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Die
Erfindung betrifft Gasturbinenmaschinen-Rotoranordnungen generell
und eine Vorrichtung zum Kontrollieren von Schwingungen in Rotorstufen
im Speziellen.
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Bläser-, Verdichter-
und Turbinen-Abschnitt einer Gasturbinenmaschine weisen typischerweise eine
Mehrzahl von Statorleitschaufel- und Rotorstufen auf. Die Statorleitschaufelstufen
lenken eine Luftströmung
(die nachfolgend als „Kerngasströmung" bezeichnet wird)
in einer günstigen
Richtung zu den strömungsabwärtigen Rotorstufen.
Jede Statorleitschaufelstufe weist eine Mehrzahl von Statorleitschaufeln
auf, die sich radial zwischen einer inneren und einer äußeren statischen
radialen Plattform erstrecken. Jede Rotorstufe weist eine Mehrzahl
von Rotorlaufschaufeln auf, die von einer rotationsfähigen Scheibe
radial nach außen
ragen. Abhängig
davon, wo die Rotorstufe in der Maschine ist, entzieht die Rotorstufe
der Kerngasströmung
entweder Energie oder fügt
dieser Energie zu. Die Geschwindigkeit der durch die Maschine strömenden Kerngasströmung nimmt
mit der Rotationsgeschwindigkeit der Rotoren in dem System zu. Eine
Geschwindigkeitskurve, welche die Kerngasströmungsgeschwindigkeiten unmittelbar
strömungsabwärts einer
Statorleitschaufelstufe zeigt, reflektiert Hochgeschwindigkeitsbereiche,
die strömungsabwärts von
den Passagen zwischen den Statorleitschaufeln angeordnet sind und
mit diesen ausgerichtet sind, und Bereiche niedriger Geschwindigkeit,
die strömungsabwärts einer jeden
Statorleitschaufel angeordnet sind und mit dieser ausgerichtet sind.
Die Ungleichheit zwischen den Bereichen hoher und niedriger Geschwindigkeit nimmt
mit der Zunahme der Geschwindigkeit der Kerngasströmung zu.
Die Bereiche hoher und niedriger Geschwindigkeit haben eine signifikante
Auswirkung auf die Rotorlaufschaufeln, welche sich durch den Bereich
unmittelbar strömungsabwärts der
Statorleitschaufeln bewegen.
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Rotorlaufschaufeln
haben typischerweise eine aerodynamischen Querschnitt, der es ihnen
ermöglicht,
als ein „Auftriebskörper" zu wirken. Der Begriff „Auftriebs körper" bezieht sich auf
eine Normalkraft, die auf das Strömungsprofil durch die an dem Strömungsprofil
von der Vorderkante zu der Hinterkante vorbei strömenden Luft
aufgebracht wird, welche dem Strömungsprofil „Auftrieb" verschafft. Die Normalkraft
ist eine Funktion von: (1) der Geschwindigkeit des an dem Strömungsprofil
vorbei strömenden
Gases; (2) dem „Anstellwinkel" des Strömungsprofils
relativ zur Richtung der Gasströmung
und (3) der Fläche
der Oberfläche
des Strömungsprofils.
Die Normalkraft wird typischerweise mathematisch als das Integral
des Druckunterschieds über
die Länge des
Strömungsprofils
beschrieben. Der Geschwindigkeitsunterschied der die Statorleitschaufelstufe verlassenden
Gasströmung
erzeugt eine Differenz bei der Normalkraft, welche auf die Rotorlaufschaufel wirkt.
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Die
durch die unterschiedlichen Geschwindigkeitsbereiche erzeugten Änderungen
der Normalkraft sind wegen der Schwingung signifikant, die sie in
die Rotorlaufschaufeln individuell und die Rotorstufe gemeinsam
einbringen. Bereiche niedriger Geschwindigkeit können als eine Normalkraft an
jeder Rotorlaufschaufel gleich „F" erzeugend, beschrieben werden und Bereiche
hoher Geschwindigkeit können als
eine Normalkraft an jeder Laufschaufel „F + ΔF" erzeugend beschrieben werden, wobei ΔF einen zusätzlichen
Betrag an Normalkraft repräsentiert.
Eine durch die Bereiche einer Gasströmung mit hoher und niedriger
Geschwindigkeit rotierende Laufschaufel wird deshalb periodische
Pulsationen erhöhter
Kraft „ΔF" (die auch als periodische
Anregungskraft bezeichnet wird), erfahren. Die Frequenz der periodischen
Anregungskraft ist eine Funktion der Drehzahl des Rotors, da die
Anzahl von Statorleitschaufeln, welche die Bereiche niedriger Geschwindigkeit
erzeugen, konstant ist. Die Größe von „ΔF" hängt von der
Geschwindigkeit der Kerngasströmung
ab.
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Schwingungen
in einer Rotorstufe sind niemals erwünscht, insbesondere wenn die
Frequenz der Anregungskraft mit einer Eigenfrequenz der Rotorstufe,
d.h. Resonanz, zusammenfällt.
In den meisten Fällen
kann die Resonanz durch „Abstimmen" der Eigenfrequenzen
der Rotorstufe in einen Bereich außerhalb der Frequenz der Anregungskraft
vermieden werden, durch ein Versteifen, durch Zugabe von Masse oder Ähnliches.
Alternativ kann Dämpfen
verwendet werden, um die resonante Antwort der Rotorstufe zu minimieren.
Es ist jedoch nicht immer möglich,
die Eigenfrequenzen einer Rotorstufe „abzustimmen", um unerwünschte re sonante
Antworten zu vermeiden. Auch ist es nicht immer möglich, Schwingungen
in einer Rotorstufe effektiv zu dämpfen.
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Es
wäre deshalb
ein großer
Vorteil, die Ursache der Schwingung (d.h. die Anregungskraft) zu
minimieren oder zu eliminieren, statt die Rotorstufe daran angepasst
zu machen, die Schwingung auszuhalten.
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US-A-4,255,083
beschreibt ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Verringern des
in einer Turbomaschine durch die Wechselwirkung der Laufschaufeln
eines Rings von Rotorlaufschaufeln und der Leitschaufeln eines Rings
von Statorleitschaufeln erzeugte Geräusch durch das Bilden eines
Gegengeräuschs
mit entgegengesetzter Phase zu verringern. Das wird erzielt durch
das Injizieren eines Fluids in die Strömungspassage der Maschine,
in der die Laufschaufeln und die Leitschaufeln angeordnet sind.
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US-A-5,275,528
beschreibt ein Verfahren zum Kontrollieren von Gasströmung in
einem Axialströmungsverdichter,
bei dem die Strömung
an mindestens einer gewählten
Station in der Richtung der Strömung
durch den Verdichter an einer Reihe von umfangsmäßig beabstandeten Positionen
erfasst wird. Strömungsvariationen über einem
vorbestimmten Limit werden evaluiert, um eine Betätigungsantwort
abzugeben, wenn die Variationen indizieren, dass eine Störung über einem
vorbestimmten akzeptablen Niveau vorliegt. Wenn eine derartige Störung detektiert
wird, wird Hochdruckströmungszapffluid von
dem Austrittsende des Verdichters an der Station injiziert, um die
Hauptgasströmung
dort zu ergänzen.
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US-A-5,005,353
beschreibt ein Kontrollsystem, welches aktiv mindestens einen Störmodus eines
unstetigen Bewegungsphänomens
in einer Turbomaschine kontrolliert, um eine Zunahme des Betriebsbereichs
der Turbomaschine zu ermöglichen. Das
Steuersystem hat eine Steuerbandbreite, die sich zumindestens zum
Teil mit der Bandbreite des unsteten Bewegungsphänomens erstreckt und durch Zuleiten
von Sensorsignalen, die mit dem unsteten Bewegungsphänomen in
Beziehung stehen, von einer Sensoranordnung in der Turbomaschine
zu einem Modenfilter arbeitet, der eine Signal oder Signale erzeugt,
die mit dem Störmodus
oder den Störmoden
in Beziehung stehen.
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US-A-4,199,295
beschreibt ein Verfahren zum Verringern des von den Laufschaufeln
von mindestens einem Ring von Rotorlaufschaufeln in einer Turbomaschine
erzeugten Geräusch
durch das Erzeugen eines Gegengeräuschs entgegengesetzter Phase.
Das wird erzielt durch das Injizieren von Fluidstrahlen unter Druck
durch Öffnungen,
die von dem Rotor getragen sind und in der Nähe des Umfangs der Laufschaufeln
angeordnet sind, und die Fluidströmung wird mit einer Frequenz
moduliert, die ein ganzzahliges Vielfaches der Rotationsfrequenz
der Rotorwelle ist.
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Gemäß einem
ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Bläser für eine Gasturbinenmaschine
bereitgestellt, aufweisend:
Eine Statorleitschaufelstufe, die
eine Mehrzahl von umfangsmäßig verteilten
Statorleitschaufeln aufweist;
Rotorstufe, die strömungsabwärts der
Statorleitschaufelstufe und dieser benachbart positioniert ist;
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eine
Einrichtung zum Kontrollieren von Schwingungen in der Rotorstufe,
wobei die Einrichtung eine Mehrzahl von Auslässen aufweist, die in einer
Auskleidung zwischen der Statorleitschaufelstufe und der Rotorstufe
angeordnet sind und mit den Statorleitschaufeln ausgerichtet sind;
wobei
die Auslässe
mit einer Hochdruckgasquelle verbunden sind, welche selektiv Gas
mit einem Druck bereitstellt, der substantiell höher ist, als ein Druck einer
Kerngasströmung,
welche durch die Rotorstufe strömt;
und
wobei das Hochdruckgas die Auslässe verläßt und auf die Rotorstufe einwirkt,
dadurch gekennzeichnet, dass die Rotorstufe um eine Achse durch
eine Kerngasströmung
rotiert, die sich im Wesentlichen parallel zu der Achse bewegt und,
bei Verwendung, die Kerngasströmung
umfangsmäßig verteilte
erste Bereiche und zweite Bereiche aufweist, wobei die ersten Bereiche
eine Kerngasströmung
aufweisen, die sich mit einer ersten Geschwindigkeit bewegt, und
die zweiten Bereiche eine Kerngasströmung aufweisen, die sich mit
einer zweiten Geschwindigkeit bewegt, und wobei die erste Geschwindigkeit
wesentlich höher
ist als die zweite Geschwindigkeit, und wobei die Einrichtung zum
Kontrollieren von Schwingungen Hochdruckgas von einer Gasquelle
in die zweiten Bereiche mit einem Druck einbringt, der wesentlich
höher ist
als der der Kerngasströmung,
um die durchschnittliche Geschwindigkeit der Kerngasströmung in
den Bereichen niedriger Geschwindigkeit auf im Wesentlichen die
des benachbarten Bereichs hoher Geschwindigkeit zu erhöhen, um
so den Unterschied der Kerngasströmungsgeschwindigkeit zwischen dem
ersten und dem zweiten Bereich zu verringern.
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Ein
Vorteil der vorliegenden Erfindung ist, dass die Ursache problematischer
Schwingungen angegangen wird, statt der sich ergebenden unerwünschten
Schwingung. Rotorstufen werden häufig „abgestimmt", um unerwünschte resonante
Antworten zu vermeiden, durch ein Versteifen der Rotorstufe oder
durch das Zugeben von Masse zu der Rotorstufe. Das Zugeben von Masse
zu einer Rotorstufe erhöht
in unerwünschter
Weise die Gesamtmasse der Rotorstufe und kann Spannungen in der
Rotorscheibe erhöhen.
Rotorstufen können
auch gedämpft
werden, um eine unerwünschte
resonante Antwort zu minimieren. Dämpfungsmittel schlagen sich
fast immer in den Kosten der Laufschaufeln nieder, erhöhen die Laufschaufel-Wartungsanforderungen
und können die
Lebensdauer einer Laufschaufel begrenzen. Die vorliegende Erfindung
minimiert oder eliminiert im Gegensatz Zwangsfunktionen, welche
die Schwingung verursachen, und eliminiert somit das Bedürfnis nach
einem „Abstimmen" oder Dämpfen einer
Rotorstufe.
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Ein
weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung ist, dass sie verwendet
werden kann, um problematische Schwingungen in integral mit Laufschaufeln
versehenen Rotoren (IBR – Integrally
Bladed Rotors) zu minimieren oder zu eliminieren. In vielen Fällen ist
es übermäßig schwierig,
eine IBR abzustimmen oder ihr eine adäquate Dämpfung bereitzustellen, wegen
der einstückigen
geometrischen Konfiguration des Rotors. Beispielsweise können die Laufschaufeln
des IBR häufig
nicht individuell maschinell bearbeitet werden, um Dämpfungsmittel
aufzunehmen. Die vorliegende Erfindung überwindet die Dämpfungsbeschränkungen
von IBM durch das Eliminieren des Bedürfnisses nach einem Ändern der Rotorlaufschaufeln
des IBR.
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Bestimmte
bevorzugte Ausführungsformen der
vorliegenden Erfindung werden nun nur beispielhaft und mit Bezugnahme
auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben, für die gilt:
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1 ist
eine schematische Ansicht einer Gasturbinenmaschine;
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2 ist
eine schematische Ansicht einer Statorleitschaufelstufe und einer
Rotorstufe aufweisend eine erste Ausführungsform der Vorrichtung
der vorliegenden Erfindung zum Kontrollieren von Schwingungen in
einer Rotorstufe;
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3 ist
eine schematische Ansicht einer Statorleitschaufelstufe und einer
Rotorstufe aufweisend eine zweite Ausführungsform der Vorrichtung der
vorliegenden Erfindung zum Kontrollieren von Schwingungen in einer
Rotorstufe;
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4 ist
eine schematische Ansicht einer Statorleitschaufelstufe und einer
Rotorstufe aufweisend eine dritte Ausführungsform, die nicht Teil
der beanspruchten Erfindung ist;
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5 ist
eine schematische Ansicht einer Statorleitschaufelstufe und einer
Rotorstufe, aufweisend ein Geschwindigkeitsprofil, welches strömungsabwärts der
Statorleitschaufelstufe genommen ist;
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6 ist
eine schematische Ansicht einer Statorleitschaufelstufe und einer
Rotorstufe, aufweisend ein Geschwindigkeitsprofil, welches strömungsabwärts der
Statorleitschaufelstufe genommen ist. Das in 6 gezeigte
Geschwindigkeitsprofil zeigt die Zugabe von Hochdruckgas von einer
bevorzugten Vorrichtung zum Kontrollieren von Schwingungen in einer
Rotorstufe; und
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7 ist
eine graphische Darstellung der Relation zwischen einer periodischen
Anregungskraftfrequenz und der Eigenfrequenz einer Rotorstufe gegen
die Rotationsgeschwindigkeit der Rotorstufe.
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1. Vorrichtung
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Es
wird auf die 1 Bezug genommen. Eine Gasturbinenmaschine 10 weist
einen Bläser 12, einen
Verdichter 14, eine Brennkammereinrichtung 16,
eine Turbine 18, eine Vorrichtung 20 zum Kontrollieren
von Schwingungen in einer Rotorstufe und eine Düse 22 auf. Luft 24 (die
auch als „Kerngasströmung" bezeichnet wird),
die über
den Bläser 12 in
die Maschine 10 eingesogen wird, folgt einem Weg, der im Wesentlichen
parallel zu der Achse der Maschine 10 ist, durch den Verdichter 14,
die Brennkammereinrichtung 16 und die Turbine 18 in
dieser Reihenfolge. Der Bläser 12,
der Verdichter 14 und die Turbine 18 weisen jeweils
eine Mehrzahl von Statorleitschaufelstufen 32 und Rotorstufen 34 auf.
Wie man in den 2 bis 4 erkennen
kann, weisen die meisten Statorleitschaufelstufen eine innere 36 und
eine äußere 38 radiale
Plattform und eine Mehrzahl von sich radial dazwischen erstreckenden
Statorleitschaufeln 40 auf. Jede Rotorstufe 34 weist
eine Mehrzahl von Rotorlaufschaufeln 42 auf, die von einer
Scheibe 44 nach außen
ragen. Die Rotorlaufschaufeln 42 können an der Scheibe 44 mit
konventionellen Befestigungsmethoden (z.B. Tannenbaum- oder Schwalbenschwanz-Wurzel – nicht
gezeigt) befestigt sein oder können
integral als Teil eines integral mit Laufschaufeln versehenen Rotors
(IBR – Integrally
Bladed Rotor) angebracht sein. Auskleidungen 46, die radial
außerhalb
der Rotorstufen 34 angeordnet sind, können äußere Laufschaufelluftdichtungen
aufweisen (nicht gezeigt) oder ähnliches
aufweisen zum Abdichten an der Spitze der Rotorlaufschaufeln 42.
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In
der bevorzugten Ausführungsform
weist die Vorrichtung 20 zum Kontrollieren von Schwingungen
in einer Rotorstufe 34 eine Quelle 48 von Hochdruckgas
(siehe 1), eine Mehrzahl von Auslässen 50 zum Abgeben
von Hochdruckgas strömungsaufwärts der
Rotorstufe 34, eine die Auslässe 50 mit der Quelle 48 von
Hochdruckgas verbindende Verzweigungseinrichtung 52, ein
selektiv betätigbares Ventil 54,
welches zwischen der Hochdruckgasquelle 48 und den Auslässen 50 angeordnet
ist, einen Maschinendrehzahlsensor 56 und eine programmierbare
Steuerung 58 (siehe 1 für den Sensor 56 und die
Steuerung 58) auf. Die Hochdruckgasquelle 48 ist vorzugsweise
der Verdichter 14, obwohl die exakte Abzapfposition in
dem Verdichter 14 von den Druckbedürfnissen der vorliegenden Anwendung
abhängen
wird, d.h. Gas bei einem relativ höheren Druck kann von den letzteren
Verdichterstufen abgezapft werden und Gas bei einem relativ niedrigeren
Druck kann von den früheren
Verdichterstufen abgezapft werden. Jeder Auslass 50 ist
eine Öffnung
mit einer Querschnittsfläche,
die gewählt
ist, um für
einen vorbestimmten Gasdruck eine bestimmte Geschwindigkeit der
den Auslass 50 verlassenden Kerngasströmung 23 zu erzeugen.
Bei einer alternativen Ausführungsform
hat jeder Auslass 50 eine selektiv einstellbare Querschnittsfläche. In
einer ersten Ausführungsform
(2 und 3) sind die Auslässe 50 in der
Auskleidung 46 zwischen der Statorleitschaufelstufe 32 und
der Rotorstufe 34 ausgerichtet mit den Statorleitschaufeln 40 angeordnet.
In einer zweiten Ausfüh rungsform
(4), die nicht Teil der beanspruchten Erfindung
ist, sind die Auslässe 50 in
der Hinterkante 60 der Statorleitschaufeln 40 angeordnet.
In den Statorleitschaufeln 40 sind die Auslässe 50 vorzugsweise
der äußeren radialen
Plattform 38 benachbart positioniert, es können jedoch
zusätzliche
Auslässe 50 in
der Hinterkante 60 oder dieser benachbart zwischen der
inneren 36 und der äußeren 38
radialen Plattform angeordnet sein. Tatsächlich kann ein Auslass 50 in
der Hinterkante 60 an einer Position angeordnet sein, die
radial mit einer speziellen Region der Rotorlaufschaufeln 42,
die einem speziellen Schwingungsmodus unterworfen sind, ausgerichtet
ist. Eine oder mehrere erste Hochdruckleitungen 62 verbinden
die Verzweigungseinrichtung 52 mit der Verdichterstufe 34.
Eine Mehrzahl von zweiten Hochdruckleitungen 64 verbindet
die Verzweigungseinrichtung 52 mit den Auslässen 50.
In einer Ausführungsform
(2) weist jede erste Hochdruckleitung 62 ein
selektiv betätigbares
Ventil 54 auf. In einer anderen Ausführungsform (3)
weist jede zweite Hochdruckleitung 64 ein selektiv betätigbares
Ventil 54 auf. Der Maschinendrehzahlsensor 56 (der
in der 1 schematisch gezeigt ist), ist eine kommerziell
erhältliche
Einheit, beispielsweise ein elektromechanischer Tachometer. Die
programmierbare Steuerung 58 (die schematisch in der 1 gezeigt
ist), ist eine kommerziell erhältliche
Einheit, die eine zentrale Prozessiereinheit (CPU), eine Speichervorrichtung,
eine Eingabevorrichtung und eine Ausgabevorrichtung aufweist.
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II.
Betrieb Es wird auf die 1 Bezug genommen. Beim Betrieb
der Maschine 10 strömt
Kerngasströmung 23 durch
den Bläser 12,
den Verdichter 14, die Brennkammereinrichtung 16 und
die Turbine 18, bevor sie durch die Düse 22 austritt. Der
Bläser- und
der Verdichterabschnitt 12, 14 fügen der
Kerngasströmung 23 durch
Erhöhen
des Drucks der Strömung 23 Energie
zu. Die Brennkammereinrichtung 16 fügt zusätzliche Energie der Kerngasströmung 23 durch
das Injizieren von Brennstoff und Verbrennen der Mischung zu. Die
Turbine 18 entzieht der Kerngasströmung 23 Energie, um
den Bläser 12 und
den Verdichter 14 anzutreiben.
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Es
wird auf die 5 und 6 Bezug
genommen. Geschwindigkeitsprofile 68, welche die durch
die Statorleitschaufelstufe 32 und in dem Weg einer Rotorstufe 34 in
dem Bläser 12,
dem Verdichter 14 oder der Turbine 18 strömende Kerngasströ mung weist
typischerweise umfangsmäßig verteilt
eine Mehrzahl von Bereichen hoher 70 und niedriger 72 Geschwindigkeit
auf. Die Bereiche 72 niedriger Geschwindigkeit sind strömungsabwärts der
Statorleitschaufeln 40 angeordnet und mit diesen ausgerichtet.
Die Bereiche 70 hoher Geschwindigkeit sind strömungsabwärts der
Passagen 74 zwischen den Statorleitschaufeln 40 angeordnet
und mit diesen ausgerichtet. Die durch die Bereiche hoher 70 und
niedriger 72 Geschwindigkeit laufenden Rotorlaufschaufeln 42 erfahren
die vorangehend als „ΔF" beschriebene periodische
Anregungskraft. Die periodische Anregungskraft ist insbesondere
problematisch, wenn sie eine Frequenz hat, die mit einer Eigenfrequenz
der Rotorstufe 34 (einschließlich irgendeiner der den Rotorlaufschaufeln 42 zuweisbaren)
zusammenfällt, d.h.
einem resonanten Zustand. Resonanz zwischen einer Anregungskraft
und einer Eigenfrequenz einer Rotorstufe 34 kann Schwingungen
und diese begleitende Spannungsniveaus in der Rotorstufe 34 verstärken. 7 zeigt
graphisch die Relation zwischen einer Anregungskraft-Frequenz 78,
einer Eigenfrequenz 80, einer Rotorstufe und der Rotationsgeschwindigkeit
der Rotorstufe. Die Schnittstellen 82, die zwischen den
Anregungskraft-Frequenzen 78 und
den Eigenfrequenzen 80 der Rotorstufe bei speziellen Rotorstufen-Rotationsgeschwindigkeiten (RV1, RV2, RV3) gezeigt sind, sind dort, wo resonante Antworten
wahrscheinlich auftreten.
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Es
wird auf die 1 Bezug genommen. Um eine unerwünschte Resonanzantwort
zu vermeiden oder zu minimieren, ist die Steuerung 58 mit
empirisch entwickelten Daten (d.h. wie den in 7 gezeigten)
programmiert, die die Rotorstufendrehzahl (und deshalb die Frequenz
der Anregungskraft) mit den Eigenfrequenzen der Rotorstufe 34 korrelieren. Die
Steuerung 58 empfängt
ein Signal, welches die Drehzahl der Rotorstufe 34 repräsentiert,
von dem Maschinendrehzahlsensor 56. An kritischen Stellen, wo
die Anregungskraft-Frequenz gleich oder im Wesentlichen gleich einer
Eigenfrequenz einer Rotorstufe 34 ist, sendet die Steuerung 58 ein
Signal zum Öffnen
an das bzw. die selektiv betreibbare Ventil(e) 54. Das
bzw. die offene(n) Ventil(e) 54 erlaubt es, von dem Verdichter 14 abgezapftem
Hochdruckgas zwischen dem Verdichter 14 und den strömungsaufwärts der
Rotorstufe 34 angeordneten Auslässen 50 zu strömen. Wenn
das bzw. die selektiv betreibbare(n) Ventil(e) 54 in der
bzw. den ersten Hochdruckleitung(en) 62 angeordnet ist
(siehe 2 und 4), erlaubt das Öffnen des
bzw. der Ventil(e) 54 Strömen von Hochdruck-Kerngas von
dem Verdichter 14 in die Verzweigungs einrichtung 52,
wo es auf jeden der Auslässe 50 verteilt
wird. Wenn andererseits das bzw. die selektiv betätigbare(n)
Ventil(e) in den zweiten Hochdruckleitung(en) 64 (siehe 3) angeordnet
ist bzw. angeordnet sind, erlaubt das Öffnen des Ventils bzw. der
Ventile 54 das Strömen
von Hochdruck-Kerngas von dem Verdichter 14, welches bereits
in die Verzweigungseinrichtung 52 verteilt ist, in jeden
der Auslässe 50.
In beiden Fällen
strömt
das Hochdruckgas 76, welches die Auslässe 50 verläßt (graphisch
in der 6 gezeigt) in den Bereich 72 niedriger
Geschwindigkeit strömungsabwärts einer jeden
Statorleitschaufel 40. Das in die Bereiche 72 niedriger
Geschwindigkeit gelangende Hochdruckgas 76 erhöht die durchschnittliche
Geschwindigkeit der Kerngasströmung 23 in
den Bereichen 72 niedriger Geschwindigkeit auf im Wesentlichen
die der benachbarten Bereiche 70 hoher Geschwindigkeit.
An den Statorleitschaufeln 40 vorbei rotierende Laufschaufeln 42 erfahren
folglich eine substantiell verringerte „ΔF" periodische Anregungskraft oder überhaupt
keine periodische Anregungskraft. Die Schwingung und Spannung, welche
durch die periodische Anregungskraft verursacht ist, ist folglich
substantiell verringert oder eliminiert. Wenn der Maschinendrehzahlsensor 56 der
Steuerung 58 anzeigt, dass die Rotationsgeschwindigkeit
der Rotorstufe 34 und deshalb die Frequenz der Anregungskraft
sich von der kritischen Stelle weg bewegt hat, signalisiert die Steuerung 58 dem
bzw. den selektiv betätigbaren Ventil(en) 54 zu
schließen
und das Strömen
von Hochdruckgas 76 durch die Auslässe 50 zu unterbinden.
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Anwendungsabhängig kann
es nicht erforderlich sein, die Vorrichtung 20 zum Kontrollieren
von Schwingungen jedes Maß arbeiten
zu lassen, wo die Eigenfrequenz der Rotorstufe 34 und die
Frequenz der Anregungskraft zusammenfallen. Das gilt insbesondere,
wo die Frequenzen bei niedrigeren Rotorrotationsgeschwindigkeiten
zusammenfallen, wo die Anregungskräfte in ihrer Größe relativ
niedrig sind und die Resonanzantwort tolerabel ist. Außerdem ist es
auch möglich,
eine Strömung
von Hochdruckgasströmung
durch die Auslässe 50 zu
jeder Zeit beizubehalten und so das Bedürfnis nach der selektiv betätigbaren
Ventileinrichtung 54 zu eliminieren. Anwendungsabhängig kann
eine konstante Strömung durch
die Auslässe
machbar sein, insbesondere, wenn die Querschnittsfläche eines
jeden Auslasses selektiv variabel ist.
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Obwohl
die Erfindung mit Bezugnahme auf detaillierte Ausführungsformen
davon gezeigt und beschrieben wurde, wird der Fachmann verstehen, dass
verschiedene Änderungen
in deren Form und Detail vorgenommen werden können, ohne von dem Umfang der
Erfindung, wie sie durch die Ansprüche definiert ist, abzuweichen.
Als ein Beispiel beschreiben die gezeigten Ausführungsformen die Quelle von Hochdruckgas
als den Verdichter. Andere Quellen von Hochdruckgas können alternativ
verwendet werden.
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Somit
ist zumindestens in den gezeigten Ausführungsformen der vorliegenden
Erfindung eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Minimieren oder Eliminieren
von Rotorlaufschaufel-Schwingungen vorgesehen, welche bzw. welches
die Ursache der Schwingung minimiert oder eliminiert.