DE102017114153A1 - Electromagnetic vibration exciter for vibrational excitation of the blades of a blade ring - Google Patents
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Abstract
Die vorliegende Erfindung betrifft einen elektromagnetischen Schwingungsanreger (1) zur Schwingungsanregung der Schaufeln (21) eines Schaufelkranzes (2) mit wenigstens einem Eisenkern (10, 13, 14), welcher zumindest abschnittsweise, vorzugsweise durchgehend, in der Umfangsrichtung (U) über einen Umfangswinkel (ϑ) ringförmig ausgebildet ist, wobei der Eisenkern (10, 13, 14) ferner ausgebildet ist, in Umfangsrichtung (U) senkrecht zu den Schaufeln (21) angeordnet zu werden, so dass wenigstens eine Oberseite (13a, 14a) des Eisenkreises (10, 13, 14) zumindest abschnittsweise, vorzugsweise durchgehend, einen Abstand (d(ϑ)) in der Höhe (Z) zu den Schaufeln (21) aufweist, und mit wenigstens einer Feldspule (15), welche ausgebildet ist, elektrisch versorgt zu werden und ein elektromagnetisches Feld zu erzeugen, welches zumindest abschnittsweise durch den Eisenkern (10, 13, 14) hindurch, durch die Schaufeln (21) hindurch und über den Abstand (d(ϑ)) verläuft, wobei der Abstand (d(ϑ)) über den Umfangswinkel (ϑ) wenigstens eine Veränderung in der Höhe (Z) aufweist.The present invention relates to an electromagnetic vibration exciter (1) for vibrational excitation of the blades (21) of a blade ring (2) having at least one iron core (10, 13, 14), which at least partially, preferably continuously, in the circumferential direction (U) over a circumferential angle (θ) is annular, wherein the iron core (10, 13, 14) is further arranged to be arranged in the circumferential direction (U) perpendicular to the blades (21), so that at least one top side (13a, 14a) of the iron ( 10, 13, 14) at least in sections, preferably continuously, a distance (d (θ)) in the height (Z) to the blades (21), and with at least one field coil (15) which is formed, electrically supplied to and to generate an electromagnetic field which extends at least in sections through the iron core (10, 13, 14), through the blades (21) and over the distance (d (θ)), the distance (d (θ) ü Has at least one change in the height (Z) over the circumferential angle (θ).
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft einen elektromagnetischen Schwingungsanreger zur Schwingungsanregung der Schaufeln eines Schaufelkranzes gemäß des Patentanspruchs 1.The present invention relates to an electromagnetic vibration exciter for vibrational excitation of the blades of a blade ring according to
Bei Aggregaten wie beispielsweise Gasturbinen, Dampfturbinen oder Flugtriebwerken werden Schaufeln eingesetzt, um eine Kraftübertragung zwischen einer rotierenden bzw. rotierbaren Welle des Aggregats und einem Arbeitsmedium zu bewirken. Diese Schaufeln des Aggregats können zusammen auch als Schaufelkranz oder als Beschaufelung bezeichnet werden. Je nach o.g. Anwendungsfall kann man z.B. von Turbinen-, Stator- oder Verdichterlaufschaufeln sprechen.In units such as gas turbines, steam turbines or aircraft engines blades are used to effect a power transmission between a rotating or rotatable shaft of the unit and a working medium. These blades of the aggregate can also be referred to together as a blade ring or blading. Depending on the o.g. Use case can be e.g. speak of turbine, stator or compressor blades.
Im Betrieb können die einzelnen Schaufeln der Beschaufelung zu Schwingungen angeregt werden. Die Anregung kann durch Inhomogenitäten in der Anströmung mit dem Arbeitsmedium wie z.B. der Luft erfolgen. Die entstehenden Schwingungen können sich negativ auf die Lebensdauer der Schaufeln auswirken, da durch lange Belastungsdauern Risse entstehen können, welche letztendlich zu einem Ermüdungsbruch der einzelnen Schaufeln führen können. Ebenso kann durch eine kurzzeitige Überlastung mit sehr hohen Schwingamplituden ein Gewaltbruch einer einzelnen Schaufel auftreten. Beide Arten von Brüchen wenigstens einer einzelnen Schaufel können in der Regel zum Versagen des gesamten Aggregats führen.In operation, the individual blades of the blading can be excited to vibrate. The excitation may be due to inhomogeneities in the flow with the working medium such. the air done. The resulting vibrations can have a negative effect on the service life of the blades, since long load periods can cause cracks, which can ultimately lead to a fatigue failure of the individual blades. Likewise, by a short-term overload with very high oscillation amplitudes a violent fracture of a single blade occur. Both types of fractures of at least one single blade can typically result in the failure of the entire aggregate.
Um derartige Brüche zu vermeiden, können die Schaufeln einer Beschaufelung entsprechend robust ausgelegt werden, so dass sie den o.g. Schwingungen dauerhaft und auch bei kurzzeitigen starken Belastungen standhalten können. Hierzu ist es für die Auslegung der Schaufeln der Beschaufelung erforderlich, das Schwingverhalten der Schaufeln unter Strömungsanregung möglichst genau zu kennen.In order to avoid such fractures, the blades of a blading can be designed to be correspondingly robust, so that they meet the o.g. Be able to withstand vibrations permanently and even under short-term heavy loads. For this purpose, it is necessary for the design of the blades of the blading to know the vibration behavior of the blades under flow excitation as accurately as possible.
Zur Auslegung des Schwingverhaltens von z.B. Turbinenbeschaufelungen werden neben numerischen Simulationen auch experimentelle Versuche durchgeführt. Diese dienen maßgeblich zur Validierung der entwickelten Berechnungsprogramme. Mit anderen Worten wird das Ergebnis der numerischen Simulation unter bestimmten Randbedingungen mit den Messergebnissen eines experimentellen Versuches unter denselben Randbedingungen verglichen und das numerische Simulationsprogramm entsprechend angepasst, damit die Simulationsergebnisse möglichst gut den Messergebnissen entsprechen. Dann kann davon ausgegangen werden, dass mittels des numerischen Simulationsprogramms die realen Bedingungen der Anwendung ausreichend genau nachgebildet werden können, so dass mittels des numerischen Simulationsprogramms eine Auslegung einer Beschaufelung erfolgen kann, welche den realen Bedingungen standhalten kann.For designing the vibrational behavior of e.g. Turbine blading is carried out in addition to numerical simulations and experimental experiments. These are used primarily for the validation of the developed calculation programs. In other words, under certain boundary conditions, the result of the numerical simulation is compared with the measurement results of an experimental experiment under the same boundary conditions and the numerical simulation program is adjusted accordingly so that the simulation results correspond as well as possible to the measurement results. It can then be assumed that the real conditions of the application can be simulated with sufficient accuracy by means of the numerical simulation program, so that by means of the numerical simulation program it is possible to design a blading which can withstand the real conditions.
Die Beschaufelung wird hierzu üblicherweise im experimentellen Versuch durch eine Kraftanregung in einen möglichst definierten Schwingungszustand versetzt. Der Vergleich mit den Ergebnissen eines numerischen Simulationsprogramms lässt sich so leicht vollziehen, indem eine Simulation mit derselben Kraftanregung durchgeführt wird.For this purpose, the blading is usually displaced in the experimental attempt by a force excitation in a possible defined vibration state. The comparison with the results of a numerical simulation program can be done so easily by performing a simulation with the same force excitation.
Als experimenteller Versuch ist ein experimenteller Versuch unter realer Anströmung in einem Schleuderbunker oder an einem realen Aggregat hierfür ungünstig, da ein derartiger experimenteller Versuch mit einem hohen Kostenaufwand verbunden und mit hohen Unsicherheiten behaftet sein kann sowie kritische Betriebszustände oftmals nicht betrachtet werden können.As an experimental experiment, an experimental experiment under real flow in a centrifugal bunker or on a real aggregate is unfavorable for this, since such an experimental experiment can be associated with high costs and high uncertainties and critical operating conditions can often not be considered.
Daher zielen Konzepte zur Anregung von rotierenden Beschaufelungen mittels experimenteller Versuche allgemein darauf ab, ein Anregungskraftprofil zu erzeugen, welches nur bestimmte Anregungsfrequenzen
Eine weit verbreitete Variante zur Anregung einer rotierbaren Beschaufelung besteht darin, gehäusefeste Permanentmagnete unterhalb der Schaufeln der Beschaufelung zu montieren, die jede Schaufel anziehen, wenn diese den Permanentmagneten passiert. Dabei können ein oder mehrere Permanentmagnete über den Umfang angeordnet sein. Die rotierende Beschaufelung wird dann im Betrieb durch Kraftpulse angeregt, die durch die Permanentmagnete erzeugt werden, wenn eine Schaufel der Beschaufelung einen Permanentmagneten passiert. Dabei wirken auf jede Schaufel pro Umdrehung so viele Kraftpulse wie einzelne Permanentmagnete angeordnet sind. Die grundharmonische Anregungsfrequenz
Um das Problem zu verdeutlichen, soll beispielhaft ein Schaufelkranz betrachtet werden, welcher mit einem Kraftverlauf der Anregungsfrequenz
Neben dem nicht-störenden konstanten Term EO0 = 0 ist deutlich die gewünschte Anregungsfrequenz EO1 = 4 enthalten. Nur unwesentlich schwächer ausgeprägt ist jedoch die erste Oberwelle EO2 = 8, welche einen Störterm bildet. Alle höheren Oberwellen EO3 etc. nehmen nur langsam in ihrer Amplitude ab. Diese Form der Anregung hat somit den Nachteil, dass die Oberwellen
Ebenfalls ist in der
Die Anregung des rotierenden Schaufelkranzes kann anstatt mit Permanentmagneten auch durch Elektromagnete erfolgen. Für nichtmagnetische Schaufelmaterialien kann die Anregung im rotierenden System ebenfalls mit Magneten erfolgen. Die erläuterte grundsätzliche Problematik der stoßartigen Anregung und der dadurch entstehenden unerwünschten Anregungsfrequenzen
In Verbindung mit der Verwendung von Elektromagneten kann die stoßartige Anregung vollständig vermieden werden, indem ein nicht-rotierender Schaufelkranz verwendet wird. Bei dieser Variante steht eine Schaufel immer über demselben Elektromagneten. Die Verwendung eines nicht-rotierenden Prüfstands hat allerdings den Nachteil, dass dynamische Effekte wie „spin softening“ und „stress stiffening“ nicht bzw. nur unter größtem Aufwand erzeugt werden können. Ebenso können Dämpfungsstrukturen wie Unterplattformdämpfer und Shroudkopplung durch die fehlende Zentripetalbeschleunigung nicht realitätsnah verwendet werden. Daher sind insbesondere zur Auslegung von Schaufelkränzen mit dämpfenden Strukturen die zuvor beschriebenen Versuchsstände mit rotierenden Schaufeln als Versuchsträgern zu bevorzugen.In conjunction with the use of electromagnets, the jerk-like excitation can be completely avoided by using a non-rotating blade ring. In this variant, a bucket is always above the same electromagnet. However, the use of a non-rotating test stand has the disadvantage that dynamic effects such as "spin softening" and "stress stiffening" can not be generated or only with great effort. Likewise, damping structures such as sub-platform dampers and Shroud coupling can not be used in a realistic manner due to the lack of centripetal acceleration. Therefore, in particular for the design of blade rings with damping structures, the previously described test stands with rotating blades as test carriers are to be preferred.
Nachteilig ist bei den Versuchsständen mit rotierenden Schaufeln bzw. mit rotierendem Schaufelkranz jedoch, dass sich für die Anregung mit einzelnen (Permanent- oder Elektro-) Magneten eine unerwünschte Erwärmung der Schaufeln ergeben kann. Diese entsteht durch Wirbelströme, die in den Schaufeln bei der Bewegung durch ein sich räumlich änderndes Magnetfeld unweigerlich entstehen. Diese Wirbelströme können bis zum Schmelzen der Schaufelspitzen führen. Diese Wirbelströme sind umso stärker, je unstetiger das Magnetfeld im Raum ist. Die Tatsache, dass die Schaufeln durch die einzelnen Magnete einem Magnetfeld mit großen Gradienten ausgesetzt sind, führt daher zu starken Wirbelströmen.A disadvantage of the test stands with rotating blades or with rotating blade ring, however, that may result in an unwanted heating of the blades for the excitation with individual (permanent or electric) magnet. This is caused by eddy currents, which inevitably arise in the blades when moving through a spatially changing magnetic field. These eddy currents can lead to melting of the blade tips. These eddy currents are stronger, the more unsteady the magnetic field in the room is. The fact that the blades are exposed by the individual magnets to a magnetic field with large gradients, therefore leads to strong eddy currents.
Neben den zuvor beschriebenen Anregungskonzepten gibt es weiterhin Anregungskonzepte, die auf Fluidkräften basieren, welche durch Luft- oder Ölstrahlen erzeugt werden. Bei derartigen Versuchsständen lassen sich jedoch die Anregungskräfte, die auf die einzelnen Schaufeln wirken, nicht so genau und reproduzierbar einstellen wie bei einer magnetischen Anregung, weshalb dieses Anregungskonzept üblicherweise zu bevorzugen ist.In addition to the excitation concepts described above, there are also excitation concepts based on fluid forces generated by air or oil jets. In such test stands, however, the excitation forces acting on the individual blades, can not be set as accurate and reproducible as in a magnetic excitation, which is why this excitation concept is usually preferred.
Die
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen elektromagnetischen Schwingungsanreger zur Schwingungsanregung der Schaufeln eines Schaufelkranzes der eingangs beschriebenen Art bereitzustellen, so dass die erläuterten Oberwellen
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch einen elektromagnetischen Schwingungsanreger zur Schwingungsanregung der Schaufeln eines Schaufelkranzes mit den Merkmalen des Patentanspruchs
Somit betrifft die vorliegende Erfindung einen elektromagnetischen Schwingungsanreger zur Schwingungsanregung der Schaufeln eines Schaufelkranzes mit wenigstens einem Eisenkern, welcher zumindest abschnittsweise, vorzugsweise durchgehend, in der Umfangsrichtung über einen Umfangswinkel
Der Eisenkern ist ferner ausgebildet, in Umfangsrichtung senkrecht zu den Schaufeln angeordnet zu werden, so dass wenigstens eine Oberseite des Eisenkreises zumindest abschnittsweise, vorzugsweise durchgehend, einen Abstand in der Höhe zu den Schaufeln aufweist. Dieser Abstand kann auch als Luftspalt bezeichnet werden, wie es bei magnetischen Kreisen üblich ist. Unter der Oberseite des Eisenkreises wird dabei die Seite verstanden, welche zum Abstand bzw. zum Luftspalt hin zeigt.The iron core is further configured to be arranged in the circumferential direction perpendicular to the blades, so that at least one upper side of the iron circle at least in sections, preferably continuously, has a distance in the height to the blades. This distance can also be referred to as an air gap, as is customary in magnetic circuits. The upper side of the iron circle is understood to mean the side which points towards the distance or the air gap.
Der elektromagnetische Schwingungsanreger weist auch wenigstens eine Feldspule auf, welche ausgebildet ist, elektrisch versorgt zu werden und ein elektromagnetisches Feld zu erzeugen, welches zumindest abschnittsweise durch den Eisenkern hindurch, durch die Schaufeln hindurch und über den Abstand verläuft. Die Feldspule kann vorzugsweise aus mehreren Windungen Kupferlackdraht bestehen, deren Enden nach außen geführt und an eine Spannungsquelle angeschlossen werden können. Die Feldspule kann mittels der Spannungsquelle mit Gleichspannung oder mit Wechselspannung betrieben werden. Mit anderen Worten kann mittels der elektrischen Feldspule ein magnetischer Kreis von dem Eisenkern über den Luftspalt in die Schaufeln und von dort über den Luftspalt an anderer Stelle wieder in den Eisenkern zurück geschlossen werden. Der Abstand bzw. der Luftspalt weist dabei über den Umfangswinkel
Der vorliegenden Erfindung liegt dabei die Erkenntnis zugrunde, dass die Anziehungskraft eines Elektromagneten neben den Parametern der Feldspule wie z.B. Durchmesser, Windungszahl und Spulenstrom auch maßgeblich vom Abstand der anzuziehenden Struktur, hier der Schaufeln, vom Eisenkern abhängt. Es gilt für die Anziehungskraft eines einfachen Elektromagneten:
Hierbei ist
Der magnetische Widerstand des Magnetkreises
Kombiniert man diese beiden Gleichungen miteinander, so wird deutlich, dass die magnetische Anziehungskraft
Dabei ist es bisher bei den zuvor beschriebenen experimentellen Versuchen bzw. deren elektromagnetischen Schwingungsanregern bekannt, dass diese zum einen einzelne Magnete aufweisen, welche in Umfangsrichtung angeordnet und zueinander beabstandet sind. Einen Eisenkern, welcher zumindest abschnittsweise, vorzugsweise durchgehend, in der Umfangsrichtung über einen Umfangswinkel
Ferner werden die einzelnen Magnete bisher mit identischen Abständen gegenüber den Schaufeln angeordnet, so dass sich in Umfangsrichtung betrachtet ein konstanter Luftspalt über die gesamte Erstreckung der Schaufeln bzw. des elektromagnetischen Schwingungserregers ergibt. Im Gegensatz hierzu weist der Abstand bzw. der Luftspalt erfindungsgemäß über den Umfangswinkel
Mit anderen Worten wird erfindungsgemäß ein winkelabhängiger Abstand d(
Soll eine sinusförmige magnetische Anziehungskraft als Beispiel einer stetigen harmonischen magnetischen Anziehungskraft
Vorzugsweise ist es ebenfalls möglich, anstatt die Schaufeln mit nur einer Frequenz anzuregen, mehrere interessierende Frequenzen gleichzeitig anzuregen. Dazu ist lediglich der Verlauf der Höhe h(
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung weist der Abstand über den Umfangswinkel
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung ist die Veränderung bzw. sind die Veränderungen in der Höhe in der Umfangsrichtung zumindest abschnittsweise, vorzugsweise durchgehend, stetig. Hierdurch kann eine harmonische Anregung ermöglicht werden, welche den definierten Testanregungen, die es experimentell nachzustellen gilt, möglichst nahe kommen kann. Ferner können die zuvor beschriebenen Wirbelströme, welche aus Unstetigkeiten resultieren können, vermieden werden.According to a further aspect of the present invention, the change or the changes in height in the circumferential direction is at least in sections, preferably continuously, continuous. In this way, a harmonic excitation can be made possible, which can come as close as possible to the defined test excitations which have to be experimentally simulated. Furthermore, the eddy currents described above, which can result from discontinuities, can be avoided.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung weist der Abstand über den Umfangswinkel
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung entspricht der Abstand über den Umfangswinkel
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung ist die Veränderung bzw. sind die Veränderungen in der Höhe in der Umfangsrichtung zumindest abschnittsweise, vorzugsweise durchgehend, sprungartig. Hierdurch können alternative Anregungen im Vergleich zu stetigen Verläufen geschaffen werden. Beispielsweise lassen sich so Anregungen nachstellen, wie sie in der Realität durch den Nachlauf der Leitschaufeln eines Flugtriebwerks auftreten können.According to a further aspect of the present invention, the change or the changes in the height in the circumferential direction is at least partially, preferably continuously, discontinuous. As a result, alternative suggestions can be created in comparison to steady progressions. For example, can be readjusted as suggestions, as they can occur in reality by the wake of the vanes of an aircraft engine.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung ist der Eisenkern
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung weist der Eisenkern einen Basisring mit einem radial inneren Schenkel und einem radial äußeren Schenkel auf, wobei die beiden Schenkel den Innenraum radial beidseitig begrenzen, und der Eisenkern weist einen inneren Profilring, welcher auf dem radial inneren Schenkel des Basisrings angeordnet ist, und einen äußeren Profilring auf, welcher auf dem radial äußeren Schenkel des Basisrings angeordnet ist, wobei die Oberseite des inneren Profilrings und bzw. oder die Oberseite des äußeren Profilrings die Oberseite des Eisenkerns bildet bzw. bilden. Auf diese Art und Weise kann der erfindungsgemäße elektromagnetische Schwingungsanreger dadurch realisiert werden, dass ein stets gleicher Basisring als Grundelement verwendet wird, welcher U-förmig ausgebildet ist und die Feldspule in seinem Innenraum aufnimmt, wie zuvor bereits beschrieben. Dieses Grundelement kann dann je nach Anwendungsfall durch entsprechend ausgebildete Profilringe an die gewünschte Anregungsform abgepasst werden.According to another aspect of the present invention, the iron core has a base ring with a radially inner leg and a radially outer leg, wherein the two legs define the interior radially on both sides, and the iron core has an inner profile ring, which on the radially inner leg of the base ring is arranged, and an outer profile ring, which is arranged on the radially outer leg of the base ring, wherein the top of the inner profile ring and or or the top of the outer profile ring forms the top of the iron core or form. In this way, the electromagnetic vibration exciter according to the invention can be realized in that an always the same base ring is used as a basic element, which is U-shaped and receives the field coil in its interior, as previously described. This primitive can then vary depending on Use case be adapted by appropriately trained profile rings to the desired excitation form.
Somit können die beiden Profilringe jeweils ein Profil aufweisen, welches durch die Veränderung seiner Höhe und damit des Abstands über den Umfangswinkel
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung ist bzw. sind der innere Profilring und bzw. oder der äußere Profilring austauschbar auf dem Basisring angeordnet. Hierdurch kann, wie zuvor bereits erwähnt, eine flexible Anpassung des Basisrings als Grundelement an verschiedene Anwendungsfälle erfolgen, indem lediglich die Profilringe ausgetauscht werden müssen. Dies kann die Herstellung und Lagerung von einstückigen Eisenkernen mit verschiedenen Abstandsverläufen über den Umfangswinkel
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung weisen die Oberseiten der Profilringe über den Umfangswinkel
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung ist der Eisenkern in der Umfangsrichtung bis auf eine Durchführung der elektrischen Anschlüsse der Feldspule ringförmig geschlossen und die Profilringe in der Umfangsrichtung sind durchgehend ringförmig geschlossen. Hierdurch kann im unteren Bereich des Basisrings, dessen magnetischer Fluss nicht direkt in den Abstand übergeht, eine Durchführung der elektrischen Anschlüsse der Feldspule erfolgen, um diese innerhalb des U-förmigen Profils des Basisrings anordnen und dennoch elektrisch versorgen zu können. Gleichzeitig kann der Eisenkern im Bereich der beiden Profilringe, welche direkt an den Abstand zu den Schaufeln grenzen, durchgehend in Umfangsrichtung geschlossen ausgeführt werden, um einen durchgehenden und ununterbrochenen magnetischen Fluss zwischen dem Eisenkern und den Schaufeln zu erreichen. Hierdurch können starke Gradienten, welche sich aus Unstetigkeiten des Magnetfeldes ergeben und zu Erwärmungen der Schaufeln führen können, vermieden oder zumindest reduziert werden.According to a further aspect of the present invention, the iron core is annularly closed in the circumferential direction except for a passage of the electrical connections of the field coil and the profile rings in the circumferential direction are closed continuously annular. In this way, carried out in the lower region of the base ring, the magnetic flux does not pass directly into the distance, carrying out the electrical connections of the field coil to arrange them within the U-shaped profile of the base ring and still be able to supply electricity. At the same time, the iron core in the region of the two profile rings, which border directly on the distance to the blades, can be made continuously closed in the circumferential direction in order to achieve a continuous and uninterrupted magnetic flux between the iron core and the blades. As a result, strong gradients, which result from discontinuities of the magnetic field and can lead to heating of the blades, can be avoided or at least reduced.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung werden die Profilringe formschlüssig, vorzugsweise jeweils durch eine Steckverbindung, und bzw. oder kraftschlüssig, vorzugsweise jeweils durch zumindest ein Paar von Zentrierstiften, auf den Schenkeln des Basisrings gehalten. Hierdurch kann ein einfacher aber dennoch sicherer Halt ermöglicht werden, welcher gleichzeitig wieder zerstörungsfrei aufgehoben werden kann, falls die Profilringe ausgetauscht werden sollen, wie zuvor beschrieben.According to a further aspect of the present invention, the profile rings are positively held, preferably in each case by a plug connection, and / or non-positively, preferably in each case by at least one pair of centering pins on the legs of the base ring. In this way, a simple but still secure hold can be made possible, which can be repealed at the same time non-destructive, if the profile rings are to be replaced, as described above.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung sind die Profilringe in der radialen Richtung und bzw. oder in der Umfangsrichtung definiert auf den Schenkeln des Basisrings, vorzugsweise jeweils durch zumindest ein Paar von Zentrierstiften, positioniert. Hierdurch kann zum einen eine Positionierung in der radialen Richtung erfolgen, um die beiden Profilringe gegenüber der Achse der vertikalen Richtung des elektromagnetischen Schwingungsanregers auszurichten. Mit anderen Worten kann hierdurch eine radiale Zentrierung der beiden Profilringe erreicht werden. Zum anderen kann eine Ausrichtung der beiden Profilringe in der Umfangsrichtung gegeneinander erfolgen, um einen gewünschten Phasenversatz zu realisieren bzw. um einen Phasenversatz zu vermeiden.According to a further aspect of the present invention, the profile rings are positioned in the radial direction and / or in the circumferential direction defined on the legs of the base ring, preferably in each case by at least one pair of centering pins. As a result, on the one hand can be carried out a positioning in the radial direction to align the two profile rings relative to the axis of the vertical direction of the electromagnetic vibration exciter. In other words, a radial centering of the two profile rings can be achieved thereby. On the other hand, an orientation of the two profile rings in the circumferential direction against each other, in order to realize a desired phase offset or to avoid a phase shift.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung weist bzw. weisen der innere Profilring und bzw. oder der äußere Profilring ein ferromagnetisches Material mit hoher Permeabilität auf, vorzugsweise besteht bzw. bestehen diese aus einem ferromagnetischen Material mit hoher Permeabilität. Hierdurch kann das magnetische Feld möglichst wirkungsvoll geleitet bzw. geführt werden.According to a further aspect of the present invention, the inner profile ring and / or the outer profile ring comprises a high permeability ferromagnetic material, preferably consisting of a high permeability ferromagnetic material. As a result, the magnetic field can be conducted or guided as effectively as possible.
Mehrere Ausführungsbeispiele und weitere Vorteile der Erfindung werden nachstehend im Zusammenhang mit den folgenden Figuren erläutert. Darin zeigt:
-
1 ein Diagramm der magnetischen Kraft über den Umfangswinkel bei einer permanentmagnetischen Anregung gemäß des Standes der Technik; -
2 ein Diagramm der Kraftamplitude über der Frequenz des Diagramms der1 ; -
3 eine perspektivische schematische Darstellung eines Schaufelkranzes; -
4 eine perspektivische schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen elektromagnetischen Schwingungsanregers; -
5 einen schematischen Querschnitt des erfindungsgemäßen elektromagnetischen Schwingungsanregers; -
6 eine schematische Draufsicht auf einen Basisring des erfindungsgemäßen elektromagnetischen Schwingungsanregers; -
7 ein Diagramm der magnetischen Anziehungskraft über den Umfangswinkel für ein erstes Profil des Eisenkerns des erfindungsgemäßen elektromagnetischen Schwingungsanregers; -
8 ein Diagramm der magnetischen Anziehungskraft über den Umfangswinkel für ein zweites Profil des Eisenkerns des erfindungsgemäßen elektromagnetischen Schwingungsanregers; -
9 ein Diagramm der magnetischen Anziehungskraft über den Umfangswinkel für ein drittes Profil des Eisenkerns des erfindungsgemäßen elektromagnetischen Schwingungsanregers; -
10 ein Diagramm der magnetischen Anziehungskraft über den Umfangswinkel für ein viertes Profil des Eisenkerns des erfindungsgemäßen elektromagnetischen Schwingungsanregers; -
11 ein Diagramm der magnetischen Anziehungskraft über den Umfangswinkel für ein fünftes Profil des Eisenkerns des erfindungsgemäßen elektromagnetischen Schwingungsanregers; und -
12 ein Diagramm der magnetischen Anziehungskraft über den Umfangswinkel für ein sechstes Profil des Eisenkerns des erfindungsgemäßen elektromagnetischen Schwingungsanregers.
-
1 a diagram of the magnetic force over the circumferential angle in a permanent magnet excitation according to the prior art; -
2 a graph of force amplitude over the frequency of the graph of the1 ; -
3 a perspective schematic representation of a blade ring; -
4 a perspective schematic representation of an electromagnetic vibration exciter according to the invention; -
5 a schematic cross section of the electromagnetic vibration exciter according to the invention; -
6 a schematic plan view of a base ring of the electromagnetic vibration exciter according to the invention; -
7 a diagram of the magnetic attraction over the circumferential angle for a first profile of the iron core of the electromagnetic vibration exciter according to the invention; -
8th a diagram of the magnetic attraction over the circumferential angle for a second profile of the iron core of the electromagnetic vibration exciter according to the invention; -
9 a diagram of the magnetic attraction over the circumferential angle for a third profile of the iron core of the electromagnetic vibration exciter according to the invention; -
10 a diagram of the magnetic attraction over the circumferential angle for a fourth profile of the iron core of the electromagnetic vibration exciter according to the invention; -
11 a diagram of the magnetic attraction over the circumferential angle for a fifth profile of the iron core of the electromagnetic vibration exciter according to the invention; and -
12 a diagram of the magnetic attraction over the circumferential angle for a sixth profile of the iron core of the electromagnetic vibration exciter according to the invention.
Der elektromagnetische Schwingungsanreger
Auf dem inneren Schenkel
Oberhalb der Oberseiten
Erfindungsgemäß sind zum einen die beiden Profilringe
Erfindungsgemäß sind zum anderen die beiden Profilringe
Dabei sind die Profilringe
Die
Auf diese Art und Weise können erfindungsgemäß gezielt verschiedene magnetische Anregungen mit vergleichsweise großen Amplituden der gewünschten grundharmonischen Anregungsfrequenz
Mit anderen Worten gelingt es durch die vorliegende Erfindung, ein genau definiertes, kontinuierliches Anregungskraftprofil F(
Das entstehende Magnetfeld ist bei Wahl eines entsprechenden Verlaufs der Oberseiten
Die vorliegende Erfindung kann neben der universitären Forschung auch im industriellen Auslegungsprozess z.B. der Turbinenhersteller verwendet werden. Durch die mit der vorliegenden Erfindung bessere Möglichkeit der Validierung der Berechnungsprogramme können real ausgeführte Beschaufelungen
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- αα
- Konstanteconstant
- AA
-
Querschnittsfläche des magnetischen Kreises bzw. Oberfläche des Eisenkerns 10, 13, 14 des inneren Profilrings 13 oder des äußeren Profilrings 15Cross sectional area of the magnetic circuit or surface of the
10, 13, 14 of theiron core inner profile ring 13 or the outer profile ring 15th - d (ϑ)d (θ)
-
Abstand des inneren Profilrings 13 und/oder des äußeren Profilrings 15 von der Schaufel 21 in der Höhe Z über den Umfangswinkel ϑ; LuftspaltDistance of the
inner profile ring 13 and / or theouter profile ring 15 from theblade 21 in the height Z over the circumferential angle θ; air gap - F (ϑ)F (θ)
- magnetische Anziehungskraft über Abstand d(ϑ) über den Umfangswinkel ϑmagnetic attraction over distance d (θ) over the circumferential angle θ
- h (ϑ)h (θ)
-
veränderliche Dicke bzw. Höhe des Eisenkerns 10, 13 14 des inneren Profilrings 13 und/oder des äußeren Profilrings 15 in der Höhe Z über den Umfangswinkel ϑvariable thickness or height of the
10, 13 14 of theiron core inner profile ring 13 and / or theouter profile ring 15 in the height Z over the circumferential angle θ - h0 h 0
-
Nullabstand in der Höhe Z; Höhe Z des kleinsten Minimums 16Zero distance in height Z; Height Z of the
smallest minimum 16 - µ0 μ 0
- magnetische Feldkonstantemagnetic field constant
- rr
- radiale Richtung zur vertikalen Richtung Zradial direction to the vertical direction Z
- Rm R m
-
magnetischer Widerstand des Eisenkerns 10, 13, 14magnetic resistance of the
10, 13, 14iron core - ϑθ
- Umfangswinkel um vertikale Richtung ZCircumferential angle about vertical direction Z
- UU
- Umfangsrichtung senkrecht zur radialen Richtung rCircumferential direction perpendicular to the radial direction r
- Um U m
- magnetische Spannungmagnetic tension
- ZZ
- vertikale Richtung; Höhe vertical direction; height
- EOi EO i
- i-te Anregungsfrequenzi-th excitation frequency
- EO0 EO 0
- konstanter Term der Anregungsfrequenzenconstant term of the excitation frequencies
- EO1 EO 1
- erste bzw. grundharmonische Anregungsfrequenzfirst or fundamentalharmonic excitation frequency
- EO2 EO 2
- zweite Anregungsfrequenz bzw. erste Oberwellesecond excitation frequency or first harmonic wave
- EO3 EO 3
- dritte Anregungsfrequenz bzw. zweite Oberwelle third excitation frequency or second harmonic wave
- 11
- elektromagnetischer Schwingungsanregerelectromagnetic vibration exciter
- 1010
- Basisring des EisenkernsBase ring of the iron core
- 10a10a
- radial innerer Schenkel des Basisrings 10radially inner leg of the base ring 10th
- 10b10b
- radial äußerer Schenkel des Basisrings 10radially outer leg of the base ring 10th
- 10c10c
-
Innenraum des Basisrings 10Interior of the
base ring 10 - 1111
- Steckverbindungaufnahme; Aussparungen bzw. Bohrungen für ZentrierstifteConnector receptacle; Recesses or holes for centering pins
- 1212
-
Durchführung für elektrische Anschlüsse der Feldspule 16Feedthrough for electrical connections of the
field coil 16 - 1313
- innerer Profilring des Eisenkernsinner profile ring of iron core
- 13a13a
- Oberseite des inneren Profilrings 13Top of the inner profile ring 13th
- 1414
- äußerer Profilring des Eisenkernsouter profile ring of iron core
- 14a14a
- Oberseite des äußeren Profilrings 14Top of the outer profile ring 14th
- 1515
- Feldspulefield coil
- 1616
- Minimum der Höhe h(ϑ) bzw. Maximum des Abstands d (ϑ)Minimum height h (θ) or maximum of distance d (θ)
- 1717
- Maximum der Höhe h(ϑ) bzw. Minimum des Abstands d (ϑ) Maximum of the height h (θ) or minimum of the distance d (θ)
- 22
- Schaufelkranz; BeschaufelungBlade ring; blading
- 2020
- Schaufelkörperblade body
- 2121
- Schaufelnshovel
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
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Citations (3)
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DE868674C (en) * | 1950-12-01 | 1953-02-26 | Norman Dipl-Ing Dix | Process for the excitation of bodies that can vibrate, in particular blading in flow machines (steam turbines, axial compressors, etc.) for the purpose of determining natural frequencies, resonance-sensitive excitation areas, the associated vibration forms and testing for fatigue strength |
GB934164A (en) * | 1961-07-26 | 1963-08-14 | Ass Elect Ind | Improvements in or relating to the testing of bladed wheels, especially turbine wheels |
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R020 | Patent grant now final | ||
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