Verfahren zum Verstimmen eines Laufschaufelgitters

Abstract

 Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Verstimmen eines eine Mehrzahl an Laufschaufeln (1) aufweisenden Laufschaufelgitters einer Strömungsmaschine mit den Schritten: a) Festlegen (1) für jede der Laufschaufeln (1) des Laufschaufelgitters mindestens einer Soll-Eigenfrequenz ν_F,S, die die Laufschaufel für mindestens eine vorherbestimmte Schwingungsmode im Normalbetrieb der Strömungsmaschine unter einer Fliehkrafteinwirkung hat, derart, dass die Schwingungsbelastung des Laufschaufelgitters unter der Fliehkraft unterhalb einer Toleranzgrenze liegt (14); b) Aufstellen (16) einer Wertetabelle ν_F(m, r_S) mit ausgewählten diskreten Massewerten m und radialen Schwerpunktslagen r_S, die sich aus Variationen (6 bis 9) der Nenngeometrie (5) der Laufschaufel (1) ergeben, und Ermitteln der jeweiligen Eigenfrequenz ν_F unter der Fliehkraft für jedes ausgewählte Wertepaar m und r_S; c) Messen (17) der Masse m_I und der radialen Schwerpunktslage r_S,I einer der Laufschaufeln (1) (19); d) Bestimmen von einer Ist-Eigenfrequenz ν_F,_I der Laufschaufel (1) unter der Fliehkraft durch Interpolieren der gemessenen Masse m_I und der gemessenen radialen Schwerpunktslage r_S,I in der Wertetabelle ν_F(m, r_S); e) in dem Fall, dass ν_F,I außerhalb einer Toleranz um ν_F,S liegt, Auswählen aus der Wertetabelle ν_F(m, r_S) eines Wertepaars m_S und r_S,S derart, dass sich ν_F, an ν_F,S zumindest annähert, und Abtragen (24) von Material der Laufschaufel (1) derart, dass m_I und r_S,I dem Wertepaar m_S und r_S,S entsprechen.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Verstimmen eines Laufschaufelgitters.

[0002] Eine Strömungsmaschine weist in Laufrädern angeordnete Laufschaufeln auf, die als an ihren Schaufelfüßen fest eingespannt angesehen werden können und im Betrieb der Strömungsmaschine schwingen können. In Abhängigkeit des Betriebszustands der Strömungsmaschine kann es dabei zu Schwingungsvorgängen kommen, bei denen Schwingungszustände mit hohen und kritischen Spannungen in der Laufschaufel auftreten. Bei einer zeitlich langen Belastung der Schaufel durch kritische Spannungszustände kommt es zu einer Materialermüdung, die letztendlich zu einer Lebensdauerreduzierung der Schaufel führen kann, welche einen Austausch der Laufschaufel notwendig macht.

[0003] Aufgrund von auf die Laufschaufel wirkenden Fliehkräften im Betrieb der Strömungsmaschine wird eine Vorspannung in der Laufschaufel erzeugt. Dadurch und durch die hohe Temperatur der Laufschaufel im Betrieb sind die Eigenfrequenzen der Laufschaufel im Betrieb verschieden von den Eigenfrequenzen bei der ruhenden und kalten Laufschaufel. Als qualitätssichernde Maßnahme während der Fertigung sind lediglich die Eigenfrequenzen im Stillstand der Strömungsmaschine messbar, wobei es jedoch zur Auslegung der Laufschaufel erforderlich ist, die Eigenfrequenzen unter der Fliehkraft zu kennen, damit die Schwingungsvorgänge, bei denen die Schwingungszustände mit den hohen und kritischen Spannungen in der Laufschaufel auftreten, vermieden werden können.

[0004] Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zum Verstimmen eines Laufschaufelgitters einer Strömungsmaschine zu schaffen, wobei die Laufschaufeln eine lange Lebensdauer im Betrieb der Strömungsmaschine haben.

[0005] Das erfindungsgemäße Verfahren zum Verstimmen, insbesondere dem rotordynamischen Verstimmen, eines eine Mehrzahl an Laufschaufeln aufweisenden Laufschaufelgitters einer Strömungsmaschine weist die Schritte auf: a) Festlegen für jede der Laufschaufeln des Laufschaufelgitters mindestens einer Soll-Eigenfrequenz ν_F,S, die die Laufschaufel für mindestens eine vorherbestimmte Schwingungsmode im Normalbetrieb der Strömungsmaschine unter einer Fliehkrafteinwirkung hat, derart, dass die Schwingungsbelastung des Laufschaufelgitters unter der Fliehkraft unterhalb einer Toleranzgrenze liegt; b) Aufstellen einer Wertetabelle ν_F(m, r_S) mit ausgewählten diskreten Massewerten m und radialen Schwerpunktslagen r_S, die sich aus Variationen der Nenngeometrie der Laufschaufel ergeben, und Ermitteln der jeweiligen Eigenfrequenz ν_F unter der Fliehkraft für jedes ausgewählte Wertepaar m und r_S; c) Messen der Masse m_I und der radialen Schwerpunktslage r_S,I einer der Laufschaufeln; d) Bestimmen von einer Ist-Eigenfrequenz ν_F,I der Laufschaufel unter der Fliehkraft durch Interpolieren der gemessenen Masse m_I und der gemessenen radialen Schwerpunktslage r_S,I in der Wertetabelle ν_F(m, r_S); e) in dem Fall, dass ν_F,I außerhalb einer Toleranz um ν_F,S liegt, Auswählen aus der Wertetabelle ν_F(m, r_S) eines Wertepaars m_S und r_S,S derart, dass sich ν_F,I an ν_F,S zumindest annähert, und Abtragen von Material der Laufschaufel derart, dass m_I und r_S,I dem Wertepaar m_S und r_S,S entsprechen; f) Wiederholen der Schritte c) bis e) bis ν_F,I innerhalb der Toleranz um ν_F,S liegt.

[0006] Durch das Messen der Masse m_I und der radialen Schwerpunktslage r_S,I sowie durch das Interpolieren dieser Werte in der Wertetabelle ν_F(m, r_S) kann die Eigenfrequenz ν_F,I unter der Fliehkraft vorteilhaft mit einer hohen Genauigkeit bestimmt werden. Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren ist es ebenso vorteilhaft möglich, diese Eigenfrequenz ν_F,I mit einer hohen Genauigkeit einzustellen und an die festgelegte Soll-Eigenfrequenz ν_F,S anzunähern. Somit kann die Schwingungsbelastung der Laufschaufel im Betrieb der Strömungsmaschine vermindert werden, wodurch sich die Lebensdauer der Laufschaufel verlängert. Zudem ist das Verfahren einfach durchzuführen, weil es für eine genaue Bestimmung der Ist-Eigenfrequenz ν_F,I überraschenderweise ausreichend ist, m_I und r_S,I der Laufschaufel ohne ihre vollständige Geometrie zu messen. Zudem sind m_I und r_S,I einfach zu messende Größen, beispielsweise kann m_I mittels einer Waage bestimmt werden.

[0007] Die vorherbestimmten Schwingungsmoden werden bevorzugt derart gewählt, dass die zu den Schwingungsmoden zugehörigen Eigenfrequenzen ν_F,S gleich oder niederfrequenter als eine Vielfache Harmonische der Rotordrehfrequenz sind, insbesondere die Achtfache Harmonische, wobei jeweils eine Wertetabelle ν_F(m, r_S) für eine Mehrzahl oder für alle der Schwingungsmoden aufgestellt wird, die Ist-Eigenfrequenz ν_F,I für jede Wertetabelle bestimmt wird und das Wertepaar m_S und r_S,S derart ausgewählt wird, dass sich die bestimmten ν_F,I an die festgelegten ν_F,S zumindest annähern.

[0008] Das erfindungsgemäße Verfahren zum Verstimmen, insbesondere dem rotordynamischen Verstimmen, eines eine Mehrzahl an Laufschaufeln aufweisenden Laufschaufelgitters einer Strömungsmaschine weist die Schritte auf: a) Festlegen für jede der Laufschaufeln des Laufschaufelgitters mindestens einer Soll-Eigenfrequenz ν_F,S, die die Laufschaufel für mindestens eine vorherbestimmte Schwingungsmode im Normalbetrieb der Strömungsmaschine unter einer Fliehkrafteinwirkung hat, derart, dass die Schwingungsbelastung des Laufschaufelgitters unter der Fliehkraft unterhalb einer Toleranzgrenze liegt; b) Aufstellen einer Wertetabelle ν_F(m, r_S) und einer Wertetabelle ν_S(m, r_S) mit ausgewählten diskreten Massewerten m und radialen Schwerpunktslagen r_S, die sich aus Variationen der Nenngeometrie der Laufschaufel ergeben, und Ermitteln der jeweiligen Eigenfrequenz ν_F unter der Fliehkraft und der jeweiligen Eigenfrequenz ν_S im Stillstand der Laufschaufel für jedes ausgewählte Wertepaar m und r_S; c) Messen der Masse m_I und der radialen Schwerpunktslage r_S,I einer der Laufschaufeln; d) Bestimmen von einer Ist-Eigenfrequenz ν_F,I der Laufschaufel unter der Fliehkraft durch Interpolieren der gemessenen Masse m_I und der gemessenen radialen Schwerpunktslage r_S,I in der Wertetabelle ν_F(m, r_S); e) in dem Fall, dass ν_F,I außerhalb einer Toleranz um ν_F,S liegt, Auswählen aus der Wertetabelle ν_F (m, r_S) eines Wertepaars m_S und r_S,S derart, dass sich ν_F,I an ν_F,S zumindest annähert, und Abtragen von Material der Laufschaufel derart, dass m_I und r_S,I dem Wertepaar m_S und r_S,S entsprechen; f) in dem Fall, dass Material abgetragen wurde, Messen der Eigenfrequenz ν_S,I der Laufschaufel im Stillstand; g) Wiederholen der Schritte e) bis f) oder c) bis f) bis ν_F,I innerhalb der Toleranz um ν_F,S und ν_S,I innerhalb einer der Toleranz entsprechenden Toleranz um ν_S,S liegt.

[0009] Durch das zusätzliche Messen der Eigenfrequenz ν_S,I kann die Ist-Eigenfrequenz ν_F,I unter der Fliehkraft vorteilhaft mit einer noch höheren Genauigkeit bestimmt werden. Es ist auch möglich, zur Kontrolle des Abtragens lediglich die Messung der Eigenfrequenz ν_S,I im Stillstand heranzuziehen, ohne die Messung von m_I und r_S,I zu wiederholen.

[0010] Die vorherbestimmten Schwingungsmoden werden bevorzugt derart gewählt, dass die zu den Schwingungsmoden zugehörigen Eigenfrequenzen ν_F,S gleich oder niederfrequenter als eine Vielfache Harmonische der Rotordrehfrequenz sind, insbesondere die Achtfache Harmonische, wobei jeweils eine Wertetabelle ν_F(m, r_S) und jeweils eine Wertetabelle ν_S(m, r_S) für eine Mehrzahl oder für alle der Schwingungsmoden aufgestellt wird, die Ist-Eigenfrequenz ν_F,I und die Ist-Eigenfrequenz ν_S,I für jede Wertetabelle bestimmt wird, das Wertepaar m_S und r_S,S derart ausgewählt wird, dass sich die bestimmten ν_F,I an die festgelegten ν_F,S zumindest annähern und die Eigenfrequenzen ν_S,I für die vorherbestimmten Schwingungsmoden gemessen werden.

[0011] Die Variationen der Nenngeometrie weisen bevorzugt ein Verdicken und/oder ein Verdünnen der Laufschaufel in jedem radialen Schnitt oder in radialen Abschnitten auf. Es ist bevorzugt, dass die Variationen der Nenngeometrie ein lineares Variieren der Dicke der Laufschaufel über den Radius aufweisen. Es ist vorteilhaft möglich, die Wertetabelle durch das Verdicken und das Verdünnen der Nenngeometrie mit einer zur Bestimmung der Eigenfrequenzen ν_F und ν_S ausreichenden Genauigkeit aufzustellen.

[0012] Die Soll-Eigenfrequenzen ν_F,S werden bevorzugt derart festgelegt, dass in dem Laufschaufelgitter benachbart angeordnete Laufschaufeln ungleiche Soll-Eigenfrequenzen ν_F,S haben und dass die Soll-Eigenfrequenzen ν_F,S verschieden sind von der Rotordrehfrequenz im Normalbetrieb der Strömungsmaschine bis einschließlich einer Vielfachen Harmonischen der Rotordrehfrequenz, insbesondere der Achtfachen Harmonischen der Rotordrehfrequenz. Dadurch ist es unterbunden, dass eine schwingende Laufschaufel eine ihr benachbarte Laufschaufel zu einer Schwingung anregen kann und dass es zu einer Kopplung der Rotation des Laufschaufelgitters mit den Schwingungen der Laufschaufeln kommt. Somit sind die Schwingungsbelastungen der Laufschaufeln gering und ihre Lebensdauern lang.

[0013] Es ist bevorzugt, dass das Messen der Masse m_I und der radialen Schwerpunktslage r_S,I relativ als Differenzmessung zu einer Referenzschaufel erfolgt, die dreidimensional vermessen wurde, insbesondere mittels eines Koordinatenmessgeräts und/oder mittels eines optischen Verfahrens. Die Genauigkeit einer Messung hängt von der Größe des Messbereichs ab, wobei ein größerer Messbereich in einer geringeren Genauigkeit resultiert. Indem das Messen von m_I und r_S,I relativ zu der Referenzschaufel erfolgt, kann ein kleiner Messbereich mit einer hohen Genauigkeit verwendet werden. Es ist daher nur erforderlich eine einzige Laufschaufel als die Referenzschaufel zu nehmen und sie einmalig mit einem kostenintensiven dreidimensionalen Verfahren zu charakterisieren, wodurch auch m_I und r_S,I aller anderen Laufschaufeln mit der hohen Genauigkeit gemessen werden können.

[0014] Es ist bevorzugt, dass das Wertepaar m_S und r_S,S derart ausgewählt wird, dass die Unwucht des Rotors verringert wird und/oder dass der Aufwand zum Abtragen minimal wird. Die Kenntnis des Wertepaares m_S und r_S,S ist für ein Auswuchten des Rotors ausreichend, so dass vorteilhaft durch das Abtragen des Materials ein Verstimmen und ein Auswuchten des Laufschaufelgitters in einem gemeinsamen Verfahrensschritt erfolgen kann. Das Abtragen des Materials kann auch derart erfolgen, dass die Menge des abzutragenden Materials minimiert wird.

[0015] Die vorherbestimmte Schwingungsmode wird bevorzugt derart gewählt, dass die Eigenfrequenz ν_F,S der vorherbestimmten Schwingungsmode gleich oder niederfrequenter ist als die Vielfache Harmonische der Rotordrehfrequenz, insbesondere die Achtfache Harmonische der Rotordrehfrequenz. Die Eigenfrequenzen ν_F und/oder ν_I werden bevorzugt rechnerisch bestimmt, insbesondere mittels einer Finiten Elemente Methode.

[0016] Es ist bevorzugt, dass beim Messen der Eigenfrequenz ν_S,I die Laufschaufel an ihrem Schaufelfuß eingespannt wird, die Schwingung der Laufschaufel angeregt wird und die Schwingung gemessen wird. Die Schwingung wird bevorzugt mittels Schwingungsaufnehmer, Beschleunigungssensoren, Dehnmessstreifen, piezoelektrischer Sensoren und/oder optischer Verfahren gemessen. Hierbei handelt es sich um eine einfache Methode zur Bestimmung der Eigenfrequenz.

[0017] Mittels eines Vergleichs der gemessenen Eigenfrequenz ν_S,I mit einer durch Interpolieren von m_I und r_S,I in der Wertetabelle ν_S(m, r_S) ermittelten Ist-Eigenfrequenz wird bevorzugt eine Anpassung des Modells zum Ermitteln der Eigenfrequenzen ν_F und ν_S durchgeführt. Dadurch können vorteilhaft Einflüsse des Werkstoffes auf die Eigenfrequenzen mit berücksichtigt werden.

[0018] Im Folgenden wird anhand der beigefügten schematischen Zeichnungen die Erfindung näher erläutert. Es zeigen:

Figur 1

Längsschnitte von drei Laufschaufeln mit einer Nenngeometrie der Laufschaufel und Variationen der Nenngeometrie,

Figur 2

eine zweidimensionale Auftragung von Eigenfrequenzen ν_S der Laufschaufel im Stillstand und eine zweidimensionale Auftragung von Eigenfrequenzen ν_F der Laufschaufel unter Fliehkraft als Funktion der Masse m und der radialen Schwerpunktslage r_S der Laufschaufel und

Figur 3

ein Ablaufschema des erfindungsgemäßen Verfahrens.

[0019] Figur 1 zeigt drei Laufschaufeln 1 einer Strömungsmaschine, wobei die erste Laufschaufel in ihrer Nenngeometrie 5, die zweite Laufschaufel sowohl in ihrer Nenngeometrie 5 als auch in einer ersten Variation 6 und einer zweiten Variation 7 und die dritte Laufschaufel sowohl in ihrer Nenngeometrie 5 als auch in einer dritten Variation 8 und einer vierten Variation 9 dargestellt sind. Die Laufschaufeln 1 weisen einen Schaufelfuß 2, der an einer Rotorwelle 4 der Strömungsmaschine fest angebracht ist, und eine dem Schaufelfuß 2 abgewandte Schaufelspitze 3 auf. Bei einer Schwingung der Laufschaufel 1 im Betrieb der Strömungsmaschine ist an dem Schaufelfuß 2 ein Schwingungsknoten angeordnet. Der Radius r der Laufschaufel 1 ist von dem Schaufelfuß 2 zu der Schaufelspitze 3 gerichtet.

[0020] Die zweite Laufschaufel zeigt Variationen 6, 7 der Nenngeometrie 5 auf, bei denen ausgehend von der Nenngeometrie 5 die Masse m jedoch nicht die radiale Schwerpunktslage r_S der Laufschaufel verändert wird. In der ersten Variation 6 wird die Masse m vergrößert, indem die zweite Laufschaufel in jedem radialen Abstand r zur Rotationsachse gleichmäßig verdickt wird und in der zweiten Variation 7 wird die Masse m verringert, indem die zweite Laufschaufel in jedem radialen Abstand r gleichmäßig verdünnt wird.

[0021] Bei den Variationen 8, 9 der dritten Laufschaufel wird ausgehend von der Nenngeometrie 5 die Dicke der Laufschaufel in der Umfangsrichtung und/oder der Axialrichtung linear über den Radius r variiert. Gemäß der dritten Variation 8 wird ausgehend von der Nenngeometrie 5 die Laufschaufel an ihrem Schaufelfuß 2 verdickt und an ihrer Schaufelspitze 3 verdünnt und gemäß der vierten Variation 9 wird ausgehend von der Nenngeometrie 5 die Laufschaufel an ihrem Schaufelfuß 2 verdünnt und an ihrer Schaufelspitze 3 verdickt. Dadurch wird in der dritten Variation 8 die radiale Schwerpunktslage r_S nach radial innen und in der vierten Variation 9 nach radial außen verschoben, wohingegen sich die Masse m nicht verändert. Die Variationen 8, 9 können jedoch auch derart durchgeführt werden, dass sowohl die Masse m als auch die radiale Schwerpunktslage r_S verändert werden. Zudem ist es möglich, die Masse m und die radiale Schwerpunktslage r_S durch Verdicken und/oder Verdünnen der Laufschaufel 1 in ausgewählten radialen Abschnitten durchzuführen.

[0022] Es wird eine Vielzahl von Variationen der Nenngeometrie 5 durchgeführt und für jede Variation wird eine Eigenfrequenz ν_S der niederfrequentesten Biegeschwingung der an ihrem Schaufelfuß 2 eingespannten und sich im Stillstand befindlichen Laufschaufel 1 mittels einer Finiten Elemente Methode berechnet. Weiterhin wird für jede Variation die Eigenfrequenz ν_F der gleichen Biegeschwingung berechnet, wobei die auf die Laufschaufel 1 im Normalbetrieb der Strömungsmaschine wirkende Fliehkraft berücksichtigt wird. Optional können bei der Berechnung von ν_F auch eine erhöhte Temperatur und sich damit verändernde Werkstoffeigenschaften mit berücksichtigt werden. Für ein gegebenes Laufschaufelgitter ist es vorteilhaft lediglich erforderlich, die Variationen der Nenngeometrie einmalig durchzuführen.

[0023] Es wird anschließend für jede Variation der Nenngeometrie 5 die Masse m und die radiale Schwerpunktslage r_S der Laufschaufel 1 bestimmt und eine Wertetabelle ν_S(m, r_S) mit Wertetripeln ν_S ,m, r_S und eine Wertetabelle ν_F(m, r_S) mit Wertetripeln ν_F, m, r_S aufgestellt. In der linken Auftragung in Figur 2 ist die Wertetabelle ν_S(m, r_S) und in der rechten Auftragung in Figur 2 die Wertetabelle ν_F(m, r_S) dargestellt, indem die jeweilige Eigenfrequenz ν_S 10 und ν_F 11 gegen die Masse m 12 und die radiale Schwerpunktslage r_S 13 aufgetragen ist. Die Eigenfrequenzen ν_S 10 und ν_F 11 sind dabei in willkürlichen Einheiten und die Nenngeometrie 5 ist jeweils bei m=0 und r_S=0 aufgetragen. Aus Figur 2 ist ersichtlich, dass eine Verringerung der Masse m und eine Verschiebung der radialen Schwerpunktslage r_S nach innen mit einer Erhöhung der Eigenfrequenzen ν_S 10 und ν_F 11 einhergehen.

[0024] In Figur 3 ist das erfindungsgemäße Verfahren in einem Ablaufschema dargestellt. Es wird für jede der Laufschaufeln 1 des Laufschaufelgitters eine Soll-Eigenfrequenz ν_F,S festgelegt 14, die die Laufschaufel 1 für die niederfrequenteste Biegeschwingung der an ihrem Schaufelfuß 2 fest eingespannten Laufschaufel 1 im Normalbetrieb der Strömungsmaschine unter einer Fliehkrafteinwirkung hat, derart, dass die Schwingungsbelastung des Laufschaufelgitters unter der Fliehkraft unterhalb einer Toleranzgrenze liegt. Dies wird dadurch erreicht, dass indem Laufschaufelgitter benachbart angeordnete Laufschaufeln ungleiche Soll-Eigenfrequenzen ν_F,S haben und dass die Soll-Eigenfrequenzen ν_F,S verschieden sind von der Rotordrehfrequenz im Normalbetrieb der Strömungsmaschine bis einschließlich der Achtfachen Harmonischen der Rotordrehfrequenz.

[0025] Anschließend wird zu jeder Soll-Eigenfrequenz ν_F,S eine entsprechende Soll-Eigenfrequenz ν_S,S ermittelt 15, die die Laufschaufel 1 für die niederfrequenteste Biegeschwingung der an ihrem Schaufelfuß 2 fest eingespannten Laufschaufel 1 im Stillstand hat. Darauf folgend werden, wie oben beschrieben, durch die Variationen der Nenngeometrie 5 die Wertetabelle ν_S(m, r_S) und die Wertetabelle ν_F(m, r_S) aufgestellt 16.

[0026] Nach der Fertigung 18 der Laufschaufel 1 werden ihre Masse m und radiale Schwerpunktslage r_S gemessen 19. Anschließend wird eine Ist-Eigenfrequenz ν_F,I der Laufschaufel 1 unter der Fliehkraft durch Interpolieren der gemessenen Masse m_I und der gemessenen radialen Schwerpunktslage r_S,I in der Wertetabelle ν_F(m, r_S) bestimmt 17.

[0027] Es wird ein Ist-Soll Abgleich 21 durchgeführt, indem ν_F,I mit ν_F,S verglichen wird. In dem Fall, dass ν_F,I außerhalb einer Toleranz um ν_F,S liegt, wird aus der Wertetabelle ν_F(m, r_S) ein Wertepaar m_S und r_S,S derart ausgewählt, dass sich ν_F,I an ν_F,S zumindest annähert, und Material von der Laufschaufel 1 derart abgetragen 24 wird, dass m_I und r_S,I dem Wertepaar m_S und r_S,S entsprechen. Wie es aus der rechten Auftragung aus Figur 2 ersichtlich ist, stehen in der Regel eine Mehrzahl an Wertepaaren m_S und r_S,S zur Verfügung, um eine gewisse Eigenfrequenz ν_F,S zu erreichen. Aus der Mehrzahl an den Wertepaaren kann ein Wertepaar m_S und r_S,S derart ausgewählt werden, dass der Rotor der Strömungsmaschine ausgewuchtet ist und/oder dass der Aufwand zum Abtragen minimal ist. Das Abtragen 24 kann beispielsweise durch ein Schleifen erfolgen.

[0028] Zur Kontrolle des Abtragens 24 kann die Eigenfrequenz ν_S,I der Laufschaufel 1 im Stillstand gemessen 20 werden. Dazu wird die Laufschaufel 1 an ihrem Schaufelfuß 2 eingespannt, die Schwingung der Laufschaufel 1 angeregt, beispielsweise durch einen Schlag, und der von der Laufschaufel 1 emittierte Schall gemessen. Alternativ kann zur Kontrolle des Abtragens 24 auch die Masse m und radiale Schwerpunktslage r_S der Laufschaufel 1 gemessen werden 19. Mit einer besonders hohen Genauigkeit kann die Kontrolle durchgeführt werden, indem sowohl die Eigenfrequenz ν_S,I 20 als auch die Masse m und radiale Schwerpunktslage r_S 19 gemessen werden.

[0029] Es ist auch möglich, bereits vor dem Abtragen 24 des Materials sowohl die Masse m und die radiale Schwerpunktslage r_S 19 als auch die Eigenfrequenz ν_S,I 20 zu messen, um damit die Ist-Eigenfrequenz ν_F,I mit einer besonders hohen Genauigkeit zu messen. Mittels eines Vergleichs der gemessenen Eigenfrequenz ν_S,I mit einer durch Interpolieren von m_I und r_S,I in der Wertetabelle ν_S(m, r_S) ermittelten Ist-Eigenfrequenz kann eine Anpassung des Modells zum Ermitteln der Eigenfrequenzen ν_F und ν_S durchgeführt werden.

[0030] In dem Fall, dass ν_F,I innerhalb einer Toleranz um ν_F,S liegt, können optionale Verfahrensschritte 22 an der Laufschaufel 1 durchgeführt werden, wie beispielsweise ein Auftragen einer Beschichtung. Anschließend wird die Laufschaufel 1 in das Laufschaufelgitter eingebaut 23.

[0031] Obwohl die Erfindung im Detail durch die bevorzugten Ausführungsbeispiele näher illustriert und beschrieben wurde, so ist die Erfindung nicht durch die offenbarten Beispiele eingeschränkt und andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen.

Ansprüche

1. Verfahren zum Verstimmen eines eine Mehrzahl an Laufschaufeln (1) aufweisenden Laufschaufelgitters einer Strömungsmaschine mit den Schritten:

a) Festlegen (14) für jede der Laufschaufeln (1) des Laufschaufelgitters mindestens einer Soll-Eigenfrequenz ν_F,S, die die Laufschaufel (1) für mindestens eine vorherbestimmte Schwingungsmode im Normalbetrieb der Strömungsmaschine unter einer Fliehkrafteinwirkung hat, derart, dass die Schwingungsbelastung des Laufschaufelgitters unter der Fliehkraft unterhalb einer Toleranzgrenze liegt;

b) Aufstellen (16) einer Wertetabelle ν_F(m, r_S) mit ausgewählten diskreten Massewerten m und radialen Schwerpunktslagen r_S, die sich aus Variationen (6 bis 9) der Nenngeometrie (5) der Laufschaufel (1) ergeben, und Ermitteln der jeweiligen Eigenfrequenz ν_F der vorherbestimmten Schwingungsmode unter der Fliehkraft für jedes ausgewählte Wertepaar m und r_S;

c) Messen (19) der Masse m_I und der radialen Schwerpunktslage r_S,I einer der Laufschaufeln (1);

d) Bestimmen (17) von einer Ist-Eigenfrequenz ν_F,I der Laufschaufel (1) unter der Fliehkraft durch Interpolieren der gemessenen Masse m_I und der gemessenen radialen Schwerpunktslage r_S,I in der Wertetabelle ν_F(m, r_S);

e) in dem Fall, dass ν_F,I außerhalb einer Toleranz um ν_F,S liegt, Auswählen aus der Wertetabelle ν_F(m, r_S) eines Wertepaars m_S und r_S,S derart, dass sich ν_F,I an ν_F,S zumindest annähert, und Abtragen (24) von Material der Laufschaufel (1) derart, dass m_I und r_S,I dem Wertepaar m_S und r_S,S entsprechen;

f) Wiederholen der Schritte c) bis e) bis ν_F,I innerhalb der Toleranz um ν_F,S liegt.

2. Verfahren zum Verstimmen eines eine Mehrzahl an Laufschaufeln (1) aufweisenden Laufschaufelgitters einer Strömungsmaschine mit den Schritten:

a) Festlegen (14) für jede der Laufschaufeln (1) des Laufschaufelgitters mindestens einer Soll-Eigenfrequenz ν_F,S, die die Laufschaufel (1) für mindestens eine vorherbestimmte Schwingungsmode im Normalbetrieb der Strömungsmaschine unter einer Fliehkrafteinwirkung hat, derart, dass die Schwingungsbelastung des Laufschaufelgitters unter der Fliehkraft unterhalb einer Toleranzgrenze liegt;

b) Aufstellen (16) einer Wertetabelle ν_F(m, r_S) und einer Wertetabelle ν_S(m, r_S) mit ausgewählten diskreten Massewerten m und radialen Schwerpunktslagen r_S, die sich aus Variationen (6 bis 9) der Nenngeometrie (5) der Laufschaufel (1) ergeben, und Ermitteln der jeweiligen Eigenfrequenz ν_F der vorherbestimmten Schwingungsmode unter der Fliehkraft und der jeweiligen Eigenfrequenz ν_S der vorherbestimmten Schwingungsmode im Stillstand der Laufschaufel (1) für jedes ausgewählte Wertepaar m und r_S;

c) Messen (19) der Masse m_I und der radialen Schwerpunktslage r_S,I einer der Laufschaufeln (1);

d) Bestimmen (17) von einer Ist-Eigenfrequenz ν_F,I der Laufschaufel (1) unter der Fliehkraft durch Interpolieren der gemessenen Masse m_I und der gemessenen radialen Schwerpunktslage r_S,I in der Wertetabelle ν_F(m, r_S);

e) in dem Fall, dass ν_F,I außerhalb einer Toleranz um ν_F,S liegt, Auswählen aus der Wertetabelle ν_F(m, r_S) eines Wertepaars m_S und r_S,S derart, dass sich ν_F,I an ν_F,S zumindest annähert, und Abtragen (24) von Material der Laufschaufel (1) derart, dass m_I und r_S,I dem Wertepaar m_S und r_S,S entsprechen;

f) in dem Fall, dass Material abgetragen wurde, Messen (20) der Eigenfrequenz ν_S,I der Laufschaufel (1) im Stillstand;

g) Wiederholen der Schritte e) bis f) oder c) bis f) bis ν_F,I innerhalb der Toleranz um ν_F,S und ν_S,I innerhalb einer der Toleranz entsprechenden Toleranz um ν_S,S liegt.

3. Verfahren gemäß Anspruch 1,
wobei die vorherbestimmten Schwingungsmoden derart gewählt werden, dass die zu den Schwingungsmoden zugehörigen Eigenfrequenzen ν_F,S gleich oder niederfrequenter als eine Vielfache Harmonische der Rotordrehfrequenz sind, insbesondere die Achtfache Harmonische,
wobei jeweils eine Wertetabelle ν_F(m, r_S) für eine Mehrzahl oder für alle der Schwingungsmoden aufgestellt (16) wird, die Ist-Eigenfrequenz ν_F,I für jede Wertetabelle bestimmt (17) wird und das Wertepaar m_S und r_S,S derart ausgewählt wird, dass sich die bestimmten ν_F,I an die festgelegten ν_F,S zumindest annähern.

4. Verfahren gemäß Anspruch 2,
wobei die vorherbestimmten Schwingungsmoden derart gewählt werden, dass die zu den Schwingungsmoden zugehörigen Eigenfrequenzen ν_F,S gleich oder niederfrequenter als eine Vielfache Harmonische der Rotordrehfrequenz sind, insbesondere die Achtfache Harmonische,
wobei jeweils eine Wertetabelle ν_F(m, r_S) und jeweils eine Wertetabelle ν_S(m, r_S) für eine Mehrzahl oder für alle der Schwingungsmoden aufgestellt (16) wird, die Ist-Eigenfrequenz ν_F,I und die Ist-Eigenfrequenz ν_S,I für jede Wertetabelle bestimmt (17) wird, das Wertepaar m_S und r_S,S derart ausgewählt wird, dass sich die bestimmten ν_F,I an die festgelegten ν_F,S zumindest annähern und die Eigenfrequenzen ν_S,I für die vorherbestimmten Schwingungsmoden gemessen (20) werden.

5. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4,
wobei die Variationen (6 bis 9) der Nenngeometrie (5) ein Verdicken und/oder ein Verdünnen der Laufschaufel (1) in jedem radialen Schnitt oder in radialen Abschnitten aufweisen.

6. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5,
wobei die Variationen (6 bis 9) der Nenngeometrie (5) ein lineares Variieren (8, 9) der Dicke der Laufschaufel (1) über den Radius aufweisen.

7. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6,
wobei die Soll-Eigenfrequenzen ν_F,S derart festgelegt werden, dass in dem Laufschaufelgitter benachbart angeordnete Laufschaufeln ungleiche Soll-Eigenfrequenzen ν_F,S haben und dass die Soll-Eigenfrequenzen ν_F,S verschieden sind von der Rotordrehfrequenz im Normalbetrieb der Strömungsmaschine bis einschließlich einer Vielfachen Harmonischen der Rotordrehfrequenz,
insbesondere der Achtfachen Harmonischen der Rotordrehfrequenz.

8. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7,
wobei das Messen der Masse m_I und der radialen Schwerpunktslage r_S,I relativ als Differenzmessung zu einer Referenzschaufel erfolgt, die dreidimensional vermessen wurde, insbesondere mittels eines Koordinatenmessgeräts und/oder mittels eines optischen Verfahrens.

9. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8,
wobei das Wertepaar m_S und r_S,S derart ausgewählt wird, dass die Unwucht des Rotors verringert wird und/oder dass der Aufwand zum Abtragen minimal wird.

10. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9,
wobei die vorherbestimmte Schwingungsmode derart gewählt wird, dass die Eigenfrequenz ν_F,S der vorherbestimmten Schwingungsmode gleich oder niederfrequenter als eine Vielfache Harmonische der Rotordrehfrequenz ist, insbesondere die Achtfache Harmonische der Rotordrehfrequenz.

11. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 10,
wobei die Eigenfrequenzen ν_F und/oder ν_I rechnerisch bestimmt werden,
insbesondere mittels einer Finite Elemente Methode.

12. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 2, 4 bis 11,
wobei beim Messen der Eigenfrequenz ν_S,I die Laufschaufel (1) an ihrem Schaufelfuß (2) eingespannt wird, die Schwingung der Laufschaufel (1) angeregt wird und gemessen wird.

13. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 2, 4 bis 12,
wobei mittels eines Vergleichs der gemessenen Eigenfrequenz ν_S,I mit einer durch Interpolieren von m_I und r_S,I in der Wertetabelle ν_S(m, r_S) ermittelten Ist-Eigenfrequenz eine Anpassung des Modells zum Ermitteln der Eigenfrequenzen ν_F und ν_S durchgeführt wird.

Zeichnung