KR20150112989A - 로터 블레이드 캐스케이드를 디튜닝하기 위한 방법 - Google Patents

로터 블레이드 캐스케이드를 디튜닝하기 위한 방법 Download PDF

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KR20150112989A
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토마스 그뢴스펠더
얀 발켄호르스트
라처 아르민 드
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지멘스 악티엔게젤샤프트
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Abstract

본 발명은 복수의 로터 블레이드들(1)을 구비한, 터보 기계의 로터 블레이드 캐스케이드를 디튜닝하기 위한 방법에 관한 것으로서, 상기 방법은,
a) 로터 블레이드 캐스케이드의 로터 블레이드들 각각에 대해서, 원심력 작용 하의 터보 기계의 정상 작동 중 로터 블레이드(1)가 하나 이상의 사전 결정된 진동 모드를 위해 갖는 하나 이상의 목표 고유 주파수(υF,S)가, 원심력 하의 로터 블레이드 캐스케이드의 진동 부하가 허용 한계 미만에 놓이도록 확정되는(14) 단계와,
b) 로터 블레이드(1)의 표준 기하구조(5)의 변형태들(6 내지 9)로부터 도출되는, 선택된 불연속 질량값들(m) 및 반경 방향 중심 위치들(rS)을 갖는 값테이블[υF(m, rS)]이 컴파일링(16)되고, 선택된 각각의 값쌍(m 및 rS)에 대한 원심력 하의 각각의 고유 주파수(υF)가 검출되는 단계와,
c) 로터 블레이드들(1) 중 하나의 질량(mI) 및 반경 방향 중심 위치(rS,I)가 측정되는(19) 단계와,
d) 값테이블[υF(m, rS)] 내의 측정된 질량(mI) 및 측정된 반경 방향 중심 위치(rS,I)의 보간을 통해, 원심력 하의 로터 블레이드(1)의 실제 고유 주파수(υF,I)가 결정(17)되는 단계와,
e) (υF,I)가 (υF,S) 주위의 허용오차 외에 놓이는 경우에, (υF,I)가 (υF,S)에 적어도 근접하도록 값테이블[υF(m, rS)]로부터 값쌍(mS 및 rS,S)이 선택되고, (mI, rS,I)이 값쌍(mS 및 rS,S)에 상응하도록 로터 블레이드(1)의 재료가 제거되는(24) 단계와,
f) (υF,I)가 (υF,S) 주위의 허용오차 내에 놓일 때까지, c) 내지 e)의 단계들이 반복되는 단계를 갖는다.

Description

로터 블레이드 캐스케이드를 디튜닝하기 위한 방법{METHOD FOR DETUNING A ROTOR-BLADE CASCADE}
본 발명은 로터 블레이드 캐스케이드를 디튜닝하기 위한 방법에 관한 것이다.
터보 기계는 로터휠 내에 배치된 로터 블레이드를 구비하며, 이러한 로터 블레이드는 그 블레이드 푸트가 고정 클램핑되는 것으로 간주될 수 있으며 터보 기계의 작동 중에 진동할 수 있다. 이때 터보 기계의 작동 상태에 따라, 로터 블레이드 내에서 문제가 되는 높은 응력을 갖는 진동 상태가 발생하는 진동 과정이 나타날 수 있다. 문제가 되는 응력 상태로 인한 블레이드의 부하가 시간상 길 때, 결국 블레이드의 수명 감소를 초래할 수 있는 재료의 피로가 발생하며, 이로 인해 로터 블레이드의 교체가 불가피하게 하게 된다.
터보 기계의 작동 중에 상기 로터 블레이드에 작용하는 원심력으로 인해 로터 블레이드 내에는 초기 응력이 생성된다. 이로 인해 그리고 작동 중 로터 블레이드의 고온으로 인해, 작동 중 로터 블레이드의 고유 주파수는 로터 블레이드가 정지되어 저온일 때의 고유 주파수와 다르다. 제조 중 품질을 보장하는 조치로서, 단지 터보 기계의 정지 상태에서의 고유 주파수가 측정될 수 있지만, 로터 블레이드 내에서 문제가 되는 높은 응력을 갖는 진동 상태가 발생하는 진동 과정이 방지될 수 있도록, 원심력 하에서의 고유 주파수를 인지하는 것이 로터 블레이드의 설계에 필요하다.
공보 EP 1 589 191호에는 로터 블레이드 캐스케이드를 디튜닝하기 위한 방법이 공지된다.
본 발명의 과제는, 터보 기계의 로터 블레이드 캐스케이드를 디튜닝하기 위한 방법을 제공하는 것이고, 이때 로터 블레이드는 터보 기계의 작동에서 긴 수명을 갖는다.
복수의 로터 블레이드들을 구비한, 터보 기계의 로터 블레이드 캐스케이드를 디튜닝하기 위한, 특히 로터 역학적으로 디튜닝하기 위한 본 발명에 따른 방법은,
a) 로터 블레이드 캐스케이드의 로터 블레이드들 각각에 대해서, 원심력 작용 하의 터보 기계의 정상 작동 중 로터 블레이드가 하나 이상의 사전 결정된 진동 모드를 위해 갖는 하나 이상의 목표 고유 주파수(υF,S)가, 원심력 하의 로터 블레이드 캐스케이드의 진동 부하가 허용 한계 미만에 놓이도록 확정되는 단계와,
b) 로터 블레이드의 표준 기하구조의 변형태들로부터 도출되는, 선택된 불연속 질량값들(m) 및 반경 방향 중심 위치들(rS)을 갖는 값테이블[υF(m, rS)]이 컴파일링되고, 선택된 각각의 값쌍(m 및 rS)에 대한 원심력 하의 각각의 고유 주파수(υF)가 검출되는 단계와,
c) 로터 블레이드들 중 하나의 질량(mI) 및 반경 방향 중심 위치(rS,I)가 측정되는 단계와,
d) 값테이블[υF(m, rS)] 내 측정된 질량(mI) 및 측정된 반경 방향 중심 위치(rS,I)의 보간을 통해, 원심력 하의 로터 블레이드의 실제 고유 주파수(υF,I)가 결정되는 단계와,
e) (υF,I)가 (υF,S) 주위의 허용오차 외에 놓이는 경우에, (υF,I)가 (υF,S)에 적어도 근접하도록 값테이블[υF(m, rS)]로부터 값쌍(mS 및 rS,S)이 선택되고, (mI 및 rS,I)이 값쌍(mS, rS,S)에 상응하도록 로터 블레이드의 재료가 제거되는 단계와,
f) (υF,I)가 (υF,S) 주위의 허용오차 내에 놓일 때까지, c) 내지 e)의 단계들이 반복되는 단계를 갖는다.
질량(mI) 및 반경 방향 중심 위치(rS,I)의 측정과, 값테이블[υF(m, rS)] 내의 이러한 값들의 보간을 통해, 원심력 하의 고유 주파수(υF,I)는 바람직하게 높은 정확성으로 결정될 수 있다. 본 발명에 따른 방법으로, 바람직하게 이러한 고유 주파수(υF,I)를 높은 정확성으로 설정하고, 확정된 목표 고유 주파수(υF,S)로 근접시키는 것도 가능하다. 이로써, 터보 기계의 작동 시 로터 블레이드의 진동 부하가 감소될 수 있으므로, 로터 블레이드의 수명은 길어진다. 또한, 상기 방법은 실제 고유 주파수(υF,I)의 정확한 결정을 위해서 놀랍게도, 완전한 기하구조가 없는 로터 블레이드의 (mI 및 rS,I)를 측정하기에 충분하기 때문에 간단히 실행될 수 있다. 게다가, (mI 및 rS,I)은 간단히 측정되는 변수들인데, 예컨대 (mI)는 저울을 이용해 결정될 수 있다.
사전에 결정된 진동 모드들은 바람직하게, 이 진동 모드들에 관련된 고유 주파수들(υF,S)이 로터 회전 주파수의 수 배의 조화 주파수, 특히 제8 조화 주파수 이하의 주파수가 되도록 선택되고, 이때, 복수의 진동 모드들에 대한 또는 진동 모드들 전부에 대한 각각 하나의 값테이블[υF(m, rS)]이 컴파일링되고, 각각의 값테이블에 대해 실제 고유 주파수(υF,I)가 결정되며, 결정된 (υF,I)가 확정된 (υF,S)에 적어도 근접하도록 값쌍(mS 및 rS,S)은 선택된다.
복수의 로터 블레이드들을 구비한, 터보 기계의 로터 블레이드 캐스케이드를 디튜닝하기 위한, 특히 로터 역학적으로 디튜닝하기 위한 본 발명에 따른 방법은,
a) 로터 블레이드 캐스케이드의 로터 블레이드들 각각에 대해서, 원심력 작용 하의 터보 기계의 정상 작동 중 로터 블레이드가 하나 이상의 사전 결정된 진동 모드를 위해 갖는 하나 이상의 목표 고유 주파수(υF,S)가, 원심력 하의 로터 블레이드 캐스케이드의 진동 부하가 허용 한계 미만에 놓이도록 확정되는 단계와,
b) 로터 블레이드의 표준 기하구조의 변형태들로부터 도출되는, 선택된 불연속 질량값들(m) 및 반경 방향 중심 위치들(rS)을 갖는 하나의 값테이블[υF(m, rS)]과 하나의 값테이블[υS(m, rS)]이 컴파일링되고, 선택된 각각의 값쌍(m 및 rS)에 대한 로터 블레이드의 정지 상태의 각각의 고유 주파수(υS)와 원심력 하에서의 각각의 고유 주파수(υF)가 검출되는 단계와,
c) 로터 블레이드들 중 하나의 질량(mI) 및 반경 방향 중심 위치(rS,I)가 측정되는 단계와,
d) 값테이블[υF(m, rS)] 내 측정된 질량(mI) 및 측정된 반경 방향 중심 위치(rS,I)의 보간을 통해, 원심력 하의 로터 블레이드의 실제 고유 주파수(υF,I)가 결정되는 단계와,
e) (υF,I)가 (υF,S) 주위의 허용오차 외에 놓이는 경우에, (υF,I)가 (υF,S)에 적어도 근접하도록 값테이블[υF(m, rS)]로부터 값쌍(mS 및 rS,S)이 선택되고, (mI 및 rS,I)이 값쌍(mS 및 rS,S)에 상응하도록 로터 블레이드의 재료가 제거되는 단계와,
f) 재료가 제거된 경우에 정지 상태의 로터 블레이드의 고유 주파수(υS,I)가 측정되는 단계와,
g) (υF,I)가 (υF,S) 주위의 허용오차 내에 놓이고, (υS,I)가 상기 허용오차에 상응하는 (υS,S)의 주위의 허용오차 내에 놓일 때까지, e) 내지 f)의 단계들 또는 c) 내지 f)의 단계들이 반복되는 단계를 갖는다.
고유 주파수(υS,I)의 추가 측정을 통해 원심력 하의 실제 고유 주파수(υF,I)는 바람직하게 더 높은 정확성으로 결정될 수 있다. (mI 및 rS,I)의 측정을 반복하지 않으면서, 정지 상태의 고유 주파수(υS,I)의 측정만이 제거를 제어하는 데에 이용되는 것도 가능하다.
사전에 결정된 진동 모드들은 바람지하게, 상기 진동 모드들에 관련된 고유 주파수들(υF,S)이 로터 회전 주파수의 수 배의 조화 주파수, 특히 제8 조화 주파수 이하의 주파수가 되도록 선택되고, 이때, 복수의 진동 모드들에 대한 또는 진동 모드들 전부에 대한 각각 하나의 값테이블[υF(m, rS)]과 각각 하나의 값테이블[υS(m, rS)]이 컴파일링되고, 각각의 값테이블에 대해 실제 고유 주파수(υF,I)와 실제 고유 주파수(υS,I)가 결정되며, 값쌍(mS 및 rS,S)은, 결정된 (υF,I)가 확정된 (υF,S)에 적어도 근접하고 사전에 결정된 진동 모드들에 대한 고유 주파수(υS,I)가 측정되도록 선택된다.
표준 기하구조의 변형태들은 바람직하게 각각의 반경 방향 섹션 또는 반경 방향 섹션들에서 로터 블레이드의 굵은 부분 및/또는 얇은 부분을 갖는다. 바람직하게, 표준 기하구조의 변형태들은 반경에 걸쳐 로터 블레이드 두께의 선형 변형부를 갖는다. 바람직하게, 값테이블을 표준 기하구조의 굵은 부분 및 얇은 부분을 통해, 고유 주파수들(υF 및 υS)을 결정하기에 충분한 정확성으로 컴파일링할 수 있다.
목표 고유 주파수(υF,S)는 바람직하게, 로터 블레이드 캐스케이드 내에 인접 배치된 로터 블레이드들이 불균일한 목표 고유 주파수들(υF,S)을 갖도록, 그리고 목표 고유 주파수(υF,S)는 로터 회전 주파수의 수 배의 조화 주파수, 특히 로터 회전 주파수의 제8 조화 주파수 이하의 터보 기계의 정상 작동 중의 로터 회전 주파수와는 다르도록 확정된다. 이로 인해, 진동하는 로터 블레이드가 인접 로터 블레이드의 진동을 여기할 수 있는 것과, 로터 블레이드들의 진동과 로터 블레이드 캐스케이드의 회전의 커플링이 발생되는 것이 방지된다. 이로써, 로터 블레이드들의 진동 부하가 낮아지고 수명이 길어진다.
질량(mI) 및 반경 방향 중심 위치(rS,I)의 측정은, 특히 좌표 측정 장치에 의해 그리고/또는 광학적 방법에 의해 3차원으로 측정된, 기준 블레이드에 대한 편차 측정으로서 상대적으로 이루어지는 것이 바람직하다. 측정의 정확성은 측정 영역의 크기에 좌우되고, 이때 더 넓은 측정 영역으로부터 더 낮은 정확성이 얻어진다. (mI 및 rS,I)의 측정이 기준 블레이드에 대해 상대적으로 이루어짐으로써, 높은 정확성을 갖는 좁은 측정 영역이 이용될 수 있다. 그러므로, 기준 블레이드로서 단 하나의 로터 블레이드를 취하여 이러한 로터 블레이드를 비용이 많이 드는 3차원 방법으로 한 차례 특성화하는 것만이 요구됨으로써, 다른 모든 로터 블레이드들의 (mI 및 rS,I)도 높은 정확성으로 측정될 수 있다.
값쌍(mS 및 rS,S)은, 로터의 불균형이 감소되고 그리고/또는 제거를 위한 비용이 최소가 되도록 선택되는 것이 바람직하다. 값쌍(mS 및 rS,S)의 정보는 로터의 균형에 충분하므로, 바람직하게는 재료의 제거에 의해 로터 블레이드 캐스케이드의 디튜닝 및 균형이 공통의 방법 단계에서 이루어질 수 있다. 재료의 제거는 제거될 재료의 양이 최소화 되도록 이루어질 수도 있다.
바람직하게, 사전 결정된 진동 모드는, 사전에 결정된 진동 모드의 고유 주파수(υF,S)가 로터 회전 주파수의 수 배의 조화 주파수, 특히 로터 회전 주파수의 제8 조화 주파수 이하의 주파수인 방식으로 선택된다. 바람직하게, 고유 주파수들(υF 및/또는υI)은, 특히 유한 요소법(finite element method)에 의해 계산을 통해 결정된다.
고유 주파수(υS,I)의 측정 시에, 로터 블레이드는 블레이드 푸트가 클램핑되고, 로터 블레이드의 진동이 여기되며, 진동이 측정되는 것이 바람직하다. 바람직하게, 이러한 진동은 진동 변환기, 가속 센서, 스트레인 게이지, 압전 센서, 및/또는 광학적 방법에 의해 측정된다. 이들은 고유 주파수를 결정하기 위한 간단한 방법이다.
측정된 고유 주파수(υS,I)를, 값테이블[υS(m, rS)] 내의 (mI 및 rS,I)의 보간을 통해 검출된 실제 고유 주파수와 비교함에 따라, 고유 주파수들(υF 및υS)을 검출하기 위한 모델의 매칭이 실행된다. 이로 인해, 바람직하게 고유 주파수에 대한 재료의 영향이 함께 고려될 수 있다.
본 발명은 하기에서 첨부된 개략도에 의해 더 상세히 설명된다.
도 1은 로터 블레이드의 표준 기하구조 및 표준 기하구조의 변형태를 갖는 3개의 로터 블레이드들의 종단면도이다.
도 2는 로터 블레이드의 질량(m) 및 반경 방향 중심 위치(rS)의 함수로서 정지 상태에서의 로터 블레이드의 고유 주파수(υS)의 2차원 도시 및 원심력 하에서의 로터 블레이드의 고유 주파수(υF)의 2차원 도시가 나타난 그래프이다.
도 3은 본 발명에 따른 방법의 순서도이다.
도 1에는 터보 기계의 3개의 로터 블레이드들(1)이 도시되고, 이때 표준 기하구조(5)의 제1 로터 블레이드, 표준 기하구조(5)뿐 아니라 제1 변형태(6) 및 제2 변형태(7)의 제2 로터 블레이드, 및 표준 기하구조(5)뿐 아니라 제3 변형태(8) 및 제4 변형태(9)의 제3 로터 블레이드가 도시된다. 로터 블레이드들(1)은 터보 기계의 로터 샤프트(4)에 고정 장착되는 블레이드 푸트(2)를 갖고, 블레이드 푸트(2) 반대편의 블레이드 첨두부(3)를 갖는다. 터보 기계의 작동 중 로터 블레이드들(1)의 진동 시에 블레이드 푸트(2)에는 진동 교점이 위치한다. 로터 블레이드(1)의 반경(r)은 블레이드 푸트(2)로부터 블레이드 첨두부(3)로 향한다.
제2 로터 블레이드는, 표준 기하구조(5)에 기초하여 로터 블레이드의 질량(m)은 변경되지만 반경 방향 중심 위치(rS)는 변경되지 않는, 표준 기하구조(5)의 변형태들(6, 7)을 나타낸다. 제1 변형태(6)에서는 제2 로터 블레이드가 회전축에 대한 각각의 반경 방향 간격(r)으로 균일하게 굵어짐으로써 질량(m)이 증가하고, 제2 변형태(7)에서는 제2 로터 블레이드가 각각의 반경 방향 간격(r)으로 균일하게 얇아짐으로써 질량(m)이 감소한다.
제3 로터 블레이드의 변형태들(8, 9)에서는 표준 기하구조(5)에 기초하여 로터 블레이드의 두께가 주연 방향으로 그리고/또는 축방향으로 선형으로 반경(r)에 걸쳐 변화된다. 제3 변형태(8)에 따르면 표준 기하구조(5)에 기초하여 로터 블레이드는 블레이드 푸트(2)에서 굵어지고 블레이드 첨두부(3)에서 얇아지며, 제4 변형태(9)에 따르면 표준 기하구조(5)에 기초하여 로터 블레이드는 블레이드 푸트(2)에서 얇아지고 블레이드 첨두부(3)에서 굵어진다. 이로 인해, 제3 변형태(8)에서는 반경 방향 중심 위치(rS)가 반경 방향으로 내부로, 그리고 제4 변형태(9)에서는 반경 방향으로 외부로 변위되는 반면에, 질량(m)은 변화되지 않는다. 그러나, 변형태들(8, 9)은, 질량(m)뿐 아니라 반경 방향 중심 위치(rS)도 변경되도록 실행될 수 있다. 또한, 질량(m) 및 반경 방향 중심 위치(rS)를 선택된 반경 방향 섹션들에서의 로터 블레이드(1)의 굵어짐 그리고/또는 얇아짐에 의해 실행하는 것이 가능하다.
표준 기하구조(5)의 복수의 변형태들이 실행되고, 각각의 변형태에 대해, 블레이드 푸트(2)가 클램핑된, 정지 상태인 로터 블레이드(1)의 최저 주파수 굽힘 진동의 고유 주파수(υS)가 유한 요소법에 의해 계산된다. 또한, 각각의 변형태에 대해 동일한 굽힘 진동의 고유 주파수(υF)가 계산되고, 이때 터보 기계의 정상 작동 중 로터 블레이드(1)에 작용하는 원심력이 고려된다. 선택적으로는, (υF)의 계산 시에 온도 증가와 이로 인해 변화되는 재료 특성도 함께 고려될 수 있다. 제공된 로터 블레이드 캐스케이드를 위해 바람직하게는 표준 기하구조의 변형을 한차례 실행하는 것만이 요구된다.
그리고 나서, 표준 기하구조(5)의 각각의 변형태에 대해 로터 블레이드(1)의 질량(m) 및 반경 방향 중심 위치(rS)가 결정되고, 3개 값들(υS, m, rS)을 갖는 값테이블[υS(m, rS)]과 3개 값들(υF, m, rS)을 갖는 값테이블[υF(m, rS)]이 컴파일링된다. 질량(m)(12) 및 반경 방향 중심 위치(rS)(13)에 대해 각각의 고유 주파수(υS)(10)와 고유 주파수(υF)(11)가 기록됨으로써, 도 2의 좌측 도표에는 값테이블[υS(m, rS)]이 도시되고, 도 2의 우측 도표에는 값테이블[υF(m, rS)]이 도시된다. 이때, 고유 주파수(υS)(10)와 고유 주파수(υF)(11)는 임의의 단위(arbitrary unit)로 기록되고, 표준 기하구조(5)는 각각 m=0 및 rS=0에서 기록된다. 도 2에는, 질량(m)의 감소와 반경 방향 중심 위치(rS)의 내부로의 변위가 고유 주파수(υS)(10) 및 고유 주파수(υF)(11)의 증가와 더불어 나타나는 것이 도시된다.
도 3에는 본 발명에 따른 방법의 순서도가 도시된다. 로터 블레이드 캐스케이드의 로터 블레이드들(1) 중 각각의 블레이드에 대해서, 원심력 작용 하의 터보 기계의 정상 작동 중 블레이드 푸트(2)가 고정 클램핑된 로터 블레이드들(1)의 최저 주파수 굽힘 진동을 위해 로터 블레이드(1)가 갖는 목표 고유 주파수(υF,S)가, 원심력 하의 로터 블레이드 캐스케이드의 진동 부하가 허용 한계 미만에 놓이도록 확정된다(14). 이는, 로터 블레이드 캐스케이드에서 인접 배치된 로터 블레이드들이 불균일한 목표 고유 주파수들(υF,S)을 가지고, 목표 고유 주파수(υF,S)가 로터 회전 주파수의 제8 조화 주파수 이하의 터보 기계의 정상 작동 중의 로터 회전 주파수와는 다름으로써 달성된다.
그리고 나서, 각각의 목표 고유 주파수(υF,S)에 대해, 정지 상태에서 블레이드 푸트(2)가 고정 클램핑된 로터 블레이드(1)의 최저 주파수 굽힘 진동을 위해 로터 블레이드(1)가 갖는 상응하는 목표 고유 주파수(υS,S)가 검출된다(15). 이어서, 상술된 것처럼 표준 기하구조(5)의 변형태들에 의해 값테이블[υS(m, rS)]과 값테이블[υF(m, rS)]이 컴파일링된다(16).
로터 블레이드들(1)이 제조된(18) 이후에 이들의 질량(m) 및 반경 방향 중심 위치(rS)가 측정된다(19). 그리고 나서, 원심력 하의 로터 블레이드들(1)의 실제 고유 주파수(υF,I)가, 값테이블[υF(m, rS)] 내 측정된 질량(mI) 및 측정된 반경 방향 중심 위치(rS,I)의 보간을 통해 결정된다(17).
(υF,I)가 (υF,S)와 비교됨으로써 실제-목표 매칭(21)이 실행된다. (υF,I)가 (υF,S)의 주위의 허용오차 외에 놓이는 경우에, (υF,I)가 (υF,S)에 적어도 근접하고, (mI)과 (rS,I)이 값쌍(mS 및 rS,S)에 상응하도록 재료가 로터 블레이드(1)로부터 제거되는(24) 방식으로 값테이블[υF(m, rS)]로부터 값쌍(mS 및 rS,S)이 선택된다. 도 2의 우측 도표에 도시되는 것처럼, 대개 소정의 고유 주파수(υF,S)에 도달하도록 복수의 값쌍들(mS 및 rS,S)이 이용된다. 터보 기계의 로터가 균형을 이루고 그리고/또는 제거를 위한 비용이 최소가 되도록 복수의 값쌍들로부터 하나의 값쌍(mS 및 rS,S)이 선택될 수 있다. 제거(24)는 예컨대 연삭에 의해 이루어질 수 있다.
제거(24)를 제어하기 위해, 정지 상태의 로터 블레이드(1)의 고유 주파수(υS,I)가 측정될 수 있다(20). 이를 위해, 로터 블레이드들(1)의 블레이드 푸트(2)가 클램핑되고, 로터 블레이드들(1)의 진동이 예컨대 충돌에 의해 여기되며, 로터 블레이드들(1)로부터 방출된 음파가 측정된다. 대안으로서, 제거(24)를 제어하기 위해 로터 블레이드들(1)의 질량(m) 및 반경 방향 중심 위치(rS)도 측정될 수 있다(19). 고유 주파수(υS,I)(20)뿐 아니라 질량(m) 및 반경 방향 중심 위치(rS)(19)도 측정됨으로써, 상기 제어는 특히 높은 정확성으로 실행될 수 있다.
재료의 제거(24) 이전에 이미 질량(m) 및 반경 방향 중심 위치(rS)(19)뿐 아니라 고유 주파수(υS,I)(20)도 측정함으로써, 실제 고유 주파수(υF,I)를 특히 높은 정확성으로 측정하는 것도 가능하다. 측정된 고유 주파수(υS,I)를, 값테이블[υS(m, rS)] 내의 (mI 및 rS,I)의 보간을 통해 검출된 실제 고유 주파수와 비교함에 따라, 고유 주파수들(υF 및υS)을 검출하기 위한 모델의 매칭이 실행될 수 있다.
(υF,I)가 (υF,S)의 주위의 허용오차 내에 놓이는 경우에, 예컨대 코팅의 적층과 같은 선택적인 방법 단계들(22)이 로터 블레이드들(1)에 실행될 수 있다. 이어서, 로터 블레이드들(1)은 로터 블레이드 캐스케이드 내로 장착된다(23).
본 발명이 구체적으로 바람직한 실시예들에 의해 더 상세히 도시되고 설명되었을지라도, 본 발명은 개시된 예시들에 의해서만 국한되지 않고, 이로부터 다른 변형예들이 본 발명의 보호 범위를 벗어나지 않으면서 당업자에 의해 도출될 수 있다.

Claims (13)

  1. 복수의 로터 블레이드들(1)을 구비한, 터보 기계의 로터 블레이드 캐스케이드를 디튜닝하기 위한 방법이며, 상기 방법은,
    a) 로터 블레이드 캐스케이드의 로터 블레이드들(1) 중 각각에 대해서, 원심력 작용 하의 터보 기계의 정상 작동 중 로터 블레이드(1)가 하나 이상의 사전 결정된 진동 모드를 위해 갖는 하나 이상의 목표 고유 주파수(υF,S)가, 원심력 하의 로터 블레이드 캐스케이드의 진동 부하가 허용 한계 미만에 놓이도록 확정되는(14) 단계와,
    b) 로터 블레이드(1)의 표준 기하구조(5)의 변형태들(6 내지 9)로부터 도출되는, 선택된 불연속 질량값들(m) 및 반경 방향 중심 위치들(rS)을 갖는 값테이블[υF(m, rS)]이 컴파일링(16)되고, 선택된 각각의 값쌍(m 및 rS)에 대한 원심력 하의 사전 결정된 진동 모드의 각각의 고유 주파수(υF)가 검출되는 단계와,
    c) 로터 블레이드들(1) 중 하나의 질량(mI) 및 반경 방향 중심 위치(rS,I)가 측정되는(19) 단계와,
    d) 값테이블[υF(m, rS)] 내 측정된 질량(mI) 및 측정된 반경 방향 중심 위치(rS,I)의 보간을 통해, 원심력 하의 로터 블레이드(1)의 실제 고유 주파수(υF,I)가 결정되는(17) 단계와,
    e) (υF,I)가 (υF,S) 주위의 허용오차 외에 놓이는 경우에, (υF,I)가 (υF,S)에 적어도 근접하도록 값테이블[υF(m, rS)]로부터 값쌍(mS 및 rS,S)이 선택되고, (mI 및 rS,I)이 값쌍(mS 및 rS,S)에 상응하도록, 로터 블레이드(1)의 재료가 제거되는(24) 단계와,
    f) (υF,I)가 (υF,S) 주위의 허용오차 내에 놓일 때까지, c) 내지 e)의 단계들이 반복되는 단계를 갖는, 로터 블레이드 캐스케이드의 디튜닝 방법.
  2. 제1항에 있어서, 단계(b)에 추가로 하기 특징들을 갖는 단계(b1)가 실행되고:
    b1) 로터 블레이드들(1)의 표준 기하구조(5)의 변형태들(6 내지 9)로부터 도출되는, 선택된 불연속 질량값들(m) 및 반경 방향 중심 위치들(rS)을 갖는 값테이블[υS(m, rS)]이 컴파일링(16)되고, 선택된 각각의 값쌍(m 및 rS)에 대한 블레이드(1)의 정지 상태의 사전 결정된 진동 모드의 각각의 고유 주파수(υS)가 검출되고,
    이때, 청구항 제1항의 단계(f)는,
    f) 재료가 제거된 경우에 정지 상태의 로터 블레이드(1)의 고유 주파수(υS,I)가 측정되는(20) 단계와,
    g) (υF,I)가 (υF,S)의 주위의 허용오차 내에 놓이고, (υS,I)가 상기 허용오차에 상응하는 (υS,S)의 주위의 허용오차 내에 놓일 때까지, e) 내지 f)의 단계들 또는 c) 내지 f)의 단계들이 반복되는 단계로 대체되는, 로터 블레이드 캐스케이드의 디튜닝 방법.
  3. 제1항에 있어서, 사전에 결정된 진동 모드들은, 상기 진동 모드들에 관련된 고유 주파수(υF,S)가 로터 회전 주파수의 수 배의 조화 주파수, 특히 제8 조화 주파수 이하의 주파수가 되도록 선택되고,
    이때, 복수의 진동 모드들에 대한 또는 진동 모드들 전부에 대한 각각 하나의 값테이블[υF(m, rS)]이 컴파일링되고(16), 각각의 값테이블에 대해 실제 고유 주파수(υF,I)가 결정되며(17), 값쌍(mS 및 rS,S)은, 결정된 (υF,I)가 확정된 (υF,S)에 적어도 근접하도록 선택되는, 로터 블레이드 캐스케이드의 디튜닝 방법.
  4. 제2항에 있어서, 사전에 결정된 진동 모드들은, 상기 진동 모드들에 관련된 고유 주파수(υF,S)가 로터 회전 주파수의 수 배의 조화 주파수, 특히 제8 조화 주파수 이하의 주파수가 되도록 선택되고,
    이때, 복수의 진동 모드들에 대한 또는 진동 모드들 전부에 대한 각각 하나의 값테이블[υF(m, rS)]과 각각 하나의 값테이블[υS(m, rS)]이 컴파일링되고(16), 각각의 값테이블에 대해 실제 고유 주파수(υF,I)와 실제 고유 주파수(υS,I)가 결정되며(17), 결정된 (υF,I)가 확정된 (υF,S)에 적어도 근접하고 사전에 결정된 진동 모드들에 대한 고유 주파수(υS,I)가 측정되도록(20) 값쌍(mS 및 rS,S)이 선택되는, 로터 블레이드 캐스케이드의 디튜닝 방법.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 표준 기하구조(5)의 변형태들(6 내지 9)은 각각의 반경 방향 섹션 또는 반경 방향 섹션들에서 로터 블레이드(1)의 굵은 부분 및/또는 얇은 부분을 갖는, 로터 블레이드 캐스케이드의 디튜닝 방법.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 표준 기하구조(5)의 변형태들(6 내지 9)은 반경에 걸쳐 제1 로터 블레이드(1) 두께의 선형 변형부(8, 9)를 갖는, 로터 블레이드 캐스케이드의 디튜닝 방법.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 목표 고유 주파수(υF,S)는 로터 블레이드 캐스케이드에서 인접 배치된 로터 블레이드들이 불균일한 목표 고유 주파수들(υF,S)을 갖도록, 그리고 목표 고유 주파수(υF,S)는 로터 회전 주파수의 수 배의 조화 주파수, 특히 로터 회전 주파수의 제8 조화 주파수 이하의 터보 기계의 정상 작동 중의 로터 회전 주파수와는 다르도록 확정되는, 로터 블레이드 캐스케이드의 디튜닝 방법.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 질량(mI) 및 반경 방향 중심 위치(rS,I)의 측정은, 특히 좌표 측정 장치에 의해 그리고/또는 광학적 방법에 의해 3차원으로 측정된, 기준 블레이드에 대한 편차 측정으로서 상대적으로 이루어지는, 로터 블레이드 캐스케이드의 디튜닝 방법.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 값쌍(mS 및 rS,S)은, 로터의 불균형은 감소되고 그리고/또는 제거를 위한 비용은 최소가 되도록 선택되는, 로터 블레이드 캐스케이드의 디튜닝 방법.
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 사전 결정된 진동 모드는, 사전에 결정된 진동 모드의 고유 주파수(υF,S)가 로터 회전 주파수의 수 배의 조화 주파수, 특히 로터 회전 주파수의 제8 조화 주파수 이하의 주파수인 방식으로 선택되는, 로터 블레이드 캐스케이드의 디튜닝 방법.
  11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 고유 주파수들(υF 및/또는υI)은, 특히 유한 요소법에 의해 계산을 통해 결정되는, 로터 블레이드 캐스케이드의 디튜닝 방법.
  12. 제2항, 제4항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서, 고유 주파수(υS,I)의 측정 시에, 로터 블레이드(1)는 블레이드 푸트(2)가 클램핑되고, 로터 블레이드(1)의 진동이 여기되며, 측정되는, 로터 블레이드 캐스케이드의 디튜닝 방법.
  13. 제2항, 제4항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서, 측정된 고유 주파수(υS,I)를, 값테이블[υS(m, rS)] 내의 (mI 및 rS,I)의 보간을 통해 검출된 실제 고유 주파수와 비교함에 따라, 고유 주파수들(υF 및υS)을 검출하기 위한 모델의 매칭이 실행되는, 로터 블레이드 캐스케이드의 디튜닝 방법.
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Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR3043131B1 (fr) * 2015-10-28 2017-11-03 Snecma Procede pour introduire un desaccordage volontaire dans une roue aubagee de turbomachine
EP3187685A1 (de) * 2015-12-28 2017-07-05 Siemens Aktiengesellschaft Verfahren zum herstellen eines grundkörpers einer turbinenschaufel
EP3239460A1 (de) * 2016-04-27 2017-11-01 Siemens Aktiengesellschaft Verfahren zum profilieren von schaufeln einer axialströmungsmaschine
DE102017113998A1 (de) 2017-06-23 2018-12-27 Rolls-Royce Deutschland Ltd & Co Kg Verfahren zur Erzeugung und Auswahl eines Verstimmungsmusters eines eine Mehrzahl von Laufschaufeln aufweisenden Laufrads einer Strömungsmaschine

Family Cites Families (21)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4108573A (en) * 1977-01-26 1978-08-22 Westinghouse Electric Corp. Vibratory tuning of rotatable blades for elastic fluid machines
JPS54114619A (en) * 1978-02-28 1979-09-06 Toshiba Corp Natural frequency adjusting method of turbine blade
JPS5993901A (ja) * 1982-11-17 1984-05-30 Toshiba Corp 蒸気タ−ビン動翼
JPS59150903A (ja) * 1983-02-09 1984-08-29 Toshiba Corp 回転機械の翼配列構造
CA1295018C (en) 1987-09-23 1992-01-28 Westinghouse Electric Corporation Method and apparatus for determining resonant frequency of a turbine blade made of a material not responsive to a magnetic field
US5988982A (en) * 1997-09-09 1999-11-23 Lsp Technologies, Inc. Altering vibration frequencies of workpieces, such as gas turbine engine blades
US6042338A (en) * 1998-04-08 2000-03-28 Alliedsignal Inc. Detuned fan blade apparatus and method
JP3715458B2 (ja) * 1999-03-11 2005-11-09 株式会社東芝 タービンの動翼の振動管理方法
US6471482B2 (en) * 2000-11-30 2002-10-29 United Technologies Corporation Frequency-mistuned light-weight turbomachinery blade rows for increased flutter stability
JP3637284B2 (ja) * 2001-03-01 2005-04-13 三菱重工業株式会社 動翼振動数の推定装置、及び、その推定方法
US6814543B2 (en) 2002-12-30 2004-11-09 General Electric Company Method and apparatus for bucket natural frequency tuning
FR2869069B1 (fr) 2004-04-20 2008-11-21 Snecma Moteurs Sa Procede pour introduire un desaccordage volontaire sur une roue aubagee de turbomachine roue aubagee presentant un desaccordage volontaire
US7252481B2 (en) 2004-05-14 2007-08-07 Pratt & Whitney Canada Corp. Natural frequency tuning of gas turbine engine blades
EP1640562A1 (de) * 2004-09-23 2006-03-29 Siemens Aktiengesellschaft Verfahren zur Frequenzverstimmung einer Turbinenschaufel sowie Turbinenschaufel
RU2382911C1 (ru) * 2008-10-24 2010-02-27 Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный институт авиационного моторостроения имени П.И. Баранова" Полая лопатка вентилятора
US7941281B2 (en) 2008-12-22 2011-05-10 General Electric Company System and method for rotor blade health monitoring
US7997873B2 (en) 2009-03-27 2011-08-16 General Electric Company High efficiency last stage bucket for steam turbine
DE102009033618A1 (de) * 2009-07-17 2011-01-20 Mtu Aero Engines Gmbh Verfahren zur Frequenzverstimmung eines Rotorkörpers einer Gasturbine und ein Rotor einer Gasturbine
EP2434098A1 (de) 2010-09-24 2012-03-28 Siemens Aktiengesellschaft Schaufelanordnung und zugehörige Gasturbine
CA2761208C (en) 2010-12-08 2019-03-05 Pratt & Whitney Canada Corp. Blade disk arrangement for blade frequency tuning
JP5725849B2 (ja) * 2010-12-27 2015-05-27 三菱日立パワーシステムズ株式会社 固定治具

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Publication number Publication date
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US20160010461A1 (en) 2016-01-14
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CN104968894B (zh) 2016-11-09
JP6054550B2 (ja) 2016-12-27
JP2016507023A (ja) 2016-03-07
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