WO2013110367A1 - Rotor für eine strömungsmaschine - Google Patents

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Norbert Sürken
Xiaoping Zhou
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    • F05D2260/96—Preventing, counteracting or reducing vibration or noise
    • F05D2260/961—Preventing, counteracting or reducing vibration or noise by mistuning rotor blades or stator vanes with irregular interblade spacing, airfoil shape

Definitions

  • the invention relates to a rotor for a double-flow Strö ⁇ tion machine, in particular steam turbine, wherein the rotor has a first rotor section for a first flood and a second rotor section for a second flood, wherein the first rotor section, a first blade row, a second blade row and other blade rows and a last blade row, wherein the second rotor portion has a first, second and further and a last blade row.
  • Turbomachines such as steam turbines, essentially comprise a rotatably mounted rotor and a housing arranged around the rotor.
  • the rotors are designed for turbomachines for a particular operating frequency window in which no torsional frequencies occur, it being known that the blades, which are arranged on the rotors, have an influence on the torsional frequencies.
  • a rotor for a Wegflu ⁇ term turbomachine in particular steam turbine, wherein the rotor has a first rotor section for a first flood and a second rotor section for a second flood, wherein the first rotor section, a first blade row, a second blade row and more Blade rows and a last blade row, wherein the second rotor portion has a first, second and further and has a last rotor blade row, wherein the configura ⁇ tion of the rotor blades of a blade row of the first rotor portion is made different from the confi ⁇ guration of the rotor blades of a blade row of the second rotor portion, wherein the rotor blades of the corresponding rows of rotor blades of the first rotor portion and the second rotor section is substantially are executed the same.
  • the invention is based on the idea that, in twin-flow rotors, the blade rows in the first flood and the corresponding corresponding rotor blade rows of the second flood are identical to one another.
  • rotors have a first blade row in the first flood as well as in the second flood, which are identical.
  • the Laufschaufein the second blade row in the first and second flood.
  • These blade rows of the first and second flow are mutually corresponding rows of rotor blades in the sense that they change the thermodynamic quantities of Strö ⁇ mung medium are substantially identical.
  • the invention is based on the idea that an identical design of the corresponding rotor blade rows is not absolutely necessary. Rather, the invention is based on the idea of deliberately designing the first flood and the second flood differently.
  • the invention proposes to carry out the configuration of the rotor blade in a rotor blade row of the first rotor section differently to the configuration of the rotor blade in a rotor blade row of the second rotor section. What is meant here is that the blade rows corresponding to one another are made different from one another, with the remaining rows of guide blades corresponding to one another being made substantially the same.
  • the rotor blades in the last rotor blade row of the first rotor section are formed differently from the rotor blades in the last rotor blade row of the second rotor section.
  • the lengths of the blades of the last blade row are greatest in both the first and second tides. Therefore, the last rows of blades have the greatest influence on the torsional vibrations of the rotor. Changing a blade row therefore has a major impact on the entire rotor.
  • the rotor blades in the different rotor blade rows differ with regard to their dynamic properties.
  • the rotor blades in the different rotor blade rows differ with respect to their elastic properties.
  • elastic characteristics of the rotor play an important role in influencing the torsional vibrations on a rotor. A change in the dynamic and / or elastic properties of the rotor blade therefore leads to a large effect on the torsional vibrations.
  • the rotor blades in the different rotor blade rows differ with respect to their outer geometry.
  • the blades of the different rotor blade rows are designed differently with respect to their materials.
  • Laufschaufein have a different frequency spectrum, so that in their geometry differently designed blade rows have an influence on the torsional vibrations of a Rotor.
  • the density and other physical properties of the materials used have a great influence on the torsional vibrations.
  • individual blades are designed differently. It is also possible to change a plurality of individual blades in a row of blades or in different rows of blades, thereby achieving a change in the torsional vibrations.
  • a plurality of rotor blade rows of the first rotor section are executed differently to the rotor blade rows of the second section.
  • the blades in the various blade rows can be performed differently.
  • FIG. 1 shows a cross-sectional view of one around a
  • Rotary axis 1 rotatably mounted rotor 2.
  • the rotor 2 is characterized by a diameter 3, wherein on the surface 4 of the rotor 2 Laufschaufein are arranged.
  • the rotor 2 shown in the figure comprises a first rotor section 5 for a first flood.
  • This first rotor section 5 includes a first rotor blade row 7, a second blade row 8 and a last row of rotating blades 9. More blade are ⁇ rows for reasons of clarity not Drawn ⁇ net.
  • the second rotor section 6 likewise comprises a first blade row 10 corresponding to the first blade row 7 of the first flood 4, a second blade row 11 and a last row of blades 12.
  • the first blade ⁇ row 7 and the blade row 10 are korres ⁇ ponding blade rows to each other. This means that according to the prior art, these two blade rows have essentially the same configuration. Accordingly, the second blade row 8 and the second barrel ⁇ felsch 11 are also corresponding blade rows to ⁇ each other. This is 12 also the case at the last blade row 9 and the last blade row, ie both rotor blade rows are mutually corresponding blade rows ⁇ .
  • the individual blade rows comprise a plurality of blades, which are arranged on the circumference of the rotor 2.
  • the configuration of the blades of the last row of blades 9 is according to the invention designed differently to the configuration of the blades of the last row of blades 12 of the second rotor section 6. Because the Konfigu ⁇ ration of the blades in the blade row 9 is designed differently to the blades of the blade row 12th , the overall frequency response of the rotor 2 is different than the frequency response if the blade rows were made substantially identical to each other.
  • the remaining blade rows ie the first blade row 7 is executed corresponding to the blade row 10 substantially identical.
  • the blades of the last blade rows 9 are compared with respect to their dynamic properties and / or elastic see properties relative to the blades of the last blade row 12 differently formed.
  • the blades of the different rotor blade rows are designed differently with respect to their outer geometry and / or the materials.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein / für eine zweiflutige Strömungsmaschine, wobei die erste Flut und die zweite Flut mehrere Laufschaufelreihen aufweist, wobei zumindest eine Laufschaufelreihe unterschiedlich ausgeführt ist zu der korrespondierenden Laufschaufelreihe der anderen Flut.

Description

Beschreibung
Rotor für eine Strömungsmaschine
Die Erfindung betrifft einen Rotor für eine zweiflutige Strö¬ mungsmaschine, insbesondere Dampfturbine, wobei der Rotor einen ersten Rotorabschnitt für eine erste Flut und einen zweiten Rotorabschnitt für eine zweite Flut aufweist, wobei der erste Rotorabschnitt eine erste Laufschaufelreihe, eine zweite Laufschaufelreihe und weitere Laufschaufelreihen sowie eine letzte Laufschaufelreihe aufweist, wobei der zweite Rotorabschnitt eine erste, zweite und weitere sowie eine letzte Laufschaufelreihe aufweist.
Strömungsmaschinen, wie beispielsweise Dampfturbinen umfassen im Wesentlichen einen drehbar gelagerten Rotor und ein um den Rotor angeordnetes Gehäuse auf. Es besteht die Gefahr, dass bestimmte Torsionsfrequenzen zu einer Zerstörung des Rotors bzw. der auf dem Rotor befindlichen Laufschaufeln führen könnten. Daher werden die Rotoren für Strömungsmaschinen für ein bestimmtes Betriebsfrequenzfenster ausgelegt in welchem keine Torsionsfrequenzen auftreten, wobei es bekannt ist, dass die Laufschaufeln, die auf den Rotoren angeordnet sind, einen Einfluss auf die Torsionsfrequenzen haben.
Es ist Aufgabe der Erfindung, einen Rotor für eine Strömungs¬ maschine anzugeben, der eine geringere Neigung zu Torsions¬ frequenzen aufweist.
Gelöst wird diese Aufgabe durch einen Rotor für eine zweiflu¬ tige Strömungsmaschine, insbesondere Dampfturbine, wobei der Rotor einen ersten Rotorabschnitt für eine erste Flut und einen zweiten Rotorabschnitt für eine zweite Flut aufweist, wobei der erste Rotorabschnitt eine erste Laufschaufelreihe, eine zweite Laufschaufelreihe und weitere Laufschaufelreihen sowie eine letzte Laufschaufelreihe aufweist, wobei der zweite Rotorabschnitt eine erste, zweite und weitere sowie eine letzte Laufschaufelreihe aufweist, wobei die Konfigura¬ tion der Laufschaufein einer Laufschaufelreihe des ersten Rotorabschnitts unterschiedlich ausgeführt ist zu der Konfi¬ guration der Laufschaufein einer Laufschaufelreihe des zwei- ten Rotorabschnitts, wobei die Laufschaufein der korrespondierenden Laufschaufelreihen des ersten Rotorabschnitts und des zweiten Rotorabschnitts im Wesentlichen gleich ausgeführt sind . Die Erfindung geht von dem Gedanken aus, dass bei zweiflutig ausgeführten Rotoren die Laufschaufelreihen in der ersten Flut und die dazugehörenden korrespondierenden Laufschaufelreihen der zweiten Flut identisch zueinander ausgeführt sind. Üblicherweise weisen Rotoren eine erste Laufschaufelreihe in der ersten Flut als auch in der zweiten Flut auf, die identisch ausgeführt sind. Ebenso identisch ausgeführt sind die Laufschaufein der zweiten Laufschaufelreihe in der ersten und zweiten Flut. Diese Laufschaufelreihen der ersten und zweiten Flut sind zueinander korrespondierende Laufschaufelreihen in dem Sinne, dass sie die thermodynamischen Größen des Strö¬ mungsmediums im Wesentlichen identisch ändern.
Die Erfindung geht nun von dem Gedanken aus, dass eine identische Ausführung der korrespondierenden Laufschaufelreihen nicht zwingend erforderlich ist. Vielmehr geht die Erfindung von dem Gedanken aus, bewusst die erste Flut und die zweite Flut unterschiedlich auszubilden. Dafür schlägt die Erfindung vor, die Konfiguration der Laufschaufein einer Laufschaufelreihe des ersten Rotorabschnitts unterschiedlich zu der Kon- figuration der Laufschaufein einer Laufschaufelreihe des zweiten Rotorabschnitts auszuführen. Gemeint ist hierbei, dass die zueinander korrespondierenden Laufschaufelreihen unterschiedlich zueinander ausgeführt werden, wobei die restlichen zueinander korrespondierenden Leitschaufelreihen im Wesentlichen gleich ausgeführt werden.
Weitere vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen angegeben. So werden in einer ersten vorteilhaften Weiterbildung die Laufschaufein der letzten Laufschaufelreihe des ersten Rotorabschnitts unterschiedlich zu den Laufschaufein der letzten Laufschaufelreihe des zweiten Rotorabschnitts ausgebildet. Aus thermodynamischen Gründen sind die Längen der Laufschaufeln der letzten Laufschaufelreihe sowohl in der ersten Flut als auch in der zweiten Flut am größten. Daher haben die letzten Laufschaufelreihen den größten Einfluss auf die Tor- sionsschwingungen des Rotors. Eine Änderung einer Laufschaufelreihe hat daher einen großen Einfluss auf den gesamten Rotor .
In einer vorteilhaften Weiterbildung unterscheiden sich die Laufschaufein der unterschiedlichen Laufschaufelreihen hinsichtlich ihrer dynamischen Eigenschaften.
In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung unterscheiden sich die Laufschaufein der unterschiedlichen Laufschaufel- reihen hinsichtlich ihrer elastischen Eigenschaften. Neben den dynamischen Eigenschaften spielen auch elastische Eigenschaften der Laufschaufein eine wichtige Rolle bei der Beeinflussung der Torsionsschwingungen auf einen Rotor. Eine Änderung der dynamischen und/oder elastischen Eigenschaften der Laufschaufein führe daher zu einem großen Effekt auf die Torsionsschwingungen .
In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung unterscheiden sich die Laufschaufein der unterschiedlichen Laufschaufel- reihen hinsichtlich ihrer äußeren Geometrie.
Ebenso werden in einer vorteilhaften Weiterbildung die Laufschaufeln der unterschiedlichen Laufschaufelreihen hinsichtlich ihrer Materialien unterschiedlich ausgeführt. In ihrer Geometrie unterschiedlich ausgeführte Laufschaufein weisen ein unterschiedliches Frequenzspektrum auf, so dass in ihrer Geometrie unterschiedlich ausgeführte Laufschaufelreihen einen Einfluss haben auf die Torsionsschwingungen eines Rotors. Die Dichte und weitere physikalische Eigenschaften der verwendeten Materialien haben einen großen Einfluss auf die Torsionsschwingungen. In vorteilhaften Weiterbildungen werden einzelne Laufschaufeln unterschiedlich ausgeführt. Es ist ebenso möglich, mehrere einzelne Laufschaufein in einer Laufschaufelreihe oder in verschiedenen Laufschaufelreihen zu ändern, um dadurch eine Änderung der Torsionsschwingungen zu erreichen.
In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung werden mehrere Laufschaufelreihen des ersten Rotorabschnitts unterschiedlich zu den Laufschaufelreihen des zweiten Abschnitts ausgeführt. Je nachdem welche Torsionsschwindungen zu erwarten sind oder gedämpft werden müssen, können die Laufschaufein der verschiedenen Laufschaufelreihen unterschiedlich ausgeführt werden .
Die Erfindung wird anhand eines Ausführungsbeispieles nun näher erläutert.
Die Figur zeigt in schematischer Weise eine Querschnittsansicht eines erfindungsgemäßen Rotors. Die Figur 1 zeigt eine Querschnittsansicht eines um eine
Drehachse 1 drehbar gelagerten Rotors 2. Der Rotor 2 zeichnet sich durch einen Durchmesser 3 aus, wobei an der Oberfläche 4 des Rotors 2 Laufschaufein angeordnet sind. Der in der Figur gezeigte Rotor 2 umfasst einen ersten Rotorabschnitt 5 für eine erste Flut. Dieser erste Rotorabschnitt 5 umfasst eine erste Laufschaufelreihe 7, eine zweite Laufschaufelreihe 8 und eine letzte Laufschaufelreihe 9. Weitere Laufschaufel¬ reihen sind aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht gezeich¬ net .
Der zweite Rotorabschnitt 6 umfasst ebenso eine zur ersten Laufschaufelreihe 7 der ersten Flut 4 korrespondierende erste Laufschaufelreihe 10, eine zweite Laufschaufelreihe 11 und eine letzte Laufschaufelreihe 12 auf. Die erste Laufschaufel¬ reihe 7 und die Laufschaufelreihe 10 sind zueinander korres¬ pondierende Laufschaufelreihen . Das bedeutet, dass gemäß dem Stand der Technik diese beiden Laufschaufelreihen im Wesent- liehen eine gleiche Konfiguration aufweisen. Dementsprechend sind die zweite Laufschaufelreihe 8 und die zweite Laufschau¬ felreihe 11 ebenso korrespondierende Laufschaufelreihen zu¬ einander. Dies ist ebenso bei der letzten Laufschaufelreihe 9 und der letzten Laufschaufelreihe 12 der Fall, d.h. beide Laufschaufelreihen sind zueinander korrespondierende Lauf¬ schaufelreihen. Die einzelnen Laufschaufelreihen umfassen mehrere Laufschaufeln, die am Umfang des Rotors 2 angeordnet sind . Die Konfiguration der Laufschaufeln der letzten Laufschaufelreihe 9 ist erfindungsgemäß unterschiedlich ausgeführt zu der Konfiguration der Laufschaufeln der letzten Laufschaufelreihe 12 des zweiten Rotorabschnitts 6. Dadurch, dass die Konfigu¬ ration der Laufschaufeln in der Laufschaufelreihe 9 unter- schiedlich ausgeführt ist zu den Laufschaufeln der Laufschaufelreihe 12, ist das gesamte Frequenzverhalten des Rotors 2 unterschiedlich zu dem Frequenzverhalten, wenn die Laufschaufelreihen im Wesentlichen identisch zueinander ausgeführt wären .
Die restlichen Laufschaufelreihen, d.h. die erste Laufschaufelreihe 7 ist korrespondierend zur Laufschaufelreihe 10 im Wesentlichen identisch ausgeführt. Im Betrieb strömt über eine nicht näher dargestellte Zuströ- mung ein Frischdampf in einen Einströmbereich 13 und teilt sich von dort aus in einen ersten Strömungskanal im ersten Rotorabschnitt 5 der ersten Flut und in einen zweiten Strö¬ mungskanal 15 im zweiten Rotorabschnitt 6 in der zweiten Flut.
Die Laufschaufeln der letzten Laufschaufelreihen 9 werden hinsichtlich ihrer dynamischen Eigenschaften und/oder elasti- sehen Eigenschaften gegenüber den Laufschaufeln der letzten Laufschaufelreihe 12 unterschiedlich ausgebildet. Dazu werden die Laufschaufeln der unterschiedlichen Laufschaufelreihen hinsichtlich ihrer äußeren Geometrie und/oder der Materialien unterschiedlich ausgeführt.
Durch die erfindungsgemäße Änderung der Konfiguration der Laufschaufeln einer Laufschaufelreihe ist ein zusätzlicher Freiheitsgrad gewonnen, um die Torsionsfrequenzen in einem Rotor 2 zu ändern.

Claims

Patentansprüche
1. Rotor (2) für eine zweiflutige Strömungsmaschine,
insbesondere Dampfturbine,
wobei der Rotor (2) einen ersten Rotorabschnitt (5) für eine erste Flut und einen zweiten Rotorabschnitt (6) für eine zweite Flut aufweist,
wobei der erste Rotorabschnitt (5) eine erste Laufschaufel- reihe (7), eine zweite Laufschaufelreihe (8) und weitere
Laufschaufelreihen sowie eine letzte Laufschaufelreihe (9) aufweist,
wobei der zweite Rotorabschnitt (6) eine erste (10), zweite (11) und weitere sowie eine letzte (12) Laufschaufelreihe aufweist,
wobei die Konfiguration der Laufschaufein einer Laufschaufelreihe (7, 8, 9) des ersten Rotorabschnitts unterschied¬ lich ausgeführt ist in der Konfiguration der Laufschaufel einer Laufschaufelreihe (10, 11, 12) des zweiten Rotorab- Schnitts,
wobei die Laufschaufein der korrespondierenden Laufschaufelreihen des ersten Rotorabschnitts und des zweiten Rotorabschnitts im Wesentlichen gleich ausgeführt sind.
2. Rotor (2) gemäß Anspruch 1,
wobei die Laufschaufein der letzten Laufschaufelreihe (9) des ersten Rotorabschnitts (5) unterschiedlich zu den Lauf¬ schaufeln der letzten Laufschaufelreihe (12) des zweiten Rotorabschnitts (6) ausgeführt sind.
3. Rotor (2) nach Anspruch 1 oder 2,
wobei die Laufschaufein der unterschiedlichen Laufschaufelreihen sich hinsichtlich ihrer dynamischen Eigenschaften unterscheiden .
4. Rotor (2) nach Anspruch 1, 2 oder 3,
wobei die Laufschaufeln der unterschiedlichen Laufschaufelreihen sich hinsichtlich ihrer elastischen Eigenschaften unterscheiden .
5. Rotor (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
wobei die Laufschaufeln der unterschiedlichen Laufschaufelreihen sich hinsichtlich ihrer äußeren Geometrie unterscheiden .
6. Rotor (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
wobei die Laufschaufeln der unterschiedlichen Laufschaufelreihen sich hinsichtlich der Materialien unterscheiden.
7. Rotor (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
wobei einzelne Laufschaufeln in ihrer Laufschaufelreihe unterschiedlich ausgeführt werden.
8. Rotor (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
wobei mehrere Laufschaufelreihen des ersten Rotorabschnitts (5) unterschiedlich zu den Laufschaufelreihen des zweiten Rotorabschnitts (6) ausgeführt werden.
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