DE102017114153A1 - Electromagnetic vibration exciter for vibrational excitation of the blades of a blade ring - Google Patents

Electromagnetic vibration exciter for vibrational excitation of the blades of a blade ring Download PDF

Info

Publication number
DE102017114153A1
DE102017114153A1 DE102017114153.7A DE102017114153A DE102017114153A1 DE 102017114153 A1 DE102017114153 A1 DE 102017114153A1 DE 102017114153 A DE102017114153 A DE 102017114153A DE 102017114153 A1 DE102017114153 A1 DE 102017114153A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
vibration exciter
electromagnetic vibration
ring
iron core
blades
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
DE102017114153.7A
Other languages
German (de)
Other versions
DE102017114153B4 (en
Inventor
Thomas Hoffmann
Martin Jahn
Lars Panning-von Scheidt
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Leibniz Universitaet Hannover
Original Assignee
Leibniz Universitaet Hannover
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Leibniz Universitaet Hannover filed Critical Leibniz Universitaet Hannover
Priority to DE102017114153.7A priority Critical patent/DE102017114153B4/en
Priority to PCT/EP2018/061736 priority patent/WO2019001813A1/en
Publication of DE102017114153A1 publication Critical patent/DE102017114153A1/en
Application granted granted Critical
Publication of DE102017114153B4 publication Critical patent/DE102017114153B4/en
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B06GENERATING OR TRANSMITTING MECHANICAL VIBRATIONS IN GENERAL
    • B06BMETHODS OR APPARATUS FOR GENERATING OR TRANSMITTING MECHANICAL VIBRATIONS OF INFRASONIC, SONIC, OR ULTRASONIC FREQUENCY, e.g. FOR PERFORMING MECHANICAL WORK IN GENERAL
    • B06B1/00Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency
    • B06B1/02Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency making use of electrical energy
    • B06B1/04Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency making use of electrical energy operating with electromagnetism
    • B06B1/045Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency making use of electrical energy operating with electromagnetism using vibrating magnet, armature or coil system
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01MTESTING STATIC OR DYNAMIC BALANCE OF MACHINES OR STRUCTURES; TESTING OF STRUCTURES OR APPARATUS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01M13/00Testing of machine parts
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01DNON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D21/00Shutting-down of machines or engines, e.g. in emergency; Regulating, controlling, or safety means not otherwise provided for
    • F01D21/003Arrangements for testing or measuring
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05DINDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2260/00Function
    • F05D2260/83Testing, e.g. methods, components or tools therefor

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Apparatuses For Generation Of Mechanical Vibrations (AREA)

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 claim 1.

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 EOi enthält, um den o.g. definierten Anregungszustand der Beschaufelung zu erzeugen. Das Anregungskraftprofil einer Beschaufelung ist in vielen Fällen periodisch über ihren Umfang. Es lässt sich damit durch eine Fourierreihe beschreiben, welche den räumlichen Kraftverlauf über den Umfang des Schaufelkranzes beschreibt. Dieser räumliche Kraftverlauf besteht aus einer Summe von harmonischen Termen mit einer Anregungsfrequenz EOi und einer Phasenlage phii.Therefore, concepts for excitation of rotating blading by means of experimental experiments are generally aimed at generating an excitation force profile which has only certain excitation frequencies EO i contains to generate the above-defined state of excitation of the blading. The excitation force profile of a blading is in many cases periodic over its circumference. It can thus be described by a Fourier series, which describes the spatial force curve over the circumference of the blade ring. This spatial force curve consists of a sum of harmonic terms with an excitation frequency EO i and a phase phi i .

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 EO1 entspricht damit der Anzahl der Magnete, falls diese äquidistant angeordnet sind.A widely used variant for exciting a rotatable blading is to mount housing-mounted permanent magnets beneath the blades of the blading, which attract each blade as it passes the permanent magnet. In this case, one or more permanent magnets can be arranged over the circumference. The rotating blading is then energized during operation by force pulses generated by the permanent magnets when a blade of the blading passes through a permanent magnet. In this case, act on each blade per revolution as many power pulses as individual permanent magnets are arranged. The fundamentalharmonic excitation frequency EO 1 thus corresponds to the number of magnets, if they are arranged equidistantly.

Um das Problem zu verdeutlichen, soll beispielhaft ein Schaufelkranz betrachtet werden, welcher mit einem Kraftverlauf der Anregungsfrequenz EO1 = 4 entsprechend angeregt wird. 1 zeigt den normierten Verlauf der idealisierten Anregungskraft, die eine einzelne Schaufel einer Beschaufelung während eines Umlaufs über vier Permanentmagnete erfährt. Die Einzelimpulse sind in erster Näherung als Rechtecksignale über den Umfangswinkel ϑ modelliert. 2 zeigt dieses Signal im Frequenzbereich.In order to clarify the problem, an example of a blade ring should be considered, which with a force curve of the excitation frequency EO 1 = 4 is stimulated accordingly. 1 Figure 4 shows the normalized course of the idealized excitation force experienced by a single blade of blading during one revolution over four permanent magnets. The individual impulses are in the first approximation as Rectangular signals over the circumference angle θ modeled. 2 shows this signal in the frequency domain.

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 EO2 etc. die Schaufeln zu Schwingungen anregen, welche die zu untersuchende Schwingform der gewünschten Anregungsfrequenz EO1 = 4 stören können.In addition to the non-interfering constant term EO 0 = 0, the desired excitation frequency EO 1 = 4 is clearly contained. Only slightly weaker, however, is the first harmonic EO 2 = 8, which forms a fault term. All higher harmonics EO 3 etc. decrease only slowly in their amplitude. This form of excitation thus has the disadvantage that the harmonics EO 2 etc. stimulate the blades to vibrate, which is the vibration shape of the desired excitation frequency to be examined EO 1 = 4 can disturb.

Ebenfalls ist in der 2 zu erkennen, dass ein Großteil der bereitgestellten Energie in die höheren Anregungsfrequenzen EO2 etc. abfließt, die nicht mehr zur Anregung der gewünschten Anregungsfrequenz EO1 zur Verfügung steht. Damit müssen starke Permanentmagnete eingesetzt werden und zwar umso stärker, je weniger Permanentmagnete verwendet werden. Die Verwendung weniger, starker Permanentmagnete stellt jedoch eine große Belastung der einzelnen Schaufeln dar. Der tatsächliche Anregungskraftverlauf stellt keine ideale Rechteckfunktion wie in 1 dargestellt dar. Dennoch bleibt das grundsätzliche Problem auch bei einem realen Verlauf der Anregungskraft erhalten, auch wenn die Amplituden der Oberwellen EO2 etc. im Vergleich zur grundharmonischen Anregungsfrequenz EO1 abnehmen.Also in the 2 to recognize that much of the energy provided in the higher excitation frequencies EO 2 etc., which no longer excite the desired excitation frequency EO 1 is available. This means that strong permanent magnets must be used, and the stronger the less permanent magnets are used. However, the use of less strong permanent magnets places a great load on the individual blades. The actual excitation force curve does not provide an ideal rectangular function as in FIG 1 Nevertheless, the fundamental problem also remains with a real course of the excitation force, even if the amplitudes of the harmonics EO 2 etc. compared to the fundamental harmonic excitation frequency EO 1 lose weight.

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 EO2 etc. liegt üblicherweise auch bei diesen Varianten vor.The excitation of the rotating blade ring can be done by electromagnets instead of permanent magnets. For non-magnetic blade materials, the excitation in the rotating system can also be done with magnets. The explained basic problem of the jerky excitation and the resulting unwanted excitation frequencies EO 2 etc. is usually present in these variants.

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 DE 43 34 799 A1 betrifft eine Einrichtung zur Prüfung von Laufschaufeln einer Turbomaschine, insbesondere einer Turbine, mit einem motorisch angetriebenen, drehbar gelagerten Wellenstrang, auf dem eine Radscheibe drehfest angeordnet ist, an der die Laufschaufeln lösbar verankert sind. Sämtliche Laufschaufeln sind beheizbar. Ferner ist eine elektromagnetische Schütteleinrichtung vorgesehen, mit der den Laufschaufeln über den rotierenden Wellenstrang Schwingungen aufgeprägt werden können.The DE 43 34 799 A1 relates to a device for testing blades of a turbomachine, in particular a turbine, with a motor-driven, rotatably mounted shaft train, on which a wheel disc is arranged rotationally fixed, on which the blades are releasably anchored. All blades are heated. Furthermore, an electromagnetic shaking device is provided with which the blades can be impressed on the rotating shaft train vibrations.

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 EO2 etc. im Anregungskraftprofil eliminiert oder zumindest derart reduziert werden können, sodass die Anregung der Beschaufelung möglichst nur mit erwünschten Frequenzen erfolgen kann. Zumindest soll eine Alternative zu bekannten derartigen elektromagnetischen Schwingungsanregern geschaffen werden.An object of the present invention is to provide an electromagnetic vibration exciter for vibrational excitation of the blades of a blade ring of the type described above, so that the described harmonics EO 2 etc. eliminated in the excitation force profile or at least can be reduced so that the excitation of the blading can be possible only with desired frequencies. At least an alternative to known such electromagnetic vibration exciters should be created.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch einen elektromagnetischen Schwingungsanreger zur Schwingungsanregung der Schaufeln eines Schaufelkranzes mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen beschrieben.The object is achieved by an electromagnetic vibration exciter for vibrational excitation of the blades of a blade ring with the features of the claim 1 solved. Advantageous developments are described in the subclaims.

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 ϑ ringförmig ausgebildet ist. Hierdurch können grundsätzlich, wie weiter unten noch im Detail erläutert wird, Unstetigkeiten des Magnetfeldes vermieden oder zumindest gegenüber einer Anordnung einzelner Magnete reduziert werden, um die durch die einzelnen Magneten hervorgerufene Erwärmung der Schaufeln zu vermeiden oder zumindest zu reduzieren.Thus, the present invention relates to an electromagnetic vibration exciter for vibrational excitation of the blades of a blade ring with at least one iron core, which at least in sections, preferably continuously, in the circumferential direction over a circumferential angle θ is annular. As a result, in principle, as will be explained in detail below, discontinuities of the magnetic field can be avoided or at least reduced with respect to an arrangement of individual magnets in order to avoid or at least reduce the heating of the blades caused by the individual magnets.

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 ϑ wenigstens eine Veränderung in der Höhe auf.The electromagnetic vibration exciter also has at least one field coil which is designed to be supplied with electricity and to generate an electromagnetic field which extends at least in sections through the iron core, through the blades and over the distance. The field coil may preferably consist of several turns of enamelled copper wire whose ends can be led to the outside and connected to a voltage source. The field coil can be operated by means of the voltage source with DC voltage or with AC voltage. In other words, by means of the electric field coil, a magnetic circuit can be closed by the iron core via the air gap in the blades and from there via the air gap at another point back into the iron core. The distance or the air gap points over the circumferential angle θ at least one change in height.

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: F = U m 2 2 μ 0 A R m 2

Figure DE102017114153A1_0001
The present invention is based on the finding that the attraction of an electromagnet in addition to the parameters of the field coil such as diameter, number of turns and coil current also depends significantly on the distance of the structure to be attracted, here the blades, from the iron core. It applies to the attraction of a simple electromagnet: F = U m 2 2 μ 0 A R m 2
Figure DE102017114153A1_0001

Hierbei ist Um die magnetische Spannung, µ0 die magnetische Feldkonstante, A die Querschnittsfläche des magnetischen Kreises, d.h. hier die Oberfläche des Eisenkerns, und Rm der magnetische Widerstand des Magnetkreises. Die magnetische Spannung Um kann durch die Feldspule erzeugt werden, welche ihrerseits maßgeblich zur Erzeugung der magnetischen Anziehungskraft F beitragen kann.Here is U m the magnetic tension, μ 0 the magnetic field constant, A the cross-sectional area of the magnetic circuit, ie here the surface of the iron core, and R m the magnetic resistance of the magnetic circuit. The magnetic tension U m can be generated by the field coil, which in turn is instrumental in generating the magnetic attraction F can contribute.

Der magnetische Widerstand des Magnetkreises Rm kann, unter Vernachlässigung des magnetischen Widerstands Rm des Eisenkerns, als R m = 2 d μ 0 A

Figure DE102017114153A1_0002
angegeben werden. d bezeichnet dabei den Abstand der anzuziehenden Struktur, d.h. der Schaufeln, vom Eisenkern.The magnetic resistance of the magnetic circuit R m can, ignoring the magnetic resistance R m of the iron core, as R m = 2 d μ 0 A
Figure DE102017114153A1_0002
be specified. d denotes the distance of the structure to be attracted, ie the blades, from the iron core.

Kombiniert man diese beiden Gleichungen miteinander, so wird deutlich, dass die magnetische Anziehungskraft F, welche zwischen der Oberfläche des Eisenkerns und den Schaufeln wirkt, umgekehrt proportional zum Quadrat des Abstands, d.h. zum Luftspalt, ist: F 1 d 2

Figure DE102017114153A1_0003
Combining these two equations with each other, it becomes clear that the magnetic attraction F , which acts between the surface of the iron core and the blades, inversely proportional to the square of the distance, ie to the air gap, is: F α 1 d 2
Figure DE102017114153A1_0003

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 ϑ ringförmig ausgebildet ist, ist bisher nicht bekannt.In the case of the above-described experimental experiments or their electromagnetic vibration exciters, it has hitherto been known that these have individual magnets arranged in the circumferential direction and spaced from one another. An iron core, which at least in sections, preferably continuously, in the circumferential direction over a circumferential angle θ is annular, is not known.

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 ϑ wenigstens eine Veränderung in der Höhe auf. Hierdurch kann die Erzeugung der magnetischen Anziehungskraft in Abhängigkeit des Umfangswinkels ϑ derart beeinflusst werden, so dass die erläuterten Oberwellen EO2 etc. im Anregungskraftprofil eliminiert oder zumindest reduziert werden können. Hierdurch kann die Anregung der Schaufeln des Schaufelkranzes möglichst nur mit der erwünschten grundharmonischen Anregungsfrequenz EO1 erfolgen.Furthermore, the individual magnets are so far arranged at identical distances from the blades, so that, viewed in the circumferential direction, a constant air gap results over the entire extension of the blades or of the electromagnetic vibration exciter. In contrast, the distance or the air gap according to the invention over the circumferential angle θ at least one change in height. As a result, the generation of the magnetic attraction force in dependence on the circumferential angle θ be influenced so that the explained harmonics EO 2 etc. in the excitation force profile can be eliminated or at least reduced. As a result, the excitation of the blades of the blade ring possible only with the desired fundamental harmonic excitation frequency EO 1 respectively.

Mit anderen Worten wird erfindungsgemäß ein winkelabhängiger Abstand d(ϑ) bzw. Luftspalt d(ϑ) geschaffen, welcher gegenüber dem bisher bekannten konstanten Abstand h0 , der hier ein beliebig wählbarer Nullabstand h0 sein kann, mit der Höhe h(ϑ) des Eisenkerns wie folgt im Zusammenhang steht: d ( ϑ ) = h 0 h ( ϑ )

Figure DE102017114153A1_0004
In other words, according to the invention, an angle-dependent distance d ( θ ) or air gap d ( θ ), which compared to the previously known constant distance h 0 , the here an arbitrarily selectable zero distance h 0 can be with the Height h ( θ ) of the iron core is related as follows: d ( θ ) = H 0 - H ( θ )
Figure DE102017114153A1_0004

Soll eine sinusförmige magnetische Anziehungskraft als Beispiel einer stetigen harmonischen magnetischen Anziehungskraft F 1 = F ^ s i n ( E O 1 ϑ )

Figure DE102017114153A1_0005
angeregt werden, so ist erfindungsgemäß der über den Umfangswinkel ϑ veränderliche Verlauf der Höhe h(ϑ) des Eisenkerns und damit des Abstands d(ϑ) bzw. Luftspalts d(ϑ) gegenüber den Schaufeln zu h ( ϑ ) = h 0 α F 0 + F 1  sin ( E O 1 ϑ )
Figure DE102017114153A1_0006
auszulegen. Hierbei ist α eine Konstante, welche die übrigen Einflussparameter der allerersten Gleichung, siehe weiter oben, berücksichtigt.Consider a sinusoidal magnetic attraction as an example of a steady harmonic magnetic attraction F 1 = F ^ s i n ( e O 1 θ )
Figure DE102017114153A1_0005
are excited, so according to the invention over the circumferential angle θ variable course of height h ( θ ) of the iron core and thus the distance d ( θ ) or air gap d ( θ ) towards the blades H ( θ ) = H 0 - α F 0 + F 1 sin ( e O 1 θ )
Figure DE102017114153A1_0006
interpreted. Here is α a constant which takes into account the other influencing parameters of the very first equation, see above.

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(ϑ) für einen Kraftverlauf auszulegen, der als eine Kombination von Sinustermen mehrerer Frequenzen gebildet wird. Der Verlauf der Höhe h(ϑ) kann ebenfalls für weitere, beliebige Anregungsformen ausgelegt werden, welche nicht nur sinus- oder kosinusförmig sein müssen.Preferably, instead of exciting the blades with only one frequency, it is also possible to simultaneously excite multiple frequencies of interest. For this purpose, only the course of the height h ( θ ) for a force curve formed as a combination of sine terms of several frequencies. The course of the height h ( θ ) can also be designed for other, arbitrary excitation forms, which need not be sinusoidal or cosinusoidal.

Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung weist der Abstand über den Umfangswinkel ϑ eine Mehrzahl von Veränderungen in der Höhe auf. Hierdurch können die Gestaltungsfreiheiten zur Variation der magnetischen Anziehungskraft über den Abstand weiter erhöht werden.According to one aspect of the present invention, the distance is over the circumferential angle θ a plurality of changes in height. As a result, the freedom of design to vary the magnetic attraction over the distance can be further increased.

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 ϑ zumindest abschnittsweise, vorzugsweise durchgehend, einen harmonischen Verlauf in der Höhe auf. Hierdurch kann eine harmonische Anregung der magnetischen Anziehungskraft sichergestellt werden, was aus den zuvor bereits beschriebenen Gründen vorteilhaft sein kann.According to another aspect of the present invention, the distance is over the circumferential angle θ at least in sections, preferably continuously, on a harmonious course in height. As a result, a harmonious excitation of the magnetic attraction can be ensured, which may be advantageous for the reasons already described above.

Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung entspricht der Abstand über den Umfangswinkel ϑ zumindest abschnittsweise, vorzugsweise durchgehend, in der Höhe einem Verlauf einer fouriertransformierbaren Funktion. Auf diese Art und Weise können alle fouriertransformierbaren Funktionen verwendet werden, was den Gestaltungspielraum zur Umsetzung der zuvor beschriebenen Erkenntnis deutlich erhöhen kann.According to another aspect of the present invention, the distance corresponds to the circumferential angle θ at least in sections, preferably continuously, in height a course of a Fourier transformable function. In this way, all Fourier transformable functions can be used, which can significantly increase the design latitude for implementing the knowledge described above.

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 U-förmig ausgebildet, so dass von dem Eisenkern ein nach oben offener Innenraum gebildet wird, wobei die Feldspule innerhalb des Innenraums angeordnet ist. Dies ermöglicht einen kompakten elektromagnetischen Schwingungsanreger, welcher in einem entsprechenden Versuchsstand senkrecht zu den Schaufeln bzw. zu den Schaufelspitzen angeordnet und betrieben werden kann. Der magnetische Kreis kann dabei von der Feldspule durch den einen Schenkel des U-Profils und den darüber liegenden Abstand bzw. Luftspalt in die Schaufeln gelangen und von dort über den anderen Abstand und den anderen Schenkel des U-Profils zur Feldspule zurück.In another aspect of the present invention, the iron core is U -shaped, so that from the iron core, an upwardly open interior is formed, wherein the field coil is disposed within the interior. This allows a compact electromagnetic vibration exciter, which can be arranged and operated in a corresponding test stand perpendicular to the blades or to the blade tips. The magnetic circuit can pass from the field coil through the one leg of the U-profile and the overlying distance or air gap in the blades and from there on the other distance and the other leg of the U-profile back to the field coil.

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 ϑ die gewünschte magnetische Anziehungskraft erzeugen kann. Hierdurch kann das Grundelement einmalig oder durch den Austausch der Profilringe mehrmalig auf unterschiedliche Anregungsverläufe angepasst und hierfür verwendet werden. Mit anderen Worten kann für jede Anregungsfrequenz oder Kombination aus Anregungsfrequenzen ein neuer Satz Profilringe bereitgestellt werden, durch dessen Verwendung der Basisring angepasst werden kann.Thus, the two profile rings can each have a profile which, by changing its height and thus the distance over the circumferential angle θ can produce the desired magnetic attraction. As a result, the basic element can be adapted and used repeatedly for different excitation processes once or by exchanging the profile rings. In other words, for each excitation frequency or combination of excitation frequencies, a new set of profile rings can be provided, by the use of which the base ring can be adapted.

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 ϑ vermeiden, wodurch die Kosten zur Nutzung der vorliegenden Erfindung deutlich reduziert werden können.According to a further aspect of the present invention, the inner profile ring and / or the outer profile ring is arranged interchangeably on the base ring. As a result, as already mentioned above, a flexible adaptation of the base ring as a basic element to various applications can take place in that only the profile rings have to be exchanged. This may include the manufacture and storage of one-piece iron cores with different pitches over the circumferential angle θ avoid, whereby the cost of using the present invention can be significantly reduced.

Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung weisen die Oberseiten der Profilringe über den Umfangswinkel ϑ zumindest abschnittsweise, vorzugsweise durchgehend, den gleichen oder einen unterschiedlichen Verlauf auf. Wird, was zu bevorzugen ist, der gleiche Verlauf der Abstände für die beiden Profilringe gewählt, so sind diese Verläufe bzw. die hierdurch bewirkten Anregungen in Phase zueinander. Werden jedoch als weitere Möglichkeit zur Nutzung der vorliegenden Erfindung Profilringe mit gleichen jedoch in Umfangsrichtung versetzt angeordneten Verläufen der Höhe verwendet, kann eine Anregung mit unterschiedlichen Kraftamplituden der beiden Profilringe erfolgen. Alternativ können auch unterschiedliche Verläufe der Höhen miteinander kombiniert eingesetzt werden, was weitere Gestaltungsmöglichkeiten schaffen kann.According to another aspect of the present invention, the tops of the profile rings are over the circumferential angle θ at least in sections, preferably continuously, the same or a different course. If, which is to be preferred, the same course of the distances for the two profile rings selected, then these courses or the suggestions thereby caused are in phase with each other. However, if a further possibility for using the present invention is to use profile rings with the same but circumferentially offset profiles of the height, excitation with different force amplitudes of the two profile rings can take place. Alternatively, different gradients of heights can be combined with each other, which can create more design options.

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 der 1;
  • 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.
Several embodiments and further advantages of the invention will be explained below in connection with the following figures. It shows:
  • 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 the 1 ;
  • 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.

1 zeigt ein Diagramm der magnetischen Kraft über den Umfangswinkel ϑ bei einer permanentmagnetischen Anregung gemäß des Standes der Technik. 2 zeigt ein Diagramm der Kraftamplitude über der Frequenz des Diagramms der 1. Diese Figuren bzw. deren Diagramme wurden eingangs bereits erläutert, so dass dies hier nicht wiederholt werden soll. 1 shows a diagram of the magnetic force over the circumferential angle θ in a permanent magnet excitation according to the prior art. 2 shows a graph of the force amplitude over the frequency of the graph of the 1 , These figures or their diagrams were already explained at the beginning, so that this should not be repeated here.

3 zeigt eine perspektivische schematische Darstellung eines Schaufelkranzes 2, welcher auch als Beschaufelung bezeichnet werden kann. Ein derartiger Schaufelkranz 2 kann bei Aggregaten wie z.B. Gasturbinen, Dampfturbinen oder Flugtriebwerken eingesetzt werden, um eine Kraftübertragung zwischen einer rotierenden bzw. rotierbaren Welle des Aggregats und einem Arbeitsmedium zu bewirken. Der Schaufelkranz 2 ist rotationssymmetrisch zu der Achse der vertikalen Richtung Z, welche auch als Höhe Z bezeichnet werden kann. In der radialen Richtung r, welche sich senkrecht von der Achse der vertikalen Richtung Z weg erstreckt, weist der Schaufelkranz 2 mittig einen Schaufelkörper 20 auf, mit dem der Schaufelkranz 2 an dem Aggregat befestigt werden kann. Radial nach außen erstreckt sich eine Vielzahl von identisch aufgebauten und ausgerichteten Schaufeln 21, welche im Betrieb in Kontakt mit dem Arbeitsmedium stehen. Diese sind in der Umfangsrichtung U, welche senkrecht zur radialen Richtung r orientiert ist, gleichmäßig verteilt und gleichmäßig zueinander beabstandet. In der Umfangsrichtung U erstreckt sich der Umfangswinkel ϑ um die Achse der vertikalen Richtung Z. 3 shows a perspective schematic representation of a blade ring 2 , which can also be referred to as blading. Such a blade ring 2 can be used in units such as gas turbines, steam turbines or aircraft engines to effect a power transmission between a rotating or rotatable shaft of the unit and a working medium. The scoop wreath 2 is rotationally symmetric to the axis of the vertical direction Z , which also as height Z can be designated. In the radial direction r which are perpendicular from the axis of the vertical direction Z extends, the blade ring points 2 in the middle a blade body 20 on, with the shovel wreath 2 can be attached to the unit. Radially outward extends a plurality of identically constructed and aligned blades 21 which are in contact with the working medium during operation. These are in the circumferential direction U , which are perpendicular to the radial direction r is oriented, evenly distributed and evenly spaced from each other. In the circumferential direction U the circumferential angle extends θ around the axis of the vertical direction Z ,

4 zeigt eine perspektivische schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen elektromagnetischen Schwingungsanregers 1. 5 zeigt einen schematischen Querschnitt des erfindungsgemäßen elektromagnetischen Schwingungsanregers 1. 6 zeigt eine schematische Draufsicht auf einen Basisring 10 des erfindungsgemäßen elektromagnetischen Schwingungsanregers 1. 4 shows a perspective schematic representation of an electromagnetic vibration exciter according to the invention 1 , 5 shows a schematic cross section of the electromagnetic vibration exciter according to the invention 1 , 6 shows a schematic plan view of a base ring 10 the electromagnetic vibration exciter according to the invention 1 ,

Der elektromagnetische Schwingungsanreger 1 weist einen Basisring 10 auf, welcher U-förmig nach oben offen ausgebildet ist. Der Basisring 10 bildet einen radial inneren Schenkel 10a und einen radial äußeren Schenkel 10b aus, welche jeweils senkrecht nach oben ragen und radial zwischen sich einen Innenraum 10c des Basisrings 10 ausbilden. Innerhalb des Innenraums 10c ist eine Feldspule 15 aus mehreren Windungen Kupferlackdraht angeordnet, siehe 5, deren elektrische Anschlüsse (nicht dargestellt) über eine Durchführung 12 nach außen geführt und dort mit einem Netzteil (nicht dargestellt) als Spannungsquelle verbunden werden können.The electromagnetic vibration exciter 1 has a base ring 10 on, which is U-shaped open at the top. The base ring 10 forms a radially inner leg 10a and a radially outer leg 10b from which each project vertically upwards and radially between an interior space 10c of the base ring 10 form. Inside the interior 10c is a field coil 15 arranged from several turns of copper wire, see 5 , whose electrical connections (not shown) via a passage 12 led to the outside and there with a power supply (not shown) can be connected as a voltage source.

Auf dem inneren Schenkel 10a des Basisrings 10 ist ein innerer Profilring 13 angeordnet, welcher den ersten Schenkel 10a in der Höhe Z nach oben verlängert. Ein entsprechender äußerer Profilring 14 ist auf dem äußeren Schenkel 10b angeordnet. Der Basisring 10, der innere Profilring 13 und der äußere Profilring 14 bilden gemeinsam den Eisenkern 10, 13, 14 des elektromagnetischen Schwingungsanregers 1 und sind daher aus einem ferromagnetischen Material mit hoher Permeabilität ausgebildet. Die beiden Profilringe 13, 14 schließen jeweils mit einer Oberseite 13a, 14a nach oben hin ab, welche gemeinsam die Oberseite 13a, 14a des Eisenkerns 10, 13, 14 in der Höhe Z bilden. Die beiden Profilringe 13, 14 sind in Umfangsrichtung U ringförmig geschlossen ausgebildet während der Basisring 10 durch die Durchführung 12 unterbrochen wird.On the inner thigh 10a of the base ring 10 is an inner profile ring 13 arranged, which the first leg 10a in height Z extended to the top. A corresponding outer profile ring 14 is on the outer thigh 10b arranged. The base ring 10 , the inner profile ring 13 and the outer profile ring 14 together form the iron core 10 . 13 . 14 of the electromagnetic vibration exciter 1 and are therefore formed of a high permeability ferromagnetic material. The two profile rings 13 . 14 close each with a top 13a . 14a from the top down, which together the top 13a . 14a of the iron core 10 . 13 . 14 in height Z form. The two profile rings 13 . 14 are in the circumferential direction U annularly closed formed during the base ring 10 through the implementation 12 is interrupted.

Oberhalb der Oberseiten 13a, 14a des Eisenkerns 10, 13, 14 sind die Schaufeln 21 des Schaufelkranzes 2 angeordnet, siehe 5, so dass die Oberseiten 13a, 14a des Eisenkerns 10, 13, 14 in Umfangsrichtung U senkrecht zu den Schaufeln 21 angeordnet sind. Zwischen den Oberseiten 13a, 14a des Eisenkerns 10, 13, 14 und den Schaufeln 21 bzw. deren Unterseiten besteht ein Abstand d(ϑ), welcher auch als Luftspalt d(ϑ) bezeichnet werden kann. Die magnetischen Feldlinien, welche durch die Feldspule 15 im Betrieb erzeugt werden, fließen somit vom Basisring 10 durch z.B. dessen inneren Schenkel 10a in den inneren Profilring 13, über dessen Oberseite 13a sie in den Luftspalt d(ϑ) austreten. Von dort treten die magnetischen Feldlinien in die Schaufeln 21 ein und fließen radial nach außen durch die Schaufeln 21 hindurch, um oberhalb des äußeren Profilrings 14 in den dort gebildeten Luftspalt d(ϑ) auszutreten. Über diesen Luftspalt d(ϑ) treten die magnetischen Feldlinien über die Oberseite 14a des äußeren Profilrings 14 in diesen und von dort in den Basisring 10 wieder ein, so dass sich die magnetischen Feldlinien schließen.Above the tops 13a . 14a of the iron core 10 . 13 . 14 are the shovels 21 of the scoop wreath 2 arranged, see 5 so the topsides 13a . 14a of the iron core 10 . 13 . 14 in the circumferential direction U perpendicular to the blades 21 are arranged. Between the tops 13a . 14a of the iron core 10 . 13 . 14 and the blades 21 or whose undersides there is a distance d ( θ ), which also serves as an air gap d ( θ ). The magnetic field lines passing through the field coil 15 generated during operation, thus flow from the base ring 10 for example, its inner thigh 10a in the inner profile ring 13 , above its top 13a into the air gap d ( θ ) exit. From there, the magnetic field lines enter the blades 21 and flow radially outward through the blades 21 through to above the outer profile ring 14 into the air gap d ( θ ) exit. About this air gap d ( θ ) the magnetic field lines pass over the top 14a of the outer profile ring 14 in these and from there into the base ring 10 again, so that close the magnetic field lines.

Erfindungsgemäß sind zum einen die beiden Profilringe 13, 14 ringförmig geschlossen, so dass eine magnetische Anziehungskraft F in Umfangsrichtung U ununterbrochen auf die Schaufeln 21 wirken kann. Hierdurch können Gradienten und die hierdurch hervorgerufenen Erwärmungen der Schaufeln 21 vermieden werden.According to the invention, on the one hand, the two profile rings 13 . 14 closed annularly, giving a magnetic attraction F in the circumferential direction U unbroken on the blades 21 can work. This can cause gradients and the resulting heating of the blades 21 be avoided.

Erfindungsgemäß sind zum anderen die beiden Profilringe 13, 14 mit einer über den Umfang U bzw. über den Umfangswinkel ϑ variierenden Höhe h(ϑ) ihrer Oberseite 13a, 14a ausgebildet, so dass auch der Abstand d(ϑ) bzw. Luftspalt d(ϑ) variiert, siehe 5. Dies ist auch in der 4 durch die perspektivische Darstellung zu erkennen, so dass dort ein Minimum 16 der Höhe h(ϑ) und ein Maximum 17 der Höhe h(ϑ) gekennzeichnet sind. Durch diese Veränderung der Höhe h(ϑ) über den Umfangswinkel ϑ kann der Abstand d(ϑ) bzw. der Luftspalt d(ϑ) über den Umfangswinkel ϑ entsprechend variiert werden, woraus eine Beeinflussung der magnetischen Anziehungskraft F(ϑ) über den Umfangswinkel ϑ resultiert. Durch diese Art der Erzeugung der magnetischen Anziehungskraft F(ϑ) kann eine deutlich ausgeprägtere Schwingung der grundharmonischen Anregungsfrequenz EO1 , d.h. eine stärkere Amplitude der grundharmonischen Anregungsfrequenz EO1 , angeregt werden als die störenden Oberwellen EO2 .According to the invention, on the other hand, the two profile rings 13 . 14 with one over the circumference U or over the circumferential angle θ varying height h ( θ ) of their top 13a . 14a formed so that the distance d ( θ ) or air gap d ( θ ), see 5 , This is also in the 4 to recognize by the perspective view, so there is a minimum 16 the height h ( θ ) and a maximum 17 the height h ( θ ) Marked are. Through this change in the height h ( θ ) over the circumferential angle θ can the distance d ( θ ) or the air gap d ( θ ) over the circumferential angle θ be varied accordingly, resulting in an influence of the magnetic attraction F ( θ ) over the circumferential angle θ results. By this way of generating the magnetic attraction F ( θ ) can be a much more pronounced oscillation of the fundamental harmonic excitation frequency EO 1 . d .H. a stronger amplitude of the fundamental harmonic excitation frequency EO 1 , are excited as the interfering harmonics EO 2 ,

Dabei sind die Profilringe 13, 14 abnehmbar ausgebildet, um verschiedene Verläufe der Höhe h(ϑ) an ein und demselben Basisring 10 realisieren zu können. Die Profilringe 13, 14 können hierzu von oben auf den Basisring 10 aufgesetzt und auch wieder nach oben abgenommen werden. Sowohl zur Halterung als auch zur Ausrichtung in der radialen Richtung r und in der Umfangsrichtung U weist jeder Profilring 13, 14 an seiner Unterseite ein Paar von einander diametral gegenüberliegenden Aussparungen in Form zweier Bohrungen auf (nicht dargestellt), in welchen jeweils ein Zentrierstift aufgenommen werden kann (nicht dargestellt). Der Basisring 10 weist an seiner Oberseite die entsprechenden vier Aussparungen 11 als Bohrungen 11 auf, in welche die Zentrierstifte (nicht dargestellt) aufgenommen werden können.Here are the profile rings 13 . 14 detachably designed to allow different courses of height h ( θ ) on the same base ring 10 to be able to realize. The profile rings 13 . 14 can do this from the top of the base ring 10 put on and taken off again upwards. Both for mounting and for alignment in the radial direction r and in the circumferential direction U has each profile ring 13 . 14 on its underside a pair of diametrically opposed recesses in the form of two holes (not shown), in each of which a centering pin can be received (not shown). The base ring 10 has at its top the corresponding four recesses 11 as holes 11 in which the centering pins (not shown) can be accommodated.

Die 7 bis 12 zeigen jeweils ein Diagramm der magnetischen Anziehungskraft F(ϑ) über den Umfangswinkel ϑ für ein erstes bis sechstes Profil des Eisenkerns 10, 13, 14 des erfindungsgemäßen elektromagnetischen Schwingungsanregers 1. Durch verschiedene harmonische Verläufe können stetige magnetische Anziehungskräfte F(ϑ) ausgeübt werden, welche z.B. einen sinusförmigen Verlauf haben können, vgl. 7. Die 8 zeigt z.B. eine Fourierreihe in Form der Überlagung mehrerer harmonischer Funktionen mit unterschiedlichen Frequenzen. Es sind jedoch auch unstetige unterbrochene Verläufe möglich, um derartige magnetische Anregungen zu betrachten, vgl. 9 und 11. Beispielsweise zeigt die 9 diskrete Ausprägungen, die einer harmonischen Funktion folgen. Die 10 zeigt den Verlauf, welcher aus einem zufälligen Oberflächenprofil resultiert. Die 11 zeigt einen einzelnen Sägezahn als Verlauf. Ferner zeigt die 12 zwei phasenverschobene Funktionen der Profilringe 13, 14.The 7 to 12 each show a diagram of the magnetic attraction F ( θ ) over the circumferential angle θ for a first to sixth profile of the iron core 10 . 13 . 14 the electromagnetic vibration exciter according to the invention 1 , Through various harmonic processes, continuous magnetic forces of attraction F ( θ ), which, for example, may have a sinusoidal course, cf. 7 , The 8th shows, for example, a Fourier series in the form of the superposition of several harmonic functions with different frequencies. However, discontinuous discontinuous courses are also possible in order to consider such magnetic excitations, cf. 9 and 11 , For example, the shows 9 discrete expressions that follow a harmonic function. The 10 shows the course resulting from a random surface profile. The 11 shows a single sawtooth as a gradient. Furthermore, the shows 12 two phase-shifted functions of the profile rings 13 . 14 ,

Auf diese Art und Weise können erfindungsgemäß gezielt verschiedene magnetische Anregungen mit vergleichsweise großen Amplituden der gewünschten grundharmonischen Anregungsfrequenz EO1 auf die Schaufeln 21 eines Schaufelkranzes 2 ausgeübt werden, um die hieraus resultierenden Messergebnisse z.B. mit den Ergebnissen eines Simulationsprogramms zur Auslegung von Schaufeln 21 zu vergleichen und hierdurch das Simulationsprogramm zu verbessern.In this way, different magnetic excitations with comparatively large amplitudes of the desired fundamental harmonic excitation frequency can be used according to the invention EO 1 on the blades 21 a shovel wreath 2 exercise the resulting measurement results, for example, with the results of a simulation program for the design of blades 21 to compare and thereby improve the simulation program.

Mit anderen Worten gelingt es durch die vorliegende Erfindung, ein genau definiertes, kontinuierliches Anregungskraftprofil F(ϑ) auf eine Beschaufelung 2 aufzuprägen. Dies ist mit bestehenden Anregungskonzepten derzeit nicht möglich. Der eingangs erläuterte Nachteil bestehender Anregungskonzepte des Auftretens höher-harmonischer, störender Anregungsfrequenzen EO2 etc. kann mit der vorliegenden Erfindung deutlich besser als bisher bekannt vermieden werden. Damit wird es erstmals möglich, das Anregungskraftprofil F(ϑ) in experimentellen Versuchen möglichst genau zu kennen und zu kontrollieren. Es kann insbesondere die Validierung der Berechnungsprogramme zur Simulation des dynamischen Verhaltens von Beschaufelungen 2 verbessert werden.In other words, it is possible by the present invention, a well-defined, continuous excitation force profile F ( θ ) on a blading 2 impress. This is currently not possible with existing excitation concepts. The above-explained disadvantage of existing excitation concepts of the occurrence of higher-harmonic, disturbing excitation frequencies EO 2 etc. can be avoided with the present invention significantly better than previously known. This makes it possible for the first time, the excitation force profile F ( θ ) to know and control as precisely as possible in experimental experiments. It can in particular validate the Calculation programs to simulate the dynamic behavior of blading 2 be improved.

Das entstehende Magnetfeld ist bei Wahl eines entsprechenden Verlaufs der Oberseiten 13a, 14a der Profilringe 13, 14 über den Umfang U stetig und hat keine starken Gradienten. Dadurch wird ebenfalls die eingangs erwähnte sehr starke Erwärmung der Schaufeln 21 durch die Anregung mit einzelnen Magneten vermieden.The resulting magnetic field is at a choice of a corresponding course of the tops 13a . 14a the profile rings 13 . 14 over the circumference U steady and does not have strong gradients. This also causes the above-mentioned very strong heating of the blades 21 avoided by the excitation with individual magnets.

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 2 in Zukunft sicherer und zeiteffizienter ausgelegt werden. Die höhere Genauigkeit im Auslegungsprozess kann zu besseren Eigenschaften der Schaufeln 21 führen, wodurch letztendlich der Wirkungsgrad der Turbine bzw. des Triebwerks steigt.The present invention can be used in addition to university research in industrial design process, for example, the turbine manufacturer. By means of the possibility of validating the calculation programs better with the present invention, real executed blading can be achieved 2 be designed to be safer and more time-efficient in the future. The higher accuracy in the design process can lead to better properties of the blades 21 lead, which ultimately increases the efficiency of the turbine or the engine.

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 iron core 10, 13, 14 of the 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 the outer profile ring 15 from the blade 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 iron core 10, 13 14 of the inner profile ring 13 and / or the outer 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 iron core 10, 13, 14
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

Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.This list of the documents listed by the applicant has been generated automatically and is included solely for the better information of the reader. The list is not part of the German patent or utility model application. The DPMA assumes no liability for any errors or omissions.

Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • DE 4334799 A1 [0017]DE 4334799 A1 [0017]

Claims (14)

Elektromagnetischer 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.Electromagnetic vibration exciter (1) for vibrational excitation of the blades (21) of a blade ring (2), with at least one iron core (10, 13, 14), which is of annular design over at least sections, preferably continuously, in the circumferential direction (U) over a circumferential angle (θ), 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 circuit (10, 13, 14) at least Sectionally, preferably continuously, a distance (d (θ)) in the height (Z) to the blades (21), and with at least one field coil (15), which is designed to be electrically supplied and to generate an electromagnetic field, which at least partially through the iron core (10, 13, 14), through the blades (21) and over the distance (d (θ)), wherein the distance (d (θ)) over the circumferential angle (θ) at least one change in the height (Z). Elektromagnetischer Schwingungsanreger (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand (d(ϑ)) über den Umfangswinkel (ϑ) eine Mehrzahl von Veränderungen in der Höhe (Z) aufweist.Electromagnetic vibration exciter (1) according to Claim 1 , characterized in that the distance (d (θ)) over the circumferential angle (θ) has a plurality of changes in the height (Z). Elektromagnetischer Schwingungsanreger (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Veränderung(en) in der Höhe (Z) in der Umfangsrichtung (U) zumindest abschnittsweise, vorzugsweise durchgehend, stetig ist/sind.Electromagnetic vibration exciter (1) according to Claim 1 or 2 , characterized in that the change (s) in the height (Z) in the circumferential direction (U) at least in sections, preferably continuously, is / are continuous. Elektromagnetischer Schwingungsanreger (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand (d(ϑ)) über den Umfangswinkel (ϑ) zumindest abschnittsweise, vorzugsweise durchgehend, einen harmonischen Verlauf in der Höhe (Z) aufweist.Electromagnetic vibration exciter (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the distance (d (θ)) over the circumferential angle (θ) at least in sections, preferably continuously, a harmonic curve in the height (Z). Elektromagnetischer Schwingungsanreger (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand (d(ϑ)) über den Umfangswinkel (ϑ) zumindest abschnittsweise, vorzugsweise durchgehend, in der Höhe (Z) einem Verlauf einer fouriertransformierbaren Funktion entspricht.Electromagnetic vibration exciter (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the distance (d (θ)) over the circumferential angle (θ) at least in sections, preferably continuously, in the height (Z) corresponds to a curve of a Fourier transformable function. Elektromagnetischer Schwingungsanreger (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Veränderung(en) in der Höhe (Z) in der Umfangsrichtung (U) zumindest abschnittsweise, vorzugsweise durchgehend, sprungartig ist/sind.Electromagnetic vibration exciter (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the change (s) in the height (Z) in the circumferential direction (U) at least in sections, preferably continuously, is / are sudden. Elektromagnetischer Schwingungsanreger (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Eisenkern (10, 13, 14) U-förmig ausgebildet ist, so dass von dem Eisenkern (10, 13, 14) ein nach oben offener Innenraum (10c) gebildet wird, wobei die Feldspule (15) innerhalb des Innenraums (10c) angeordnet ist.Electromagnetic vibration exciter (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the iron core (10, 13, 14) is U-shaped, so that of the iron core (10, 13, 14) an upwardly open interior (10c) is formed, wherein the field coil (15) within the interior (10 c) is arranged. Elektromagnetischer Schwingungsanreger (1) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Eisenkern (10, 13, 14) einen Basisring (10) mit einem radial inneren Schenkel (10a) und einem radial äußeren Schenkel (10b) aufweist, wobei die beiden Schenkel (10a, 10b) den Innenraum (10c) radial beidseitig begrenzen, und dass der Eisenkern (10, 13, 14) einen inneren Profilring (13), welcher auf dem radial inneren Schenkel (10a) des Basisrings (10) angeordnet ist, und einen äußeren Profilring (14) aufweist, welcher auf dem radial äußeren Schenkel (10b) des Basisrings (10) angeordnet ist, wobei die Oberseite (13a) des inneren Profilrings (13) und/oder die Oberseite (14a) das äußeren Profilrings (14) die Oberseite (13a, 14a) des Eisenkerns (10. 13, 14) bildet/bilden.Electromagnetic vibration exciter (1) according to Claim 7 , characterized in that the iron core (10, 13, 14) has a base ring (10) with a radially inner leg (10a) and a radially outer leg (10b), wherein the two legs (10a, 10b) the inner space (10c ) radially on both sides, and that the iron core (10, 13, 14) an inner profile ring (13) which on the radially inner leg (10a) of the base ring (10) is arranged, and an outer profile ring (14), which is arranged on the radially outer limb (10b) of the base ring (10), wherein the upper side (13a) of the inner profile ring (13) and / or the upper side (14a) the outer profile ring (14) the upper side (13a, 14a) of Iron core (10 13, 14) forms / form. Elektromagnetischer Schwingungsanreger (1) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der innere Profilring (13) und/oder der äußere Profilring (14) austauschbar auf dem Basisring (10) angeordnet ist/sind.Electromagnetic vibration exciter (1) according to Claim 8 , characterized in that the inner profile ring (13) and / or the outer profile ring (14) is arranged interchangeably on the base ring (10) / are. Elektromagnetischer Schwingungsanreger (1) nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass wobei die Oberseiten (13a, 14a) der Profilringe (13, 14) über den Umfangswinkel (ϑ) zumindest abschnittsweise, vorzugsweise durchgehend, den gleichen oder einen unterschiedlichen Verlauf aufweisen.Electromagnetic vibration exciter (1) according to Claim 8 or 9 , Characterized in that the top faces (13a, 14a) of the profile rings (13, 14) over the circumferential angle (θ) at least in sections, preferably continuously, the same or a different course have. Elektromagnetischer Schwingungsanreger (1) nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Eisenkern (10, 13, 14) in der Umfangsrichtung (U) bis auf eine Durchführung (12) der elektrischen Anschlüsse der Feldspule (15) ringförmig geschlossen ist, und dass die Profilringe (13, 14) in der Umfangsrichtung (U) durchgehend ringförmig geschlossen sind.Electromagnetic vibration exciter (1) according to one of Claims 8 to 10 , characterized in that the iron core (10, 13, 14) in the circumferential direction (U) except for a passage (12) of the electrical connections of the field coil (15) is annularly closed, and that the profile rings (13, 14) in the Circumferential direction (U) are closed continuously annular. Elektromagnetischer Schwingungsanreger (1) nach einem der Ansprüche 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Profilringe (13, 14) formschlüssig, vorzugsweise jeweils durch eine Steckverbindung, und/oder kraftschlüssig, vorzugsweise jeweils durch zumindest ein Paar von Zentrierstiften, auf den Schenkeln (10a, 10b) des Basisrings (10) gehalten werden.Electromagnetic vibration exciter (1) according to one of Claims 8 to 11 , characterized in that the profile rings (13, 14) positively, preferably each by a plug connection, and / or non-positively, preferably by at least one pair of centering pins on the legs (10a, 10b) of the base ring (10) are held. Elektromagnetischer Schwingungsanreger (1) nach einem der Ansprüche 8 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Profilringe (13, 14) in der radialen Richtung (r) und/oder in der Umfangsrichtung (U) definiert auf den Schenkeln (10a, 10b) des Basisrings (10), vorzugsweise jeweils durch zumindest ein Paar von Zentrierstiften, positioniert sind.Electromagnetic vibration exciter (1) according to one of Claims 8 to 12 , characterized in that the profile rings (13, 14) in the radial direction (r) and / or in the circumferential direction (U) defined on the legs (10a, 10b) of the base ring (10), preferably each by at least one pair of centering pins are positioned. Elektromagnetischer Schwingungsanreger (1) nach einem der Ansprüche 8 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass der innere Profilring (13) und/oder der äußere Profilring (14) ein ferromagnetisches Material mit hoher Permeabilität aufweist/ausweisen, vorzugsweise aus einem ferromagnetischen Material mit hoher Permeabilität besteht/bestehen.Electromagnetic vibration exciter (1) according to one of Claims 8 to 13 , characterized in that the inner profiled ring (13) and / or the outer profiled ring (14) comprises / have a high permeability ferromagnetic material, preferably consisting of a high permeability ferromagnetic material.
DE102017114153.7A 2017-06-26 2017-06-26 Electromagnetic vibration exciter to excite vibrations in the blades of a blade ring Expired - Fee Related DE102017114153B4 (en)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102017114153.7A DE102017114153B4 (en) 2017-06-26 2017-06-26 Electromagnetic vibration exciter to excite vibrations in the blades of a blade ring
PCT/EP2018/061736 WO2019001813A1 (en) 2017-06-26 2018-05-07 Electromagnetic vibration exciter for exciting vibrations of the blades of a blade ring

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102017114153.7A DE102017114153B4 (en) 2017-06-26 2017-06-26 Electromagnetic vibration exciter to excite vibrations in the blades of a blade ring

Publications (2)

Publication Number Publication Date
DE102017114153A1 true DE102017114153A1 (en) 2018-12-27
DE102017114153B4 DE102017114153B4 (en) 2020-08-20

Family

ID=62143150

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE102017114153.7A Expired - Fee Related DE102017114153B4 (en) 2017-06-26 2017-06-26 Electromagnetic vibration exciter to excite vibrations in the blades of a blade ring

Country Status (2)

Country Link
DE (1) DE102017114153B4 (en)
WO (1) WO2019001813A1 (en)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113279978B (en) * 2021-03-23 2024-01-26 厦门大学 Compressor and method for weakening acoustic excitation of compressor rotor blade

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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
DE4334799A1 (en) 1993-10-13 1995-04-20 Mtu Muenchen Gmbh Device for testing impeller vanes (blades)

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
NL93957C (en) * 1955-03-29 1959-11-16
DE102007016369A1 (en) * 2007-04-03 2008-10-09 Rolls-Royce Deutschland Ltd & Co Kg Method for determining the blade pitch on wheels in integral design
ATE521975T1 (en) * 2008-02-27 2011-09-15 Ansaldo Energia Spa METHOD AND DEVICE FOR DETECTING THE NATURAL FREQUENCIES OF VIBRATION OF A TURBINE BLADE

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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
DE4334799A1 (en) 1993-10-13 1995-04-20 Mtu Muenchen Gmbh Device for testing impeller vanes (blades)

Also Published As

Publication number Publication date
DE102017114153B4 (en) 2020-08-20
WO2019001813A1 (en) 2019-01-03

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP2229506B1 (en) Magnetic device for damping blade vibrations in turbomachines
EP2423651B1 (en) Method for measuring the viscosity of a medium with a coriolis volume flow measuring device
DE2917217C2 (en)
DE112011102531T5 (en) Magnetic gear device and holding part
DE102017119305A1 (en) Device and method for monitoring a device with a sliding bearing device
DE102007028728A1 (en) Device for balancing rotors
DE202007000665U1 (en) magnetic stirrer
DE102018128341A1 (en) ROTOR AND ROTATING ELECTRIC MACHINE
EP0727564A1 (en) Vibration damping for turbine blades
DE102017114153B4 (en) Electromagnetic vibration exciter to excite vibrations in the blades of a blade ring
DE19623236A1 (en) Angular speed measurement method for turbocharger
DE102008034553A1 (en) Unipolar radial magnetic bearing for bearing shaft, has magnetic coils attached at two poles and controllable so that vectorial sum of magnetic fluxes through three poles are zero, where poles are angular symmetrically arranged around axis
DE2911439A1 (en) ELECTROMAGNETIC CONVERTER FOR DRIVING AN ELECTRIC CLOCK
DE102019210392A1 (en) Electromagnetic linear actuator
DE102014006196A1 (en) Device for generating superimposed vibrations
DE19927494C2 (en) Magnetic resonance imaging device
DE102007028939A1 (en) Gas turbine module, particularly compressor module or turbine module for gas turbine formed as aircraft engine, has guide vanes of guide vane ring or rotor blades of rotor blade ring is made of piezo static material
DE537551C (en) Electromagnetic excitation device for generating, in particular, high-frequency mechanical vibrations
DE203318C (en)
DE102014008900A1 (en) Device for increasing the amplitude of dual-magnetic vibration exciters
DE829957C (en) Device for generating or detecting torsional vibrations
DE19937146A1 (en) Magnetic device for damping turbo machine blade oscillations has magnet(s) mounted on first vane end on first blade so end(s) of magnet(s) is opposite second vane end on second blade
DE202021004167U1 (en) A controller for an axial flux machine
AT20737B (en) AC current meter.
DE1548004A1 (en) Circuit arrangement for contactless electrical maintenance of torsional vibrations

Legal Events

Date Code Title Description
R012 Request for examination validly filed
R016 Response to examination communication
R018 Grant decision by examination section/examining division
R020 Patent grant now final
R082 Change of representative
R119 Application deemed withdrawn, or ip right lapsed, due to non-payment of renewal fee