EP1965024B1 - Verfahren zur Reduzierung der Schwingungsniveaus eines Schaufelrads eines Turbotriebwerks - Google Patents

Claims (7)

1. Verfahren zum Reduzieren der Schwingungspegel, die in einem Turbotriebwerk (1) auftreten können, das mindestens ein erstes Schaufelrad (11; 11'; 21; 21') und ein zweites Schaufelrad (12; 12'; 22; 22') umfasst, wenn die beiden Räder sich im Verhältnis zueinander um eine Drehachse herum bewegen und von einem gasförmigen Fluid durchströmt werden, aufgrund von Störungen aerodynamischen Ursprungs, die von dem zweiten Schaufelrad oder einer Behinderung auf dem ersten Schaufelrad hervorgerufen werden, dadurch gekennzeichnet, dass es bei der Auslegung der beiden Schaufelräder folgende Schritte umfasst:

   A) Definieren einer Ausgangskonfiguration der Schaufeln je nach der erwarteten Leistung des Turbotriebwerks, wobei die einzelnen aerodynamischen Profile von p Schnitten (c1, c2, ... cp) radial zwischen Wurzel und Spitze der Schaufeln geschichtet werden;

   B) Berechnen der synchronen Zwangsreaktion y(ω) an dem ersten Schaufelrad je nach der harmonischen Erregungskraft f(ω), die von dem zweiten Schaufelrad oder der Behinderung erzeugt wird, ausgehend von der Beziehung y(ω) = F(^Ty_v*f(ω)), wobei F eine lineare Funktion der generalisierten aerodynamischen Kraft ^Ty_v*f(ω) für die betrachtete Eigenschwingung v ist;

   C) Definieren eines Koeffizienten (α<1) zum Reduzieren der synchronen Zwangsreaktion y(ω);

   D) Bestimmen für jeden der p geschichteten Schnitte (c1, c2, ... cp) eines der beiden Räder eines tangentialen geometrischen Versatzwertes θ, um den Terminus, welcher der generalisierten aerodynamischen Kraft entspricht, die mit der Eigenschwingung v |^Ty*f(ω)| verknüpft ist, zu reduzieren, wobei die zeitliche Phasenverschiebung ϕ des Erregungsdrucks f(ω) mit dem tangentialen geometrischen Versatz durch die Beziehung θ = N_excit*ϕ zusammenhängt, wobei N_excit die Anzahl der Erregungsquellen ist; wobei die Menge der p Schnitte mit den Tangentialversätzen somit eine neue Konfiguration der Schaufeln des einen der beiden Räder definiert;

   E) Berechnen der synchronen Zwangsreaktion y'(ω) an dem ersten Schaufelrad;

   F) wenn |y'(ω)| > α*|y(ω)|, Wiederholen der Berechnung aus Schritt D mit neuen tangentialen geometrischen Versatzwerten;

   G) wenn |y'(ω)| < α*|y(ω)|, Anwenden der neuen Konfiguration auf mindestens einen Teil der Schaufeln des einen der beiden Räder.
2. Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei $$\mathrm{y}\left(\mathrm{\omega }\right)\mathrm{=}\mathrm{F}\left({{}^{\mathrm{\tau }}\mathrm{y}}_{\mathrm{\upsilon }\mathrm{*}}\mathrm{f}\left(\mathrm{\omega }\right)\right)\mathrm{=}{\displaystyle \mathrm{\sum }_{\mathrm{\upsilon }\mathrm{=}\mathrm{1}}^n}\left[{{\mathrm{y}}_{\mathrm{\upsilon }\mathrm{*}}}^{\mathrm{T}}{\mathrm{y}}_{\mathrm{\upsilon }\mathrm{*}}\mathrm{1}\mathrm{/}\left({{\mathrm{\omega }}_{\mathrm{\upsilon }}}^{\mathrm{2}}\mathrm{-}{\mathrm{\omega }}^{\mathrm{2}}\mathrm{+}\mathrm{j}\mathrm{*}\mathrm{\omega }\mathrm{*}{\mathrm{\beta }}_{\mathrm{\upsilon }}\right)\right]\mathrm{*}\mathrm{f}\left(\mathrm{\omega }\right)$$

   

   
   wobei
   das Symbol Σ bedeutet, dass die Zwangsreaktion y(ω) die Summe der Zwangsreaktionen jeder der Eigenschwingungen v auf der Kreisfrequenz ω ist,
   y_v der modalen Verformung der Eigenschwingung v entspricht, unter der Annahme einer Eins-Norm der Eigenvektoren im Verhältnis zur Masse, ^Ty_v der transponierten Matrix des vorhergehenden Vektors entspricht,
   ω_v der mit der Eigenschwingung v verknüpften Kreisfrequenz entspricht,
   ω der Kreisfrequenz der Erregung entspricht,
   j² = -1,
   β_v der für die Eigenschwingung generalisierten modalen Dämpfung entspricht, und
   f(ω) die harmonische Erregungskraft ist; die wiederum die Form f*cos(ω*t + ϕ) aufweist, wobei t die Zeit und ϕ die zeitliche Phasenverschiebung ist.
3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das eine der beiden Räder (12, 12'; 22; 22') ein feststehendes Schaufelrad ist.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das erste Schaufelrad (11) ein bewegliches Rad und das zweite Schaufelrad (12) ein feststehendes Rad ist, wobei sich das bewegliche Schaufelrad im Anschluss an das feststehende Schaufelrad befindet.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 und 2, wobei das erste Schaufelrad (11') ein bewegliches Rad und das zweite Schaufelrad (12') ein feststehendes Rad ist, wobei das bewegliche Rad dem feststehenden Rad vorgelagert ist.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 und 2, wobei das erste Schaufelrad (21) ein feststehendes Rad und das zweite Schaufelrad (22) ein bewegliches Rad ist, wobei sich das feststehende Rad im Anschluss an das bewegliche Rad befindet.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 und 2, wobei das erste Schaufelrad (21') ein feststehendes Rad und das zweite Schaufelrad (22') ein bewegliches Rad ist, wobei das feststehende Rad dem beweglichen Rad vorgelagert ist.

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