312 zwischen nebeneinander liegenden Schaufelfüßen 314 angeordnet sein, wobei die Abstandhalter 312 von gleicher oder unterschiedlicher Größe sein können. Mit anderen Worten, kann es sich bei den unterschiedlich großen Abstandhaltern 312 entweder um einteilige oder mehrteilige Konstruktionen handeln, wobei im letzteren Fall eine Mehrzahl kleinerer Abstandhalter verwendet wird, um einen größeren Abstand herzustellen. Bei jeder Ausführungsform können die Maße 318, 320 und 322 sich stufenweise um einen Prozentsatz von circa 1 bis 1000 Prozent, 5 bis 500 Prozent oder 10 bis 100 Prozent erhöhen. Bei anderen Ausführungsformen kann der Rotor 310 mehr oder weniger unterschiedlich große Abstandhalter 312 umfassen, z.B. 2 bis 100, 2 bis 50, 2 bis 25 oder 2 bis 10. Die unterschiedlich großen Abstandhalter 312 (z.B. S, M und L) können in verschiedenen sich wiederholenden Mustern oder in einer zufälligen Anordnung angeordnet sein.
• 7 ist eine Draufsicht einer nicht erfindungsgemäßen Ausführungsform eines Rotors 323 mit unterschiedlich großen Abstandhaltern 324 zwischen den Schaufelfüßen 326 der Laufschaufeln 328. In ähnlicher Weise wie bei der Ausführungsform aus 6, ermöglichen die unterschiedlich großen Abstandhalter 324 die Implementierung verschiedener Konfigurationen mit ungleichmä-ßiger Laufschaufelbeabstandung und gleich großen Schaufelfüßen 326 und/oder Laufschaufeln 328, wodurch die Herstellungskosten der Laufschaufeln 328 reduziert werden. Obwohl für die ungleichmäßige Laufschaufelbeabstandung Abstandhalter 324 in beliebiger Anzahl und Größe verwendet werden können, umfasst die dargestellte Ausführungsform zur Erläuterung drei Abstandhalter 324 unterschiedlicher Größe. Die gezeigten Abstandhalter 324 umfassen einen kleinen Abstandhalter (mit „S“ beschriftet), einen mittelgroßen Abstandhalter (mit „M“ beschriftet) und einen großen Abstandhalter (mit „L“ beschriftet). Die Größe der Abstandhalter 324 kann in Umfangsrichtung variieren; dies wurde zuvor im Zusammenhang mit 5 erörtert. Die unterschiedlich großen Abstandhalter 324 (z.B. S, M und L) können auch in verschiedenen sich wiederholenden Mustern oder in einer zufälligen Anordnung angeordnet sein.
• Bei der dargestellten Ausführungsform sind die Abstandhalter 324 mit den Schaufelfüßen 326 der Laufschaufeln 328 an einer in einem Winkel verlaufenden Anschlussstelle 330 verbunden. Die in einem Winkel verlaufende Anschlussstelle 330 ist beispielsweise bezogen auf die Rotationsachse des Rotors 322 in einem Winkel 332 ausgerichtet, wie die Linie 334 zeigt. Der Winkel 332 kann circa 0 bis 60 Grad, 5 bis 45 Grad oder 10 bis 30 Grad betragen. Die dargestellte in einem Winkel verlaufende Anschlussstelle 330 ist eine gerade Kante oder eine ebene Oberfläche. Andere Ausführungsformen der Anschlussstelle 330 können jedoch Geometrien aufweisen, die nicht gerade sind.
• 8 ist eine Draufsicht einer nicht erfindungsgemäßen Ausführungsform eines Rotors 340 mit unterschiedlich großen Abstandhaltern 342 zwischen den Schaufelfüßen 344 der Laufschaufeln 346. Ähnlich der Ausführungsform aus den 6 und 8, ermöglichen die unterschiedlich großen Abstandhalter 342 die Implementierung verschiedener Konfigurationen mit ungleichmäßiger Laufschaufelbeabstandung und gleich großen Schaufelfüßen 344 und/oder Laufschaufeln 346, wodurch die Herstellungskosten der Laufschaufeln 346 reduziert werden. Obwohl für die ungleichmäßige Laufschaufelbeabstandung Abstandhalter 342 in beliebiger Anzahl und Größe verwendet werden können, umfasst die dargestellte Ausführungsform zur Erläuterung drei Abstandhalter 342 unterschiedlicher Größe. Die gezeigten Abstandhalter 342 umfassen einen kleinen Abstandhalter (mit „S“ beschriftet), einen mittelgroßen Abstandhalter (mit „M“ beschriftet) und einen großen Abstandhalter (mit „L“ beschriftet). Die Größe der Abstandhalter 342 kann in Umfangsrichtung variieren; dies wurde im Vorangehenden im Zusammenhang mit 6 erörtert. Die unterschiedlich großen Abstandhalter 342 (z.B. S, M und L) können in verschiedenen sich wiederholenden Mustern oder in einer zufälligen Anordnung angeordnet sein.
• Bei der dargestellten Ausführungsform sind die Abstandhalter 342 mit den Schaufelfüßen 344 der Laufschaufeln 346 an einer nicht geradlinig (krummlinig) verlaufenden Anschlussstelle 350 verbunden. Die Anschlussstelle 350 kann zum Beispiel einen ersten gekrümmten Abschnitt 352 und einen zweiten gekrümmten Abschnitt 354 umfassen, die gleich oder unterschiedlich sein können. Die Anschlussstelle 350 kann jedoch auch andere nicht gerade Geometrien aufweisen, beispielsweise mehrere gerade Segmente in verschiedenen Winkeln, einen oder mehrere Vorsprünge, einen oder mehrere Rücksprünge oder eine Kombination von diesen. Wie dargestellt, krümmen sich der erste und der zweite gekrümmte Abschnitt 352 und 354 in einander entgegengesetzte Richtungen. Die gekrümmten Abschnitte 352 und 354 können jedoch auch jede andere gekrümmte Geometrie aufweisen.
• 9 ist eine Vorderansicht einer nicht erfindungsgemäßen Ausführungsform einer Laufschaufel 360 mit T-förmiger Geometrie 361, die gemäß den offenbarten Ausführungsformen in einer ungleichmäßigen Beabstandung von Laufschaufeln angeordnet werden kann. Die dargestellte Laufschaufel 360 umfasst einen Fußabschnitt 362 und einen Schaufelblattabschnitt 364, die integriert (d.h. in einem Stück) ausgebildet sein können. Der Fußabschnitt 362 umfasst einen ersten Flansch 366, einen zweiten Flansch 368, der gegenüber dem ersten Flansch 366 zurückspringt, einen Hals 370, der sich zwischen den Flanschen 366 und 368 erstreckt, und einander gegenüberliegende Schlitze 372 und 374, die zwischen den Flanschen 366 und 368 angeordnet sind. Während der Montage werden die Flansche 366 und 368 und die Schlitze 372 und 374 mit einer in Umfangsrichtung um den Rotor verlaufenden Schienenstruktur zur Verriegelung gebracht. Anders ausgedrückt, sind die Flansche 366 und 368 und die Schlitze 372 und 374 so gestaltet, dass sie in Umfangsrichtung um den Rotor an ihren Platz gleiten und so die Laufschaufel 360 in radialer und axialer Richtung sichern. Bei den Ausführungsformen der 6-8 können diese Laufschaufeln 360 zueinander in Umfangsrichtung durch eine Mehrzahl unterschiedlich großer Abstandhalter mit ähnlichem Fußabschnitt beabstandet sein, wodurch eine ungleichmäßige Beabstandung der Laufschaufeln 360 hergestellt wird.
• 10 ist ein Ausschnitt aus einer Vorderansicht einer nicht erfindungsgemäßen Ausführungsform eines Rotors 384, dessen Laufschaufeln 388 unterschiedlich große Schaufelfüße 386 aufweisen. Durch die unterschiedlich großen Schaufelfüße 386 werden Implementierungen verschiedener Konfigurationen mit ungleichmäßiger Laufschaufelbeabstandung mit oder ohne Abstandhalter ermöglicht. Wenn Abstandhalter zusammen mit den unterschiedlich großen Schaufelfüßen 386 verwendet werden, können diese Abstandhalter gleich oder verschieden groß sein, so dass bei der ungleichmäßigen Beabstandung der Laufschaufeln größere Flexibilität möglich ist. Obwohl für die ungleichmäßige Laufschaufelbeabstandung unterschiedlich große Schaufelfüße 386 in beliebiger Anzahl verwendet werden können, umfasst die dargestellte Ausführungsform zur Erläuterung drei Schaufelfüße 386 unterschiedlicher Größe. Die gezeigten Schaufelfüße 386 umfassen einen kleinen Schaufelfuß (mit „S“ beschriftet), einen mittelgroßen Schaufelfuß (mit „M“ beschriftet) und einen großen Schaufelfuß (mit „L“ beschriftet). Die Größe der Schaufelfüße 386 kann in Umfangsrichtung variieren, wie das Maß 390 für den kleinen Schaufelfuß, das Maß 392 für den mittelgroßen Schaufelfuß und das Maß 394 für den großen Schaufelfuß zeigen. Diese Maße 390, 392 und 394 können sich beispielsweise stufenweise um einen Prozentsatz von circa 1 bis 1000 Prozent, 5 bis 500 Prozent oder 10 bis 100 Prozent erhöhen. Bei anderen Ausführungsformen kann der Rotor 384 mehr oder weniger unterschiedlich gro-ße Schaufelfüße 386 umfassen, z.B. 2 bis 100, 2 bis 50, 2 bis 25 oder 2 bis 10. Die unterschiedlich großen Schaufelfüße 386 (z.B. S, M und L) können außerdem in verschiedenen sich wiederholenden Mustern oder in einer zufälligen Anordnung angeordnet sein.
• 11 ist eine Draufsicht einer nicht erfindungsgemäßen Ausführungsform eines Rotors 400 mit unterschiedlich großen Schaufelfüßen 402, die die Laufschaufeln 404 tragen. Ähnlich der Ausführungsform aus 10, ermöglichen die unterschiedlich großen Schaufelfüße 402 die Implementierung verschiedener Konfigurationen mit ungleichmäßig beabstandeten Laufschaufeln mit oder ohne Abstandhalter. Obwohl für die ungleichmäßige Laufschaufelbeabstandung unterschiedlich große Schaufelfüße 402 in beliebiger Anzahl und Größe verwendet werden können, umfasst die dargestellte Ausführungsform zur Erläuterung drei Schaufelfüße 402 unterschiedlicher Größe. Die gezeigten Schaufelfüße 402 umfassen einen kleinen Schaufelfuß (mit „S“ beschriftet), einen mittelgroßen Schaufelfuß (mit „M“ beschriftet) und einen großen Schaufelfuß (mit „L“ beschriftet). Die Größe der Schaufelfü-ße 402 kann in Umfangsrichtung variieren; dies wurde zuvor im Zusammenhang mit 10 erörtert. Die unterschiedlich großen Schaufelfüße 402 (z.B. S, M und L) können außerdem in verschiedenen sich wiederholenden Mustern oder in einer zufälligen Anordnung angeordnet sein.
• Bei der dargestellten Ausführungsform sind die Schaufelfüße 402 an einer in einem Winkel verlaufenden Anschlussstelle 406 miteinander verbunden. Die in einem Winkel verlaufende Anschlussstelle 406 ist beispielsweise bezogen auf die Rotationsachse des Rotors 400 in einem Winkel 408 ausgerichtet, wie die Linie 409 zeigt. Der Winkel 408 kann circa 0 bis 60 Grad, 5 bis 45 Grad oder 10 bis 30 Grad betragen. Die dargestellte in einem Winkel verlaufende Anschlussstelle 406 ist eine gerade Kante oder eine ebene Oberfläche. Andere Ausführungsformen der Anschlussstelle 406 können jedoch Geometrien aufweisen, die nicht gerade sind.
• 12 ist eine Draufsicht einer nicht erfindungsgemäßen Ausführungsform eines Rotors 410 mit unterschiedlich großen Schaufelfüßen 412, die die Laufschaufeln 414 tragen. Ähnlich den Ausführungsform aus den 10 und 12, ermöglichen die unterschiedlich großen Schaufelfüße 412 die Implementierung verschiedener Konfigurationen mit ungleichmäßig beabstandeten Laufschaufeln mit oder ohne Abstandhalter. Obwohl für die ungleichmäßige Laufschaufelbeabstandung unterschiedlich große Schaufelfüße 412 in beliebiger Anzahl und Größe verwendet werden können, umfasst die dargestellte Ausführungsform zur Erläuterung drei Schaufelfüße 412 unterschiedlicher Grö-ße. Die gezeigten Schaufelfüße 412 umfassen einen kleinen Schaufelfuß (mit „S“ beschriftet), einen mittelgroßen Schaufelfuß (mit „M“ beschriftet) und einen großen Schaufelfuß (mit „L“ beschriftet). Die Größe der Schaufelfü-ße 412 kann in Umfangsrichtung variieren; dies wurde im Vorangehenden im Zusammenhang mit 10 erörtert. Die unterschiedlich großen Schaufelfüße 412 (z.B. S, M und L) können außerdem in verschiedenen sich wiederholenden Mustern oder in einer zufälligen Anordnung angeordnet sein.
• Bei der dargestellten Ausführungsform sind die Schaufelfüße 412 an einer nicht gerade verlaufenden Anschlussstelle 416 miteinander verbunden. Die Anschlussstelle 416 kann zum Beispiel einen ersten gekrümmten Abschnitt 418 und einen zweiten gekrümmten Abschnitt 420 umfassen, die gleich oder unterschiedlich sein können. Die Anschlussstelle 416 kann jedoch auch andere nicht gerade Geometrien aufweisen, beispielsweise mehrere gerade Segmente in verschiedenen Winkeln, einen oder mehrere Vorsprünge, einen oder mehrere Rücksprünge oder eine Kombination aus diesen. Wie dargestellt, krümmen sich der erste und der zweite gekrümmte Abschnitt 418 und 420 in einander entgegengesetzte Richtungen. Die gekrümmten Abschnitte 418 und 420 können jedoch auch jede andere gekrümmte Geometrie aufweisen.
• 13 ist ein Ausschnitt aus einer Vorderansicht einer nicht erfindungsgemäßen Ausführungsform eines Stators 440 mit unterschiedlich großen Abstandhaltern 442 zwischen den Schaufelfüßen 444 der Leitschaufeln 446. Durch die unterschiedlich großen Abstandhalter 442 wird insbesondere die Implementierung verschiedener Konfigurationen mit ungleichmäßiger Leitschaufelbeabstandung und gleich großen Schaufelfüßen 444 und/oder Leitschaufeln 446 ermöglicht, wodurch die Herstellungskosten der Leitschaufeln 446 reduziert werden. Obwohl für die ungleichmäßige Leitschaufelbeabstandung Abstandhalter 442 in beliebiger Anzahl und Größe verwendet werden können, umfasst die dargestellte Ausführungsform zur Erläuterung drei Abstandhalter 442 unterschiedlicher Größe. Die gezeigten Abstandhalter 442 umfassen einen kleinen Abstandhalter (mit „S“ beschriftet), einen mittelgroßen Abstandhalter (mit „M“ beschriftet) und einen großen Abstandhalter (mit „L“ beschriftet). Die Größe der Abstandhalter 442 kann in Umfangsrichtung variieren, wie das Maß 448 für den kleinen Abstandhalter, das Maß 450 für den mittelgroßen Abstandhalter und das Maß 452 für den großen Abstandhalter zeigen. Bei bestimmten Ausführungsformen kann eine Mehrzahl von Abstandhaltern 442 zwischen nebeneinander liegenden Schaufelfüßen 444 angeordnet sein, wobei die Abstandhalter 442 von gleicher oder unterschiedlicher Größe sein können. Mit anderen Worten, kann es sich bei den unterschiedlich großen Abstandhaltern 442 entweder um einteilige oder mehrteilige Konstruktionen handeln, wobei im letzteren Fall eine Mehrzahl kleinerer Abstandhalter verwendet wird, um einen größeren Abstand herzustellen. Bei jeder Ausführungsform können die Maße 448, 450 und 452 sich stufenweise um einen Prozentsatz von circa 1 bis 1000 Prozent, 5 bis 500 Prozent oder 10 bis 100 Prozent erhöhen. Bei anderen Ausführungsformen kann der Stator 440 mehr oder weniger unterschiedlich große Abstandhalter 442 umfassen, z.B. 2 bis 100, 2 bis 50, 2 bis 25 oder 2 bis 10. Die unterschiedlich großen Abstandhalter 442 (z.B. S, M und L) können außerdem in verschiedenen sich wiederholenden Mustern oder in einer zufälligen Anordnung angeordnet sein.
• 14 ist ein Ausschnitt aus einer Vorderansicht einer nicht erfindungsgemäßen Ausführungsform eines Stators 460 mit unterschiedlich großen Schaufelfü-ßen 462 der Leitschaufeln 464. Durch die unterschiedlich großen Schaufelfüße 462 wird die Implementierung verschiedener Konfigurationen mit ungleichmäßiger Leitschaufelbeabstandung mit oder ohne Abstandhalter ermöglicht. Wenn Abstandhalter zusammen mit den unterschiedlich gro-ßen Schaufelfüßen 462 verwendet werden, können diese Abstandhalter gleich oder unterschiedlich groß sein, so dass bei der ungleichmäßigen Beabstandung der Leitschaufeln größere Flexibilität möglich ist. Obwohl für die ungleichmäßige Leitschaufelbeabstandung unterschiedlich große Schaufelfüße 462 in beliebiger Anzahl verwendet werden können, umfasst die dargestellte Ausführungsform zur Erläuterung drei Schaufelfüße 462 unterschiedlicher Größe. Die gezeigten Schaufelfüße 462 umfassen einen kleinen Schaufelfuß (mit „S“ beschriftet), einen mittelgroßen Schaufelfuß (mit „M“ beschriftet) und einen großen Schaufelfuß (mit „L“ beschriftet). Die Größe der Schaufelfüße 462 kann in Umfangsrichtung variieren, wie das Maß 466 für den kleinen Schaufelfuß, das Maß 468 für den mittelgroßen Schaufelfuß und das Maß 470 für den großen Schaufelfuß zeigen. Diese Maße 466, 468 und 470 können sich beispielsweise stufenweise um einen Prozentsatz von circa 1 bis 1000 Prozent, 5 bis 500 Prozent oder 10 bis 100 Prozent erhöhen. Bei anderen Ausführungsformen kann der Stator 460 mehr oder weniger unterschiedlich große Schaufelfüße 462 umfassen, z.B. 2 bis 100, 2 bis 50, 2 bis 25 oder 2 bis 10. Die unterschiedlich großen Schaufelfüße 462 (z.B. S, M und L) können außerdem in verschiedenen sich wiederholenden Mustern oder in einer zufälligen Anordnung angeordnet sein.
• Wie oben erörtert, kann mithilfe der vorliegenden Ausführungsformen die Fluiddynamik in einer Rotationsmaschine, beispielsweise einem Verdichter oder einer Turbine, durch eine Anpassung der Beabstandung der sich drehenden Laufschaufeln oder feststehenden Leitschaufeln und/oder eine Anpassung der Anzahl der sich drehenden Laufschaufeln oder feststehenden Leitschaufeln optimiert werden. Durch diese Optimierung kann die Möglichkeit von Resonanzverhalten in Rotationsmaschinen reduziert oder eliminiert werden, z.B. resonantes Verhalten aufgrund von Heck- und Bugwellen. Durch die nicht erfindungsgemäßen Ausführungsformen aus den 2-14 wird eine ungleichmäßige Beabstandung sich drehender Laufschaufeln oder feststehender Leitschaufeln zur Verfügung gestellt, die außerdem einer oder keiner Änderung der Anzahlen der Lauf- oder Leitschaufeln entsprechen kann. Bei den erfindungsgemäßen Ausführungsformen aus den 15-21 wird insbesondere die Anzahl der Lauf- oder Leitschaufeln geändert, während gleichzeitig eine gleichmäßige Beabstandung der Lauf- oder Leitschaufeln beibehalten wird. Wie im Folgenden ausführlicher erörtert wird, wird die Frequenz von Heck- und Bugwellen bei bestimmten Drehzahlen durch Ändern der Anzahl von Lauf- oder Leitschaufeln an Rotoren und Statoren bei gleichzeitiger Beibehaltung einer gleichmäßigen Beabstandung geändert. Zum Beispiel lässt sich durch Ändern der Abstandhaltergröße die Anzahl der Laufschaufeln um eine geeignete Zahl - z.B. 1 bis 5, 1 bis 10 oder 1 bis 20 - erhöhen oder reduzieren. Durch diese Frequenzänderung könnte eine langanhaltende Resonanzreaktion in Strukturen entlang dem Strömungspfad (z.B. Rotoren, Statoren usw.) bei bestimmten Drehzahlen verhindert werden.
• Die 15, 16 und 17 zeigen die Verwendung dreier unterschiedlich großer Abstandhalter, um eine andere gleichmäßige Laufschaufelbeabstandung und eine andere Laufschaufelanzahl bereitzustellen, die selektiv dazu verwendet werden können, um die Frequenz der Heck- und Bugwellen in einer Rotationsmaschine wie einer Turbine oder einem Verdichter zu variieren. Obwohl die 15, 16 und 17 nur drei Größen von Abstandhaltern zeigen (d.h. groß, mittelgroß und klein), kann bei bestimmten Ausführungsformen eine beliebige Anzahl von Abstandhaltergrößen (z.B. 2 bis 100 verschiedene Größen) verwendet werden, um Beabstandung und Anzahl der Laufschaufeln abzuändern. 15 ist ein Ausschnitt aus einer Vorderansicht einer Ausführungsform eines Rotors 480 mit großen Abstandhaltern 482 zwischen den Schaufelfüßen 484, die die Schaufelblätter 486 von Laufschaufeln tragen. Bei der gezeigten Ausführungsform sind die großen Abstandhalter 482 gleich groß, so dass die einander benachbarten Schaufelfüße 484 um den Rotor 480 herum durch denselben Abstand 488 getrennt werden. Die großen Abstandhalter 482 trennen auch die Schaufelblätter 486 um den Rotor 480 herum durch jeweils denselben Abstand 490. Im Verhältnis zu den kleinen und mittelgroßen Abstandhaltern, die in 16 und 17 dargestellt sind, verringert sich durch die großen Abstandhalter 482 die Anzahl der Schaufelblätter 486 am Rotor 480, wodurch die Frequenz der Bug- und Heckwellen reduziert wird. Die großen Abstandhalter 482 können dazu verwendet werden, die Frequenz der Bug- und Heckwellen von einer Resonanzfrequenz weg zu verschieben, z.B. wenn die Verwendung der mittelgroßen oder kleinen Abstandhalter zu einer Frequenz führt, die zu nahe bei der Resonanzfrequenz liegt.
• 16 ist ein Abschnitt der Vorderansicht einer Ausführungsform eines Rotors 500 mit mittelgroßen Abstandhaltern 502 zwischen den Schaufelfüßen 504, die die Schaufelblätter 506 von Laufschaufeln tragen. Bei der gezeigten Ausführungsform sind die mittelgroßen Abstandhalter 502 gleich groß, so dass die einander benachbarten Schaufelfüße 504 um den Rotor 500 herum jeweils durch denselben Abstand 508 getrennt werden. Die mittelgroßen Abstandhalter 502 trennen auch die Schaufelblätter 506 um den Rotor 500 herum durch jeweils denselben Abstand 510. Im Verhältnis zu den großen Abstandhaltern, die in 15 gezeigt werden, vergrößert sich durch die mittelgroßen Abstandhalter 502 die Anzahl der Schaufelblätter 506 am Rotor 500, wodurch die Frequenz der Bug- und Heckwellen erhöht wird. Im Verhältnis zu den kleinen Abstandhaltern, die in 17 gezeigt werden, verringert sich durch die mittelgroßen Abstandhalter 502 die Anzahl der Schaufelblätter 506 am Rotor 500, wodurch die Frequenz der Bug- und Heckwellen reduziert wird. Die mittelgroßen Abstandhalter 502 können dazu verwendet werden, die Frequenz der Bug- und Heckwellen von der Resonanzfrequenz weg zu verschieben, z.B. wenn die Verwendung der großen oder kleinen Abstandhalter zu einer Frequenz führt, die zu nahe bei der Resonanzfrequenz liegt.
• 17 ist ein Ausschnitt aus einer Vorderansicht einer Ausführungsform eines Rotors 520 mit kleinen Abstandhaltern 522 zwischen den Schaufelfü-ßen 524, die die Schaufelblätter 526 von Laufschaufeln tragen. Bei der gezeigten Ausführungsform sind die kleinen Abstandhalter 522 gleich groß, so dass die einander benachbarten Schaufelfüße 524 um den Rotor 520 herum jeweils durch denselben Abstand 528 getrennt werden. Die kleinen Abstandhalter 522 trennen auch die Schaufelblätter 526 um den Rotor 520 herum durch jeweils denselben Abstand 530. Im Verhältnis zu den großen und mittelgroßen Abstandhaltern, die in 15 und 16 gezeigt werden, vergrößert sich durch die kleinen Abstandhalter 522 die Anzahl der Schaufelblätter 526 am Rotor 520, wodurch die Frequenz der Bug- und Heckwellen erhöht wird. Die kleinen Abstandhalter 522 können dazu verwendet werden, die Frequenz der Bug- und Heckwellen von der Resonanzfrequenz weg zu verschieben, z.B. wenn die Verwendung der großen und mittelgroßen Abstandhalter zu einer Frequenz führt, die zu nahe bei der Resonanzfrequenz liegt.
• 18 ist ein Diagramm 531, das eine Fluid-Oszillationsfrequenz oder -Vibrationsfrequenz im Verhältnis zur Drehzahl einer Rotationsmaschine zeigt, beispielsweise einer Turbine oder eines Verdichters. Wie in 18 gezeigt, stellt die x-Achse 532 die Drehzahl der Rotationsmaschine dar, während die y-Achse 534 die Fluid-Oszillationsfrequenz oder Vibrationsfrequenz einer Struktur im Fluidstrom darstellt. Die gestrichelte vertikale Linie 536 stellt eine normale Drehzahl der Rotationsmaschine dar, z.B. eine Auslegungsdrehzahl einer Turbine. Die Kurve 538 stellt eine Resonanzfrequenz einer Struktur im Fluidstrom dar. Die Kurve 538 kann beispielsweise einer Resonanzfrequenz der Vibration einer feststehenden Struktur (z.B. einer Leitschaufel) stromauf oder stromab einer sich drehenden Laufschaufel entsprechen, die Heck- und Bugwellen erzeugt. Die Linien 540, 542 und 544 stellen die Oszillationsfrequenz des Fluidstroms dar (z.B. Heck- oder Bugwellen), die durch die Drehung der Laufschaufeln erzeugt wird, wobei jede der Linien 540, 542 und 544 für eine andere Anzahl gleichmäßig beabstandeter Laufschaufeln steht. Dabei stellt die Linie 540 eine große Anzahl von Laufschaufeln dar, ermöglicht durch eine Mehrzahl kleiner Abstandhalter (am „S“ zu erkennen), die Linie 542 stellt eine mittelgroße Anzahl von Laufschaufeln dar, ermöglicht durch eine Mehrzahl mittelgro-ßer Abstandhalter (am „M“ zu erkennen), und die Linie 544 stellt eine kleine Anzahl von Laufschaufeln dar, ermöglicht durch eine Mehrzahl großer Abstandhalter (am „L“ zu erkennen). Demzufolge kann die Linie 540 der Ausführungsform aus 17 entsprechen, die Linie 542 kann der Ausführungsform aus 16 entsprechen, und die Linie 544 kann der Ausführungsform aus 15 entsprechen.
• Wie in 18 gezeigt, verursacht eine höhere Anzahl an Laufschaufeln, die einer reduzierten Abstandhaltergröße entspricht, eine erhöhte Frequenz der durch die Laufschaufeln erzeugten Oszillationen (z.B. Heck- oder Bugwellen), während eine geringere Anzahl an Laufschaufeln, die einer größeren Abstandhaltergröße entspricht, eine reduzierte Frequenz der durch die Laufschaufeln verursachten Oszillationen (z.B. Heck- oder Bugwellen) verursacht. Bei den offenbarten Ausführungsformen wird daher die Abstandhaltergröße angepasst, um die Anzahl der Laufschaufeln und damit die Oszillationsfrequenz zu ändern und so die Resonanzfrequenz bei einer bestimmten Drehzahl zu vermeiden. Die Schnittpunkte der Linien 540, 542 und 544 mit der Linie 538 stellen die Resonanzpunkte 546, 548 und 550 für die verschiedenen Anzahlen von Laufschaufeln dar. Zum Beispiel stellt der Resonanzpunkt 546 eine erste Resonanzfrequenz 552 bei einer ersten Drehzahl 554 dar, wobei die Frequenz der Oszillationen (z.B. Heck- oder Bugwellen), die durch die Drehung der Schaufelblätter 526 der Laufschaufeln aus 17 (d.h. kleine Abstandhalter; große Anzahl von Laufschaufeln) verursacht wird, sich mit der Resonanzfrequenz der Struktur (z.B. Leitschaufel) stromauf oder stromab der Schaufelblätter 526 schneidet. Ein weiteres Beispiel: Der Resonanzpunkt 548 stellt eine zweite Resonanzfrequenz 556 bei einer zweiten Drehzahl 558 dar, wobei die Frequenz der Oszillationen (z.B. Heck- oder Bugwellen), die durch die Drehung der Schaufelblätter 506 der Laufschaufeln aus 16 (d.h. mittelgroße Abstandhalter; mittelgroße Anzahl von Laufschaufeln) verursacht werden, sich mit der Resonanzfrequenz der Struktur (z.B. Leitschaufel) stromauf oder stromab der Schaufelblätter 506 schneidet. Ein weiteres Beispiel: Der Resonanzpunkt 550 stellt eine dritte Resonanzfrequenz 560 bei einer dritten Drehzahl 562 dar, wobei die Frequenz der Oszillationen (z.B. Heck- oder Bugwellen), die durch die Drehung der Schaufelblätter 486 der Laufschaufeln aus 15 (d.h. große Abstandhalter; kleine Anzahl von Laufschaufeln) verursacht werden, sich mit der Resonanzfrequenz der Struktur (z.B. Leitschaufel) stromauf oder stromab der Schaufelblätter 486 schneidet.
• Bei der dargestellten Ausführungsform ist die zweite Drehzahl 558 im Allgemeinen die Auslegungsdrehzahl 536 der Rotationsmaschine, und die Linie 542, die einer mittelgroßen Anzahl von Laufschaufeln entspricht (z.B. 16), würde daher wahrscheinlich zu resonantem Verhalten der Struktur (z.B. Leitschaufel) stromauf oder stromab der sich drehenden Laufschaufelnführen. Demzufolge kann bei den offenbarten Ausführungsformen entweder eine größere oder eine kleinere Anzahl von Laufschaufeln verwendet werden, um dieses resonante Verhalten bei der Auslegungsdrehzahl 536 der Rotationsmaschine zu vermeiden. Bei den offenbarten Ausführungsformen kann beispielsweise die größere Anzahl von Laufschaufeln, ermöglicht durch kleinere Abstandhalter, wie in 17 gezeigt, oder die kleinere Anzahl von Laufschaufeln, ermöglicht durch die größeren Abstandhalter, wie in 15 gezeigt, verwendet werden. Bei der Auslegungsdrehzahl 536, würde die größere Anzahl von Laufschaufeln, ermöglicht durch kleinere Abstandhalter, wie in 17 gezeigt, zu einer Frequenz 564 der Oszillationen (z.B. Heck- oder Bugwellen) führen, die wesentlich größer als die Resonanzfrequenz 556 ist, und so im Wesentlichen jegliches resonante Verhalten in der Struktur (z.B. Leitschaufel) stromauf oder stromab der Laufschaufeln verhindern. In ähnlicher Weise würde bei der Auslegungsdrehzahl 536, die geringere Anzahl von Laufschaufeln, ermöglicht durch größere Abstandhalter, wie in 15 gezeigt, zu einer Frequenz 566 der Oszillationen (z.B. Heck- oder Bugwellen) führen, die wesentlich kleiner als die Resonanzfrequenz 556 ist, und so im Wesentlichen jegliches resonante Verhalten in der Struktur (z.B. Leitschaufel) stromauf oder stromab der Laufschaufeln verhindern. Obwohl in 15-18 nur drei Größen von Abstandhaltern dargestellt sind (d.h. groß 482, mittelgroß 502 und klein 522), kann eine beliebige Anzahl unterschiedlich großer Abstandhalter verwendet werden, um die Anzahl der Laufschaufeln bei gleichmäßiger Laufschaufelbeabstandung anzupassen und so jegliches resonante Verhalten in der Rotationsmaschine zu verhindern.
• Ähnlich der Änderung der Beabstandung sich drehender Laufschaufeln, die zuvor mit Bezug auf 15-18 erörtert wurde, umfassen die offenbarten Ausführungsformen auch die Änderung der Beabstandung feststehender Leitschaufeln, die im Folgenden mit Bezug auf 19, 20 und 21 erörtert wird. 19, 20 und 21 zeigen die Verwendung von drei unterschiedlich großen Abstandhaltern, um eine andere gleichmäßige Leitschaufelbeabstandung und eine andere Anzahl von Leitschaufeln bereitzustellen, die auf selektive Weise dazu verwendet werden können, die Frequenz der Heck- und Bugwellen in einer Rotationsmaschine - beispielsweise einer Turbine oder einem Verdichter - abzuwandeln. Obwohl 19, 20 und 21 nur drei Größen von Abstandhaltern zeigen (d.h. groß, mittelgroß und klein), kann bei bestimmten Ausführungsformen eine beliebige Anzahl von Abstandhaltergrößen (z.B. 2 bis 100 verschiedene Größen) verwendet werden, um Beabstandung und Anzahl der Laufschaufeln zu ändern. Bei jeder Ausführungsform können die Abstandhalter so gewählt werden, dass die Anzahl der Leitschaufeln sich ändert, um so die Frequenz der Oszillationen (z.B. Heck- oder Bugwellen) zu steuern und sicherzustellen, dass die Frequenz der Oszillationen nicht mit einer Resonanzfrequenz zusammenfällt.
• 19 ist ein Ausschnitt aus einer Vorderansicht einer Ausführungsform eines Stators 570 mit großen Abstandhaltern 572 zwischen den Schaufelfüßen 574, die die Schaufelblätter 576 von Leitschaufeln tragen. Bei der gezeigten Ausführungsform sind die großen Abstandhalter 572 gleich groß, so dass die einander benachbarten Schaufelfüße 574 um den Stator 570 herum durch denselben Abstand 578 getrennt werden. Die großen Abstandhalter 572 trennen auch die Schaufelblätter 576 um den Stator 570 herum durch jeweils denselben Abstand 580. Im Verhältnis zu den kleinen und mittelgroßen Abstandhaltern, die in 20 und 21 gezeigt werden, verringert sich durch die großen Abstandhalter 572 die Anzahl der Schaufelblätter 576 am Stator 570, wodurch die Frequenz der Bug- und Heckwellen reduziert wird. Die großen Abstandhalter 572 können dazu verwendet werden, die Frequenz der Bug- und Heckwellen von einer Resonanzfrequenz weg zu verschieben, z.B. wenn die Verwendung der mittelgroßen oder kleinen Abstandhalter zu einer Frequenz führt, die zu nahe bei der Resonanzfrequenz liegt.
• 20 ist ein Ausschnitt aus einer Vorderansicht einer Ausführungsform eines Stators 590 mit mittelgroßen Abstandhaltern 592 zwischen den Schaufelfü-ßen 594, die die Schaufelblätter 596 von Leitschaufeln tragen. Bei der gezeigten Ausführungsform sind die mittelgroßen Abstandhalter 592 gleich groß, so dass die einander benachbarten Schaufelfüße 594 um den Stator 590 herum durch denselben Abstand 598 getrennt werden. Die mittelgroßen Abstandhalter 592 trennen auch die Schaufelblätter 596 um den Stator 590 herum durch jeweils denselben Abstand 600. Im Verhältnis zu den großen Abstandhaltern, die in 19 gezeigt werden, vergrößert sich durch die mittelgroßen Abstandhalter 592 die Anzahl der Schaufelblätter 596 am Stator 590, wodurch die Frequenz der Bug- und Heckwellen erhöht wird. Im Verhältnis zu den kleinen Abstandhaltern, die in 21 gezeigt werden, verringert sich durch die mittelgroßen Abstandhalter 592 die Anzahl der Schaufelblätter 596 am Stator 590, wodurch die Frequenz der Bug- und Heckwellen reduziert wird. Die mittelgroßen Abstandhalter 592 können dazu verwendet werden, die Frequenz der Bug- und Heckwellen von der Resonanzfrequenz weg zu verschieben, z.B. wenn die Verwendung der großen oder kleinen Abstandhalter zu einer Frequenz führt, die zu nahe bei der Resonanzfrequenz liegt.
• 21 ist ein Ausschnitt aus einer Vorderansicht einer Ausführungsform eines Stators 610 mit kleinen Abstandhaltern 612 zwischen den Schaufelfü-ßen 614, die die Schaufelblätter 616 von Leitschaufeln tragen. Bei der gezeigten Ausführungsform sind die kleinen Abstandhalter 612 gleich groß, so dass die einander benachbarten Schaufelfüße 614 um den Stator 610 herum jeweils durch denselben Abstand 618 getrennt werden. Die kleinen Abstandhalter 612 trennen auch die Schaufelblätter 616 um den Stator 610 herum durch jeweils denselben Abstand 620. Im Verhältnis zu den großen und mittelgroßen Abstandhaltern, die in 19 und 20 gezeigt werden, vergrößert sich durch die kleinen Abstandhalter 612 die Anzahl der Schaufelblätter 616 am Stator 610, wodurch die Frequenz der Bug- und Heckwellen erhöht wird. Die kleinen Abstandhalter 612 können dazu verwendet werden, die Frequenz der Bug- und Heckwellen von der Resonanzfrequenz weg zu verschieben, z.B. wenn die Verwendung der großen und mittelgroßen Abstandhalter zu einer Frequenz führt, die zu nahe bei der Resonanzfrequenz liegt.
• Die zuvor erörterten Ausführungsformen sollen dazu dienen, die Frequenz von durch sich drehende Laufschaufeln oder feststehende Leitschaufeln erzeugten Heck- und Bugwellen so zu ändern, dass die Frequenz sich nicht mit einer Resonanzfrequenz verschiedener Strukturen im Fluidstrom überschneidet. Die ungleichmäßige Beabstandung oder geänderte Anzahl der sich drehenden Laufschaufeln oder feststehenden Leitschaufeln können auf eine einzige Stufe einer Rotationsmaschine (z.B. einer Turbine oder eines Verdichters) oder auf mehrere Stufen in gleicher oder unterschiedlicher Konfiguration angewendet werden. Gemäß der Erfindung werden innerhalb einer Stufe Abstandshalter mit gleicher Größe verwendet, wie in den FIguren 15-20 dargestellt, wobei sich die Größen der Abstandhalter zwischen wenigstens zwei verschiedenen Stufen unterscheiden. So kann bei jeder Stufe in einem Verdichter oder einer Turbine die die Anzahl von Lauf- oder Leitschaufeln geändert werden, um der unterschiedlichen Fluiddynamik in den verschiedenen Stufen Rechnung zu tragen. Mit anderen Worten, können die Stufen ein unterschiedliches Resonanzverhalten, unterschiedliche Frequenzen von Heck- und Bugwellen sowie unterschiedliche sonstige Eigenschaften aufweisen. Bei den offenbarten Ausführungsformen kann daher die geänderte Anzahl von Lauf- und Leitschaufeln angewendet werden, um der unterschiedlichen Fluiddynamik in den verschiedenen Stufen Rechnung zu tragen.
• Zu den technischen Wirkungen der offenbarten Ausführungsformen gehört die Fähigkeit, Fluidoszillationen (z.B. Heck- oder Bugwellen) zu dämpfen und/oder resonantes Verhalten zu reduzieren, das durch die Fluidoszillationen in einer Rotationsmaschine verursacht wird. Durch die offenbarten Ausführungsformen werden insbesondere die Beabstandung und/oder Anzahl von Lauf- oder Leitschaufeln angepasst, um die Frequenz der durch die sich drehenden Laufschaufeln, feststehenden Leitschaufeln oder anderen Strukturen im Fluidstrom gebildeten Heck- und Bugwellen zu steuern. Eine ungleichmäßige Beabstandung der Lauf- oder Leitschaufeln kann beispielsweise durch unterschiedlich große Abstandhalter zwischen nebeneinander angeordneten Lauf- oder Leitschaufeln, unterschiedlich große Schaufelfüße der Lauf- oder Leitschaufeln oder eine Kombination aus diesen erreicht werden. Ein weiteres Beispiel: Eine geänderte Anzahl der Lauf- oder Leitschaufeln kann beispielsweise durch unterschiedliche Gruppen von Abstandhaltern erreicht werden, von denen jede so gestaltet ist, dass sie eine andere gleichmäßige Beabstandung der Lauf- oder Leitschaufeln bewirkt. Durch die geänderte Anzahl von Lauf- oder Leitschaufeln kann die Möglichkeit resonanten Verhaltens in der Rotationsmaschine reduziert werden, und damit die Möglichkeit kostspieliger Verschleißerscheinungen und Beschädigungen an Leitschaufeln, Laufschaufeln und anderen Strukturen im Fluidströmungspfad.
• In dieser schriftlichen Beschreibung werden Beispiele zur Offenbarung der Erfindung verwendet - darunter die bevorzugte (beste) Ausführungsform (best mode) - die auch dazu dienen sollen, alle Fachleute in die Lage zu versetzen, die Erfindung anzuwenden, eingeschlossen die Herstellung und Verwendung jeder Vorrichtung oder jedes Systems sowie die Durchführung jedes enthaltenen Verfahrens. Der patentierbare Schutzbereich der Erfindung ist durch die Patentansprüche definiert und kann andere Beispiele einschließen, wie sie Fachleuten einfallen könnten. Derartige andere Beispiele sollen in dem Schutzbereich der Ansprüche eingeschlossen sein, wenn diese Beispiele strukturelle Elemente aufweisen, die nicht von der wörtlichen Bedeutung der Ansprüche abweichen, oder wenn sie gleichwertige strukturelle Elemente mit unwesentlichen Unterschieden zur wörtlichen Bedeutung der Ansprüche aufweisen.
• Es handelt sich um ein System mit einer Rotationsmaschine 150 mit einem Fluidströmungspfad, der sich entlang einer Achse der Rotationsmaschine 150 erstreckt, einer Mehrzahl von Schaufelblättern 486, die um die Achse herum angeordnet sind, und einer Mehrzahl von Abstandshaltern 482, die um die Achse herum angeordnet sind. Jeder der Abstandhalter 482 ist in Umfangsrichtung zwischen einander benachbarten Schaufelblättern 486 aus der Mehrzahl von Schaufelblättern 486 angeordnet, wodurch eine Beabstandung der Schaufelblätter 486 um die Achse herum festgelegt wird.
• BEZUGSZEICHENLISTE

150

Rotationsmaschine

152

Verdichter

154

Turbine

156

Lufteinlassabschnitt

158

Brennkammern

160

Abgastrakt

162

Verdichterstufen

164

Sich drehende Verdichterlaufschaufeln

166

Feststehende Verdichterleitschaufeln

168

Kraftstoffdüsen

170

Übergangsstück

172

Turbinenstufen

174

Stufe

176

Stufe

178

Stufe

180

Turbinenlaufschaufeln

182

Turbinenleitschaufeln

184

Jeweilige Turbinenlaufräder

186

Sich drehende Welle

200

Rotor

202

Abschnitt

204

Abschnitt

206

Zwischenlinie

208

Laufschaufeln

210

Erste Beabstandung in Umfangsrichtung

212

Zweite Beabstandung in Umfangsrichtung

220

Rotor

222

Abschnitt

224

Abschnitt

226

Abschnitt

228

Abschnitt

230

Zwischenlinien

232

Zwischenlinie

234

Laufschaufeln

236

Abstand in Umfangsrichtung

238

Abstand in Umfangsrichtung

240

Abstand in Umfangsrichtung

242

Abstand in Umfangsrichtung

250

Rotor

252

Abschnitt

254

Abschnitt

256

Abschnitt

258

Zwischenlinien

260

Zwischenlinien

262

Zwischenlinien

264

Laufschaufeln

266

Abstand in Umfangsrichtung

268

Abstand in Umfangsrichtung

270

Abstand in Umfangsrichtung

280

Rotor

282

Rotor

284

Rotor

286

Laufschaufeln

288

Oberer Abschnitt

290

Oberer Abschnitt

292

Oberer Abschnitt

294

Unterer Abschnitt

296

Unterer Abschnitt

298

Unterer Abschnitt

310

Rotor

312

Unterschiedlich große Abstandhalter

314

Schaufelfüße

316

Laufschaufeln

318

Maß

320

Maß

322

Maß

323

Rotor

324

Unterschiedlich große Abstandhalter

326

Schaufelfüße

328

Laufschaufeln

330

Schräg verlaufende Anschlussstelle

332

Winkel

334

Linie

340

Rotor

342

Unterschiedlich große Abstandhalter

344

Schaufelfüße

346

Laufschaufeln

350

Nicht gerade verlaufende Anschlussstelle

352

Erster gekrümmter Abschnitt

354

Zweiter gekrümmter Abschnitt

360

Laufschaufel

361

T-förmige Geometrie

362

Fußabschnitt

364

Laufschaufelabschnitt

366

Erster Flansch

368

Zweiter Flansch

370

Hals

372

Gegenüberliegender Schlitz

374

Gegenüberliegender Schlitz

384

Rotor

386

Unterschiedlich große Schaufelfüße

388

Laufschaufeln

390

Maß

392

Maß

394

Maß

400

Rotor

402

Schaufelfüße

404

Laufschaufeln

406

Schräg verlaufende Anschlussstelle

408

Winkel

409

Linie

410

Rotor

412

Unterschiedlich große Schaufelfüße

416

Nicht gerade verlaufende Anschlussstelle

418

Erster gekrümmter Abschnitt

420

Zweiter gekrümmter Abschnitt

440

Stator

442

Unterschiedlich große Abstandhalter

444

Schaufelfüße

446

Leitschaufeln

448

Maß

450

Maß

452

Maß

460

Stator

462

Unterschiedlich große Schaufelfüße

464

Leitschaufeln

466

Maß

468

Maß

470

Maß

480

Rotor

482

Große Abstandhalter

484

Laufschaufelfüße

486

Schaufelblätter

488

Gleicher Abstand

490

Gleicher Abstand

500

Rotor

502

Mittelgroße Abstandhalter

504

Laufschaufelfüße

506

Schaufelblätter

508

Gleicher Abstand

510

Gleicher Abstand

520

Rotor

522

Kleine Abstandhalter

524

Laufschaufelfüße

526

Schaufelblätter

528

Abstand

530

Abstand

531

Diagramm

532

x-Achse

534

y-Achse

536

Auslegungsdrehzahl

538

Kurve

540

Linien

542

Linien

544

Linien

546

Resonanzpunkt

548

Resonanzpunkt

550

Resonanzpunkt

552

Erste Resonanzfrequenz

554

Erste Drehzahl

556

Zweite Resonanzfrequenz

558

Zweite Drehzahl

560

Dritte Resonanzfrequenz

562

Dritte Drehzahl

564

Frequenz

566

Frequenz

570

Stator

572

Große Abstandhalter

574

Schaufelfüße

576

Schaufelblätter

578

Abstand

580

Abstand

590

Stator

592

Mittelgroße Abstandhalter

594

Schaufelfüße

596

Schaufelblätter

598

Abstand

600

Abstand

610

Stator

612

Kleine Abstandhalter

614

Schaufelfüße

616

Schaufelblätter

618

Abstand

620

Abstand

Claims (6)

1. System, das umfasst: eine Rotationsmaschine (150), die umfasst: einen Fluidströmungspfad, der sich entlang einer Achse der Rotationsmaschine (150) erstreckt; und mehrere Stufen, wobei jede Stufe aufweist: mehrere Schaufelblätter (486, 506, 526, 576, 596, 616), die um die Achse herum angeordnet sind, und mehrere Abstandhalter (482, 502, 522, 572, 592, 612), die um die Achse herum angeordnet sind, wobei jeder Abstandhalter (482, 502, 522, 572, 592, 612) in Umfangsrichtung zwischen einander benachbarten Schaufelblättern (486, 506, 526, 576, 596, 616) angeordnet ist, wodurch eine Beabstandung der Schaufelblätter (486, 506, 526, 576, 596, 616) in Umfangsrichtung um die Achse festgelegt ist, wobei die Rotationsmaschine (150) wenigstens zwei verschiedene Stufen mit jeweils in Umfangsrichtung gleich großen Abstandhaltern (482, 502, 522, 572, 592, 612) innerhalb einer Stufe aufweist, wobei sich die Größen der Abstandhalter (482, 502, 522, 572, 592, 612) zwischen den wenigstens zwei verschiedenen Stufen unterscheiden, so dass eine andere gleichmäßige Beabstandung der Schaufelblätter (486, 506, 526, 576, 596, 616) in Umfangsrichtung um die Achse und eine andere Anzahl der Schaufelblätter (486, 506, 526, 576, 596, 616) in jeder der wenigstens zwei verschiedenen Stufen festgelegt sind, um die Frequenz von Heck- und Bugwellen auf unterschiedliche Weise in jeder der wenigstens zwei verschiedenen Stufen zu variieren.
2. System nach Anspruch 1, wobei die Beabstandung der Schaufelblätter (486, 506, 526, 576, 596, 616) in Umfangsrichtung dafür eingerichtet ist, das Resonanzverhalten der Rotationsmaschine (150) zu reduzieren.
3. System nach Anspruch 1, wobei die Rotationsmaschine (150) eine Turbine (154) umfasst.
4. System nach Anspruch 1, wobei die Rotationsmaschine (150) einen Verdichter (152) umfasst.
5. System nach Anspruch 1, wobei die Rotationsmaschine (150) einen Stator (570, 590, 610) und einen Rotor (480, 500, 520) umfasst, die Schaufelblätter (486, 506, 526) mit dem Rotor (480, 500, 520) verbunden sind und die Abstandhalter (482, 502, 522) mit dem Rotor (480, 500, 520) verbunden sind.
6. System nach Anspruch 1, wobei die Rotationsmaschine (150) einen Stator (570, 590, 610) und einen Rotor (480, 500, 520) umfasst, die Schaufelblätter (576, 596, 616) mit dem Stator (570, 590, 610) verbunden sind und die Abstandhalter (572, 592, 612) mit dem Stator (570, 590, 610) verbunden sind.

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