WO2014048549A2 - Laufrad zur ermittlung des schwingungsverhaltens von laufradschaufeln, prüfstand zur ermittlung des schwingungsverhaltens von laufradschaufeln und ein verfahren zur ermittlung des schwingungsverhaltens von laufradschaufeln - Google Patents

Laufrad zur ermittlung des schwingungsverhaltens von laufradschaufeln, prüfstand zur ermittlung des schwingungsverhaltens von laufradschaufeln und ein verfahren zur ermittlung des schwingungsverhaltens von laufradschaufeln Download PDF

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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2270/00—Control
    • F05D2270/30—Control parameters, e.g. input parameters
    • F05D2270/334—Vibration measurements

Definitions

  • Impeller for determining the vibration behavior of impeller blades test rig for determining the vibration behavior of impeller blades and a method for determining the vibration behavior of impeller blades
  • the invention relates to a device for determining the vibration behavior of impeller blades according to the preamble of claim 1, test rig for determining the vibration behavior of impeller blades according to claim 6 and a method for determining the vibration behavior of
  • the impeller In operation of an impeller having a plurality of impeller blades of the impeller attached to a hub of the impeller, the impeller is set in rotational motion.
  • the impeller blades experience, due to, for example Vorleitgittern and / or between each two juxtaposed impeller blades flowing fluid, a vibration excitation.
  • the impeller blades have different vibrations. In particular, when reaching a natural frequency of the impeller blades, this can be a
  • the natural frequencies of impeller blades are therefore crucial for determining operational safety and a life of the corresponding impeller and also determine a range of application of the impeller.
  • the published patent application DE 10 2007 016 369 A1 discloses a method for determining the vibration behavior of wheels. To measure the vibration behavior, an additional mass is attached in the region of a blade tip of the impeller blade, wherein the additional mass leads to a detuning of the impeller blade equipped with the additional mass. Due to the
  • impeller blades which are not to be tested are to be provided with an additional mass so that the measurement of the impeller blade to be investigated does not have any disturbing and / or distorting coupling effects caused by the other impeller blades.
  • the problem is that the additional mass with the help of an adhesive to the appropriate
  • the invention is based on the object to provide an impeller for determining the vibration behavior of impeller blades, with the help of a reliable and reliable determination of the vibration behavior can be brought about in a simple manner. Furthermore, it is an object of the invention to provide a test stand for determining the vibration behavior of impeller blades, which results in reliable and reliable measured values with respect to the vibration behavior of impeller blades, as well as a reliable method for determining the vibration behavior of
  • Patent claim 6 and with a method for determining the
  • Patent claim 7 solved.
  • Advantageous embodiments with expedient and non-trivial developments of the invention are specified in the dependent claims.
  • Impeller blades include a plurality of impeller blades positioned on a hub of the impeller.
  • a coupling element is adjacent between two
  • impeller blades wherein the impeller blade provided for the measurement has neither a first side surface of the impeller blade nor a second side surface of the impeller blade a coupling element.
  • the impeller blades are arranged with each other by means of a respective impeller blades positioned adjacent between two
  • Coupled coupling element so that the vibration behavior of these coupled impeller blades deviates significantly from the vibration behavior of the intended for measurement impeller blade. Since the vibration behavior of a mass of the respective, excited to vibrate component, in this case the impeller blade results, the vibration behavior of the
  • Impeller blade deviates.
  • Another advantage is that with the help of the coupling additionally an attenuation of the impeller blades is brought about, which causes the Vibration behavior of the impeller blade to be measured separated from the other impeller blades can be detected.
  • Coupling element by means of a press fit between two adjacently positioned impeller blades fixed. This avoids that
  • Adhesive residues remain on the corresponding impeller blades after removal of the coupling element. It is not intended
  • the impeller which is used to measure the vibration behavior of impeller blades, to use after a measurement of a single impeller blade no longer.
  • Adhesive residues can cause an influence on the vibration behavior, which results in an unreliable statement about the vibration behavior of the adhesive blade provided with the impeller. This means that if a coupling element is provided with the aid of an adhesive, the impeller exclusively for measuring a single impeller blade
  • the coupling element is secured and reliably arranged between the corresponding adjacently positioned impeller blades, so that even at high exciter frequencies and excitation amplitudes, the coupling element between the two impeller blades safely
  • the coupling element is made of an elastic material, since thus a particularly secure positioning of the impeller blades
  • Coupling element is reached.
  • For positioning is the
  • the coupling element compressed so that it is smaller than a present between the two adjacent impeller blades gap in which the coupling element is to be positioned. After positioning, the coupling element may expand in the gap due to its elasticity until a resistance is reached due to the adjacent impeller blades. The coupling element is securely received in the gap.
  • the coupling element is made of a material which has a
  • Elastic modulus in the range between 200 N / mm 2 and 1000 N / mm 2 .
  • Coupling element is brought about, is the formation of the coupling element of a polyethylene, in particular PE-LD.
  • An inventive test stand for determining the vibration behavior of impeller blades comprising a control unit and a control unit, comprising a vibration measuring unit and an excitation element, comprises for reliable and reliable measurement an impeller which has features according to FIGS
  • the object directed to the method is achieved by a method for determining the vibration behavior of impeller blades, having an impeller, comprising a plurality of impeller blades positioned on a hub of the impeller, wherein the impeller blades to be measured from the rest
  • Impeller blades are decoupled, wherein the impeller for decoupling the impeller blade to be measured, each with a coupling element between two adjacently positioned impeller blades, which are not to be measured, is provided.
  • the coupling results in a particularly reliable method for determining the vibration behavior of impeller blades, since Influences of impeller vanes not intended for measurement due to the mass and damping differences between the impeller blade to be measured and not to be measured, generated by means of the coupling elements
  • Impeller blades can be detected very well and thus eliminated.
  • Fig. 1 is a schematic representation of a test rig for
  • FIG. 1 shows a schematic representation of a test rig structure 1 for a method according to the invention for determining the vibration behavior of impeller blades.
  • Rotation axis 15 is by means of a first connecting element 3 with a
  • Control unit 4 connected.
  • the impeller 2 can be excited with the aid of an excitation element 7, wherein the excitation element 7 is formed in the form of a piezoelectric element.
  • the control unit 4 serves as a frequency generator and additionally has recording and evaluation electronics so that measurement data from measurements can be recorded, stored and evaluated.
  • the control unit 4 is connected to a control unit 8, wherein the
  • Control unit 4 with the control unit 8 could also be formed in one piece. In other words, the functions of the control unit 4 in the
  • Control unit 8 may be formed.
  • the inventive device for determining the vibration behavior of impeller blades has the impeller 2 with a plurality of
  • Impeller blades 9 on a hub 11 the impeller blades 9, which are not provided for measurement in a current measurement process, coupled by means of coupling elements 10 with each other.
  • the impeller blade 9, which is to be measured in the current measuring process is not connected to the impeller blades 9 arranged adjacent to it by means of coupling elements 10. This means that the intended for measurement impeller blade 9 is not at a first
  • Side surface 12 of the impeller blade 9 still on a second side surface 13 of the impeller blade 9 has a coupling element.
  • the first side surface 12 of the impeller blade 9 to be measured is arranged opposite a second side surface 13 of an impeller blade 9 not to be measured, and likewise the second side surface 13 of the impeller blade 9 to be measured is positioned opposite a first side surface 12 of an impeller blade 9 which is also not to be measured.
  • the coupling element 10 is constructed of an elastic material, the polyethylene PE-LD having a modulus of elasticity of 200 N / mm 2 being provided here by way of example as plastic.
  • the coupling element 10 is formed as a rectangular body, wherein also a cylindrically formed body as
  • Coupling element 10 can be used. Also, the shape of the coupling element 10 is not limited to the two body forms mentioned, but it can be used any form that a secure coupling of two adjacent
  • Impeller blades 9 generated.
  • Coupling element 10 is compressed or compressed to about 75 to 85% of its original extent and positioned in this compressed state between the corresponding impeller blades 9. After positioning of the coupling element 10, the coupling element 10 expands again, so that a secure fixation of the coupling element 10 between the adjacent impeller blades 9 is brought about.
  • FIGS. 2 to 4 advantageous positioning of the coupling elements 10 are shown.
  • the positioning of the coupling elements 10 in an outer region of the impeller blade 9 has proved to be particularly advantageous, in particular with a positioning in an end face 14 of the hub 11 facing region of the impeller blade 9.
  • the outer region of the coupling elements 10 has proved to be particularly advantageous, in particular with a positioning in an end face 14 of the hub 11 facing region of the impeller blade 9.
  • Impeller blade 9 is to be understood as the remote from the hub 11 formed region of the impeller blade 9. In particular, it is advantageous that
  • Vibration behavior of the impeller blade to be measured 9 clearly visible and thus eliminable.
  • the impeller 2 is decoupled to be measured impeller blades 9, each with a coupling element 10 between two adjacent positioned
  • impeller blade 9 For clarity, it should be briefly stated here that only one impeller blade 9 is measured with respect to its vibration behavior per current measurement. Of course, this means that, in particular in the case of an integral impeller, the other impeller blades 9 whose oscillation behavior is not to be investigated at the time of the current measurement are likewise excited indirectly or directly. Due to the coupling of the impeller blades 9, which are not to be measured at the time of the current measurement, however, they have a different vibration behavior from the impeller blade 9 provided for the current measurement, whose influence on the vibration behavior of the impeller blade 9 provided at the time of the current measurement can be easily eliminated.
  • the impeller 2 is then excited by means of an excitation element 7, in this example, a piezoelectric element, to oscillate, wherein the vibrations are recorded by means of a vibration measuring unit 5.
  • the piezoelectric element 7 is mounted on the hub 11 of the impeller 2 on the end face 14 of the hub 11.
  • the vibration measuring unit 5 has an optical method for absorbing the vibrations and is formed in this example in the form of a laser scanning vibrometer.
  • Fig. 5 are in a natural frequency amplitude diagram

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Laufrad zur Ermittlung des Schwingungsverhaltens von Laufradschaufeln, mit einer Mehrzahl von auf einer Nabe (11) des Laufrades (2) positionierten Laufradschaufeln (9). Erfindungsgemäß ist mindestens ein Kopplungselement (10) zwischen zwei benachbart positionierten Laufradschaufeln (9) vorgesehen, wobei die zur Messung vorgesehene Laufradschaufel (9) weder an einer ersten Seitenfläche (12) der Laufradschaufel noch an einer zweiten Seitenfläche (13) der Laufradschaufel ein Kopplungselement (10) aufweist.

Description

Laufrad zur Ermittlung des Schwingungsverhaltens von Laufradschaufeln, Prüfstand zur Ermittlung des Schwingungsverhaltens von Laufradschaufeln und ein Verfahren zur Ermittlung des Schwingungsverhaltens von Laufradschaufeln
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Ermittlung des Schwingungsverhaltens von Laufradschaufeln gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 , Prüfstand zur Ermittlung des Schwingungsverhaltens von Laufradschaufeln gemäß Anspruch 6 und ein Verfahren zur Ermittlung des Schwingungsverhaltens von
Laufradschaufeln gemäß Anspruch 7.
Im Betrieb eines Laufrades, welches eine Mehrzahl von Laufradschaufeln des Laufrades an einer Nabe des Laufrades befestigt aufweist, wird das Laufrad in eine Drehbewegung bzw. eine Rotation versetzt. Die Laufradschaufeln erfahren, aufgrund von beispielsweise Vorleitgittern und/oder zwischen jeweils zwei nebeneinander angeordneten Laufradschaufeln durchströmendem Fluid, eine Schwingungsanregung. Je nach Drehzahl und Auslegung des Laufrades weisen die Laufradschaufeln unterschiedliche Schwingungen auf. Insbesondere bei Erreichen einer Eigenfrequenz der Laufradschaufeln kann dies zu einem
Versagen des Laufrades als Folge eines Laufradschaufelbruches führen.
Die Eigenfrequenzen von Laufradschaufeln sind daher zur Bestimmung einer Betriebssicherheit und einer Lebensdauer des entsprechenden Laufrades ausschlaggebend und bestimmen auch einen Einsatzbereich des Laufrades. Aus der Offenlegungsschrift DE 10 2007 016 369 A1 geht ein Verfahren zur Ermittlung von Schwingungsverhalten von Laufrädern hervor. Zur Messung des Schwingungsverhaltens wird im Bereich einer Schaufelspitze der Laufradschaufel eine Zusatzmasse angebracht, wobei die Zusatzmasse zu einer Verstimmung der mit der Zusatzmasse ausgestatteten Laufradschaufel führt. Aufgrund der
Zusatzmasse ist somit das Schwingungsverhalten der mit der Zusatzmasse versehenen Laufradschaufel verfälscht. Der Gedanke des in der
Offenlegungsschrift offenbarten Verfahrens besteht darin, alle zu einem
bestimmten Zeitpunkt einer Messung nicht zu untersuchenden Laufradschaufeln mit einer Zusatzmasse zu versehen, damit die Messung der zu untersuchenden Laufradschaufel keine störenden und/oder verfälschenden Kopplungseffekte durch die anderen Laufradschaufeln hervorgerufen aufweist. Problematisch ist, dass die Zusatzmasse mit Hilfe eines Haftmittels an der entsprechenden
Laufradschaufel anzubringen ist. Sofern die Zusatzmasse zuverlässig haften soll, ist ein besonders effektives Haftmittel einzusetzen, dessen Rückstände nach Entfernen der Zusatzmasse der Laufradschaufel weiterhin anhaften, sofern nicht sogar eine Schädigung der Laufradschaufel hervorgerufen wird. Wird dagegen ein leicht entfernbares Haftmittel eingesetzt, so ist ein Anhaften der Zusatzmasse nicht gewährleistet.
Somit liegt der Erfindung die Aufgabe zu Grunde ein Laufrad zur Ermittlung des Schwingungsverhaltens von Laufradschaufeln bereitzustellen, mit dessen Hilfe eine zuverlässige und gesicherte Bestimmung des Schwingungsverhaltens auf einfache Weise herbeiführbar ist. Des Weiteren ist es eine Aufgabe der Erfindung einen Prüfstand zur Ermittlung des Schwingungsverhaltens von Laufradschaufeln anzugeben, welcher zuverlässige und gesicherte Messwerte bezüglich des Schwingungsverhaltens von Laufradschaufeln resultieren lässt, sowie ein zuverlässiges Verfahren zur Ermittlung des Schwingungsverhaltens von
Laufradschaufeln anzugeben.
Diese Aufgabe wird mit Hilfe eines Laufrades zur Ermittlung des
Schwingungsverhaltens von Laufradschaufeln mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 , mit einem Prüfstand zur Ermittlung des
Schwingungsverhaltens von Laufradschaufeln mit den Merkmalen des
Patentanspruchs 6 sowie mit einem Verfahren zur Ermittlung des
Schwingungsverhaltens von Laufradschaufeln mit den Merkmalen des
Patentanspruchs 7 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen und nicht-trivialen Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
Ein solches Laufrad zur Ermittlung des Schwingungsverhaltens von
Laufradschaufeln umfasst eine Mehrzahl von auf einer Nabe des Laufrades positionierten Laufradschaufeln.
Erfindungsgemäß ist ein Kopplungselement zwischen zwei benachbart
positionierten Laufradschaufeln vorgesehen, wobei die zur Messung vorgesehene Laufradschaufel weder an einer ersten Seitenfläche der Laufradschaufel noch an einer zweiten Seitenfläche der Laufradschaufel ein Kopplungselement aufweist. Mit anderen Worten sind die Laufradschaufeln miteinander mit Hilfe eines jeweils zwischen zwei benachbart positionierten Laufradschaufeln angeordneten
Kopplungselementes verbunden, so dass das Schwingungsverhalten dieser gekoppelten Laufradschaufeln deutlich von dem Schwingungsverhalten der zur Messung vorgesehenen Laufradschaufel abweicht. Da das Schwingungsverhalten von einer Masse des jeweiligen, zur Schwingung angeregten Bauteils, in diesem Falle der Laufradschaufel, resultiert, ist das Schwingungsverhalten der
gekoppelten Laufradschaufeln ein von der zur Messung vorgesehenen
Laufradschaufel stark abweichendes Schwingungsverhalten, da eine aus der Kopplung der nicht zur Messung vorgesehenen Laufradschaufeln resultierende Gesamtmasse deutlich von der Masse der zur Messung vorgesehenen
Laufradschaufel abweicht.
Ein weiterer Vorteil ist, dass mit Hilfe der Kopplung zusätzlich eine Dämpfung der Laufradschaufeln herbeigeführt ist, welche dazu führt, dass das Schwingungsverhalten der zu vermessenden Laufradschaufel separiert von den übrigen Laufradschaufeln erfassbar ist.
Somit können ein Messergebnis verfälschende Einflüsse der nicht zur Messung vorgesehenen Laufradschaufeln einfach detektiert und eliminiert werden, so dass eine zuverlässige und gesicherte Aussage zum Schwingungsverhalten der zur Messung vorgesehenen Laufradschaufel realisierbar ist.
In einer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Laufrades ist das
Kopplungselement mit Hilfe einer Presspassung zwischen zwei benachbart positionierten Laufradschaufeln fixierbar. Dadurch ist vermieden, dass
Haftmittelrückstände auf den entsprechenden Laufradschaufeln nach Entfernen des Kopplungselementes zurückbleiben. Es ist nicht vorgesehen, aus
ökologischen und ökonomischen Gründen, das Laufrad, welches zur Messung des Schwingungsverhaltens von Laufradschaufeln herangezogen wird, nach einer Messung einer einzigen Laufradschaufel nicht mehr zu verwenden.
Haftmittelrückstände können eine Beeinflussung des Schwingungsverhaltens hervorrufen, wodurch eine unzuverlässige Aussage zum Schwingungsverhalten der mit dem Haftmittel versehenen Laufradschaufel resultiert. Das bedeutet, dass sofern ein Kopplungselement mit Hilfe eines Haftmittels vorgesehen ist, das Laufrad ausschließlich zur Messung einer einzigen Laufradschaufel
herangezogen werden kann, da eine zuverlässige Aussage zum
Schwingungsverhalten der weiteren Laufradschaufel nicht mehr möglich ist, aufgrund der mit Haftmittel behafteten Laufradschaufeln.
Mit Hilfe der Presspassung ist das Kopplungselement gesichert und zuverlässig zwischen den entsprechenden, benachbart positionierten Laufradschaufeln angeordnet, so dass auch bei hohen Erregerfrequenzen und Erregeramplituden das Kopplungselement sicher zwischen den beiden Laufradschaufeln zur
Kopplung der Laufradschaufeln positioniert bleibt. Vorteilhafterweise ist das Kopplungselement aus einem elastischen Material hergestellt, da damit eine besonders gesicherte Positionierung des
Kopplungselementes erreichbar ist. Zur Positionierung wird das
Kopplungselement zusammengedrückt, so dass es kleiner ist als ein zwischen den beiden benachbarten Laufradschaufeln vorliegender Spalt, in welchen das Kopplungselement zu positionieren ist. Nach erfolgter Positionierung kann sich das Kopplungselement im Spalt aufgrund seiner Elastizität soweit ausdehnen, bis ein Widerstand aufgrund der angrenzenden Laufradschaufeln erreicht ist. Das Kopplungselement ist gesichert im Spalt aufgenommen. Idealerweise ist das Kopplungselement aus einem Material hergestellt, welches einen
Elastizitätsmodul im Bereich zwischen 200 N/mm2 und 1000 N/mm2 aufweist.
Besonders vorteilhaft, da aufgrund seiner Oberflächenbeschaffenheit zusätzlich eine Haftreibung zwischen Oberflächen der Laufradschaufeln und dem
Kopplungselement herbeiführbar ist, ist die Ausbildung des Kopplungselements aus einem Polyethylen, insbesondere aus PE-LD.
Ein erfindungsgemäßer Prüfstand zur Ermittlung des Schwingungsverhaltens von Laufradschaufeln, mit einer Kontrolleinheit und einem Steuergerät, mit einer Schwingungsmesseinheit und einem Erregerelement, umfasst zur zuverlässigen und gesicherten Messung ein Laufrad, welches Merkmale gemäß den
Ansprüchen 1 bis 5 aufweist.
Die auf das Verfahren gerichtete Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren zur Ermittlung des Schwingungsverhaltens von Laufradschaufeln, mit einem Laufrad, aufweisend eine Mehrzahl von Laufradschaufeln positioniert an einer Nabe des Laufrades, bei dem die zu vermessenden Laufradschaufeln von übrigen
Laufradschaufeln entkoppelt sind, wobei das Laufrad zur Entkopplung der zu vermessenden Laufradschaufel mit jeweils einem Kopplungselement zwischen zwei benachbart positionierten Laufradschaufeln, welche nicht zu vermessen sind, versehen wird. Durch die Kopplung ergibt sich ein besonders zuverlässiges Verfahren zur Ermittlung des Schwingungsverhaltens von Laufradschaufeln, da Einflüsse von nicht zur Messung vorgesehener Laufradschaufeln aufgrund der mit Hilfe der Kopplungselemente erzeugten Massen- und Dämpfungsunterschiede zwischen zu vermessender Laufradschaufel und nicht zu vermessenden
Laufradschaufeln sehr gut detektiert und somit eliminiert werden können.
Weitere Vorteile und zweckmäßige Ausführungen sind den weiteren Ansprüchen, der Figurenbeschreibung und den Zeichnungen zu entnehmen. Es zeigen:
Fig. 1 In einer schematischen Darstellung einen Prüfstandsaufbau zur
Ermittlung des Schwingungsverhaltens von Laufradschaufeln,
Fig. 2 in einem Schnitt ein Laufrad mit einer Positionierung eines
Koppelelementes in einer ersten Variante,
Fig. 3 in einem Schnitt ein Laufrad mit einer Positionierung eines
Koppelelementes in einer zweiten Variante,
Fig. 4 in einem Schnitt ein Laufrad mit einer Positionierung eines
Koppelelementes in einer dritten Variante und
Fig. 5 in einem Eigenfrequenz-Amplituden-Diagramm einen Vergleich einer
Schwingungsmessung mit einem Verfahren gem. dem Stand der Technik und einem erfindungsgemäßen Verfahren.
In Fig. 1 ist in einer schematischen Darstellung ein Prüfstandsaufbau 1 für ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Ermittlung des Schwingungsverhaltens von Laufradschaufeln dargestellt. Ein zu untersuchendes Laufrad 2 mit einer
Drehachse 15 ist mit Hilfe eines ersten Verbindungselementes 3 mit einem
Steuergerät 4 verbunden. Eine Schwingungsmesseinheit 5, hier in Form eines Laser-Scanning-Vibrometers, ist mit Hilfe eines zweiten Verbindungselementes 6 ebenfalls mit dem Steuergerät 4 verbunden. Zur Schwingungsanregung ist das Laufrad 2 mit Hilfe eines Erregerelementes 7 anregbar, wobei das Erregerelement 7 in Form eines Piezo-Elementes ausgebildet ist. Das Steuergerät 4 dient als Frequenzgenerator und weist zusätzlich eine Aufnahme- und Auswertelektronik auf, so dass Messdaten von Messungen aufgenommen, gespeichert und ausgewertet werden können.
Das Steuergerät 4 ist mit einer Kontrolleinheit 8 verbunden, wobei das
Steuergerät 4 mit der Kontrolleinheit 8 auch einteilig ausgebildet sein könnte. Mit anderen Worten könnten die Funktionen des Steuergerätes 4 auch in der
Kontrolleinheit 8 ausgebildet sein.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Ermittlung des Schwingungsverhaltens von Laufradschaufeln weist das Laufrad 2 mit einer Mehrzahl von
Laufradschaufeln 9 auf einer Nabe 11 auf, dessen Laufradschaufeln 9, welche nicht zur Messung in einem aktuellen Messvorgang vorgesehen sind, mit Hilfe von Kopplungselementen 10 miteinander gekoppelt sind. Das heißt mit anderen Worten, dass die Laufradschaufel 9, welche in dem aktuellen Messvorgang zu vermessen ist, nicht mit Hilfe von Kopplungselementen 10 mit den zu ihr benachbart angeordneten Laufradschaufeln 9 verbunden ist. Das bedeutet, dass die zur Messung vorgesehene Laufradschaufel 9 weder an einer ersten
Seitenfläche 12 der Laufradschaufel 9 noch an einer zweiten Seitenfläche 13 der Laufradschaufel 9 ein Kopplungselement aufweist. Der ersten Seitenfläche 12 der zu vermessenden Laufradschaufel 9 ist gegenüberliegend angeordnet eine zweite Seitenfläche 13 einer nicht zu vermessenden Laufradschaufel 9, und ebenso ist der zweiten Seitenfläche 13 der zu vermessenden Laufradschaufel 9 eine erste Seitenfläche 12 einer ebenfalls nicht zu vermessenden Laufradschaufel 9 gegenüberliegend positioniert.
Das Kopplungselement 10 ist aus einem elastischen Material aufgebaut, wobei hier beispielhaft als Kunststoff das Polyethylen PE-LD mit einem Elastizitätsmodul von 200 N/mm2 vorgesehen ist. Das Kopplungselement 10 ist als Rechteckkörper ausgebildet, wobei auch ein zylindrisch ausgebildeter Körper als
Kopplungselement 10 einsetzbar ist. Auch ist die Form des Kopplungselementes 10 nicht auf die beiden genannten Körperformen begrenzt, sondern es kann jede Form eingesetzt werden, die eine sichere Kopplung zweier benachbarter
Laufradschaufeln 9 erzeugt.
Zur Kopplung zweier benachbarter Laufradschaufeln 9 wird das
Kopplungselement 10 auf ca. 75 bis 85% seiner ursprünglichen Ausdehnung zusammengedrückt bzw. gestaucht und in diesem gestauchten Zustand zwischen die entsprechenden Laufradschaufeln 9 positioniert. Nach der Positionierung des Kopplungselementes 10 dehnt sich das Kopplungselement 10 wieder aus, so dass eine gesicherte Fixierung des Kopplungselementes 10 zwischen den benachbarten Laufradschaufeln 9 herbeigeführt ist.
In den Fig. 2 bis 4 sind vorteilhafte Positionierungen der Kopplungselemente 10 dargestellt. Die Positionierung der Kopplungselemente 10 in einem äußeren Bereich der Laufradschaufel 9 hat sich als besonders vorteilhaft erwiesen, insbesondere mit einer Positionierung in einem einer Stirnseite 14 der Nabe 11 zugewandten Bereich der Laufradschaufel 9. Der äußere Bereich der
Laufradschaufel 9 ist als der von der Nabe 11 abgewandt ausgebildete Bereich der Laufradschaufel 9 zu verstehen. Insbesondere ist es vorteilhaft das
Kopplungselement 10 im Bereich so genannter„Schwingungsbäuche" anordnen, wobei unter dem Begriff„Schwingungsbauch" der Bereich einer größten
Auslenkung der zur Schwingung angeregten Laufradschaufel 9 zu verstehen ist. Wird die Kopplung im Bereich der„Schwingungsbäuche" eingesetzt, kann die größte Auslenkung der Laufradschaufel 9 erfasst werden, so dass diese effektiv, infolge der Kopplung, deutlich erfassbar ist und somit ihr Einfluss auf das
Schwingungsverhalten der zu vermessenden Laufradschaufel 9 deutlich erkennbar und somit eliminierbar ist.
Zur Ermittlung des Schwingungsverhaltens von Laufradschaufeln wird das Laufrad 2 zur Entkopplung der zu vermessenden Laufradschaufeln 9 mit jeweils einem Kopplungselement 10 zwischen zwei benachbart positionierten
Laufradschaufeln 9, welche nicht zu vermessen sind, versehen. Im Allgemeinen wird nur eine Laufradschaufel 9 in einem Messvorgang vermessen. Das heißt, dass die jeweils der zur aktuellen Messung vorgesehenen Laufradschaufel 9 benachbarten Laufradschaufeln 9 nicht mit Hilfe von Kopplungselementen 10 mit der zu vermessenden Laufradschaufel 9 gekoppelt sind, sondern ausschließlich eine Kopplung der nicht zur aktuellen Messung vorgesehenen Laufradschaufeln 9 mit Hilfe der Kopplungselemente 10 herbeigeführt wird.
Zur Verdeutlichung soll hier noch kurz gesagt werden, dass pro aktuelle Messung nur eine Laufradschaufel 9 bezüglich ihres Schwingungsverhaltens vermessen wird. Selbstverständlich bedeutet dies, dass, insbesondere bei einem integralen Laufrad, die anderen Laufradschaufeln 9, deren Schwingungsverhalten zum Zeitpunkt der aktuellen Messung nicht untersucht werden soll, ebenfalls mittelbar oder unmittelbar angeregt werden. Aufgrund der Kopplung der zum Zeitpunkt der aktuellen Messung nicht zu vermessenden Laufradschaufeln 9 weisen diese allerdings ein von der zur aktuellen Messung vorgesehenen Laufradschaufel 9 abweichendes anderes Schwingungsverhalten auf, dessen Einfluss auf das Schwingungsverhalten der zum Zeitpunkt der aktuellen Messung vorgesehenen Laufradschaufel 9 leicht eliminierbar ist.
Das Laufrad 2 wird dann mit Hilfe eines Erregerelementes 7, in diesem Beispiel ein Piezoelement, zu Schwingungen angeregt, wobei die Schwingungen mit Hilfe einer Schwingungsmesseinheit 5 aufgenommen werden. Das Piezoelement 7 wird auf die Nabe 11 des Laufrades 2 an der Stirnseite 14 der Nabe 11 angebracht. Die Schwingungsmesseinheit 5 weist ein optisches Verfahren zur Aufnahme der Schwingungen auf und ist in diesem Beispiel in Form eines Laser-Scanning- Vibrometers ausgebildet.
Mit Hilfe vom Steuergerät 4 und von der Kontrolleinheit 8 aufgenommenen und ausgewerteten Messergebnissen ist es möglich Aussagen zu einer individuellen, als laufradschaufelspezifischen Schaufeleigenfrequenz, zur individuellen
Schaufeldämpfung sowie zur individuellen Schaufelschwingungsamplitude zu treffen. Des Weiteren lässt sich insgesamt eine Eigenfrequenzverstimmung des gesamten Laufrades 2 ermitteln.
In Fig. 5 sind in einem Eigenfrequenz-Amplituden-Diagramm
Schwingungsmessergebnisse jeweils einer zu vermessenden Laufradschaufel 9 gegenübergestellt, wobei mit Hilfe einer gestrichelten Linie Ergebnisse einer Schwingungsmessung mit einem Verfahren gem. dem Stand der Technik und mit Hilfe einer durchgezogene Linie Ergebnisse der Schwingungsmessung mit dem erfindungsgemäßen Verfahren grafisch dargestellt sind.

Claims

Patentansprüche
1. Laufrad zur Ermittlung des Schwingungsverhaltens von Laufradschaufeln, mit einer Mehrzahl von auf einer Nabe (11 ) des Laufrades (2) positionierten Laufradschaufeln (9),
dadurch gekennzeichnet, dass
mindestens ein Kopplungselement (10) zwischen zwei benachbart positionierten Laufradschaufeln (9) vorgesehen ist, wobei die zur Messung vorgesehene Laufradschaufel (9) weder an einer ersten Seitenfläche (12) der Laufradschaufel noch an einer zweiten Seitenfläche (13) der
Laufradschaufel ein Kopplungselement (10) aufweist.
2. Laufrad nach Anspruch 1 ,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Kopplungselement (10) mit Hilfe einer Presspassung zwischen zwei benachbart positionierten Laufradschaufeln fixierbar ist.
3. Laufrad nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Kopplungselement (10) aus einem elastischen Material aufgebaut ist.
4. Laufrad nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Kopplungselement (10) aus einem Material hergestellt ist, welches einen Elastizitätsmodul (E) im Bereich zwischen 200 N/mm2 und 1000 N/mm2 aufweist.
5. Laufrad nach Anspruch 3 oder 4,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Kopplungselement (10) aus einem Polyethylen PE-LD ausgebildet ist.
6. Prüfstand zur Ermittlung des Schwingungsverhaltens von Laufradschaufeln, umfassend eine Kontrolleinheit (8) und ein Steuergerät (4), eine
Schwingungsmesseinheit (5) und ein Erregerelement (7) sowie ein Laufrad (2),
dadurch gekennzeichnet, dass
das Laufrad (2) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5 ausgebildet ist.
7. Verfahren zur Ermittlung des Schwingungsverhaltens von Laufradschaufeln, mit einem Laufrad (2), aufweisend eine Mehrzahl von Laufradschaufeln (9) positioniert an einer Nabe (11 ) des Laufrades (2), bei dem die zu
vermessenden Laufradschaufeln (9) von übrigen Laufradschaufeln (9) entkoppelt sind,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Laufrad (2) zur Entkopplung der zu vermessenden Laufradschaufeln (9) mit jeweils einem Kopplungselement (10) zwischen zwei benachbart positionierten Laufradschaufeln (9), welche nicht zu vermessen sind, versehen wird.
8. Verfahren nach Anspruch 7,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Laufrad (2) mit Hilfe eines Erregerelementes (7) zu Schwingungen angeregt wird, wobei die Schwingungen mit Hilfe einer
Schwingungsmesseinheit (5) aufgenommen werden.
9. Verfahren nach Anspruch 8,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Schwingungsmesseinheit (5) ein optisches Verfahren zur Aufnahme der Schwingungen aufweist.
10. Verfahren nach Anspruch 8 oder 9,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Erregerelement (7) in Form eines Piezoelements ausgebildet ist.
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