EP1640562A1 - Frequency tuning method of a turbine blade and turbine blade - Google Patents

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EP1640562A1
EP1640562A1 EP04022725A EP04022725A EP1640562A1 EP 1640562 A1 EP1640562 A1 EP 1640562A1 EP 04022725 A EP04022725 A EP 04022725A EP 04022725 A EP04022725 A EP 04022725A EP 1640562 A1 EP1640562 A1 EP 1640562A1
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EP
European Patent Office
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blade
component
base material
recess
edge
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP04022725A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Walter David
Christoph Dr. Richter
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Siemens AG
Original Assignee
Siemens AG
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Publication date
Application filed by Siemens AG filed Critical Siemens AG
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Publication of EP1640562A1 publication Critical patent/EP1640562A1/en
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • F01D5/00—Blades; Blade-carrying members; Heating, heat-insulating, cooling or antivibration means on the blades or the members
    • F01D5/12—Blades
    • F01D5/14—Form or construction
    • F01D5/16—Form or construction for counteracting blade vibration
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D29/00—Details, component parts, or accessories
    • F04D29/26—Rotors specially for elastic fluids
    • F04D29/32—Rotors specially for elastic fluids for axial flow pumps
    • F04D29/321—Rotors specially for elastic fluids for axial flow pumps for axial flow compressors
    • F04D29/324—Blades
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
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    • F04D29/66—Combating cavitation, whirls, noise, vibration or the like; Balancing
    • F04D29/661—Combating cavitation, whirls, noise, vibration or the like; Balancing especially adapted for elastic fluid pumps
    • F04D29/668—Combating cavitation, whirls, noise, vibration or the like; Balancing especially adapted for elastic fluid pumps damping or preventing mechanical vibrations
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
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    • F05C2201/00—Metals
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    • F05D2300/00—Materials; Properties thereof
    • F05D2300/50—Intrinsic material properties or characteristics
    • F05D2300/501—Elasticity

Definitions

  • the invention relates to a method for producing a blade made of a base material with a blade side having a suction side, a pressure side, an inlet edge, an outlet edge and a blade tip and with a blade root.
  • the invention further relates to a blade of a base material having a suction side, a pressure side, an inlet edge, an outlet edge and a blade tip having blade and a blade root.
  • a turbine blade as an embodiment of a blade is used in turbomachines.
  • a turbomachine is e.g. a steam turbine or a gas turbine.
  • the following statements relate to a turbine blade in a steam turbine. However, the statements can generally be related to blades and turbomachinery.
  • a flow medium flows in on the input side and flows out of the steam turbine via outlet nozzles.
  • the temperature and pressure of the flow medium change within the steam turbine.
  • the energy of the flow medium is converted into rotational energy.
  • the blades and the vanes must be made elongated.
  • the last turbine blades of a low-pressure steam turbine are so long that they get into vibration during operation.
  • the natural frequencies of the blades can also be reduced by the incorporation of vibration reducing components, e.g. Cover plates or support wings, change.
  • the cover plates are in this case formed such that a swing is prevented by a touch of two adjacent cover plates.
  • Support wings lead by mutual jamming to a suppression of disturbing vibrations.
  • a modification of the airfoil can cause vibrations to be suppressed.
  • modification of the airfoil that is optimized with regard to a frequency change results in that the aerodynamics of the airfoil are no longer optimal. This is due to the compromise between mechanics and aerodynamics.
  • the present invention has for its object a method for producing a blade made of a base material with a suction side, a pressure side, an inlet edge, a trailing edge and a blade tip having blade and specify a blade root, with which it is possible further modifications to blades for influencing to perform the natural frequency.
  • Another object of the invention is to provide a blade with variable natural frequencies.
  • the object directed to the method is achieved by a method for producing a blade from a base material having a suction side, a pressure side, an inlet edge, an outlet edge and a blade tip having a blade root and with a blade root, wherein a recess is provided in the region of the blade tip and in this recess a component for frequency detuning from a material not identical to the base material is attached.
  • the task directed towards the blade is achieved by a blade made of a base material with a blade side having a suction side, an inlet edge, an outlet edge and a blade tip and having a blade root, wherein a recess is provided in the region of the blade tip and in this Recess a component for changing the frequency of the blade is mounted, wherein the component consists of a material that is not identical to the base material.
  • the component is welded to the base material. In a further advantageous embodiment, the component is soldered to the base material.
  • the component which consists of a material that is not identical to the base material, very quickly and easily attached to the base material.
  • vibration shapes of the blade have a deformation along the blade root, it is advantageous to arrange the component in a longitudinal direction of the blade.
  • the density of the material of the component is selected such that this density is higher than the density of the base material.
  • the material of the component is chosen such that the Modulus of elasticity is greater than the elastic modulus of the base material.
  • the blade is formed from a base material of a titanium alloy.
  • the material of the component is a beta titanium alloy.
  • Titanium offers high strength at low weight.
  • the disadvantage is that a titanium alloy is expensive.
  • a beta-titanium alloy has a higher density and a higher modulus of elasticity compared to a titanium alloy and therefore lends itself to being used as a component, in particular because of its metallurgically similar properties.
  • the component has a length (1) which is at least 1/3 of the total length (L) of the blade. It is also advantageous if the component has a width (b) which is at least 1/3 of the overall width (B) of the blade, measured on an upper blade edge.
  • the flow medium transfers its momentum predominantly at the leading edge of the blade. Vibration of the blade is effectively avoided if the pulse hits directly on the component, which is designed such that it does not come to a vibration at a certain momentum transfer. The resulting stress can be reduced as much as possible.
  • the component is arranged on the suction side. Since the suction side is particularly influenced by the inflowing flow medium, vibrations are prevented by a stiffening in the form of a component.
  • the blade is designed as a turbine blade for use in a steam turbine. In a further advantageous embodiment, the blade is designed as a turbine blade for use in a gas turbine.
  • the steam turbine 1 shown in FIG. 1 has an inflow opening 2 and an outflow opening 3.
  • the steam turbine 1 has an outer housing 4, in which an inner housing 5 is arranged. On the inner housing 5 more vanes 6 are arranged.
  • a rotor 7 is about an axis of rotation 8 rotatably mounted. The rotor 7 carries moving blades 9. The moving blades 9 engage in the guide vanes 6.
  • a flow medium flows through the inlet opening 2 through the individual guide vanes 6 and rotor blades 9.
  • the rotor 7 is hereby set in a rotary motion.
  • the blades 9 and the guide vanes 6 in a last stage 10 are comparatively long.
  • the length of the blades 9 and the guide vanes 6 leads due to the impinging particles of the flow medium to an undesirable swing.
  • the blade 9 as an embodiment of a blade 9 is made of a base material and is formed with a suction side 11, a not shown pressure side, an inlet edge 12, a trailing edge 13 having blade 15. Furthermore, the blade 9 has a blade tip 14.
  • the thus formed airfoil 15 forms together with a blade root 16, the blade 9.
  • a recess 17 is provided on the south side (11).
  • a component 18 is mounted for frequency detuning, the component 18 is made of a material that is not identical to the base material. The component 18 is either welded or soldered to the base material. Other mounting options are conceivable.
  • the length of the recess 17 or of the component 18 is approximately one third of the total length of the entire blade 15.
  • the length of the component 18 can be either shorter or longer, depending on which frequencies of the blade Shovel 9 should be changed.
  • the component 18 is formed of a material whose density is higher than the density of the base material.
  • the material of the component 18 may also be made of a material whose modulus of elasticity is higher than the elastic modulus of the base material.
  • the base material of the blade 9 is formed of a titanium alloy and the material of the component 18 is a beta-titanium alloy.
  • FIG. 3 shows a perspective view of the blade 9 shown in FIG.
  • the component 18 is in this case mounted on a surface of the blade 9 in the recess 17.
  • the component 18 can also be attached continuously to the opposite pressure side.
  • the component 18 is arranged from the pressure side 11 to the opposite suction side.
  • the recess 17 can thereby be made particularly easy.
  • Another parameter for influencing the frequency of the blades 9 is the length of the frequency-tuning component 18.
  • the length (1) of the component 18 is about one third as long as the total length (L) of the blade 9. Depending on the frequency to be changed, the length of the component 18 must be varied.
  • the component 18 is arranged in a longitudinal direction of the blade 9.
  • the component 18 has a width (b) which is at least one third of the total width (B) of the blade 9, measured at an upper blade edge 19.
  • the blade 9 can be used as a turbine blade in a steam turbine or in a gas turbine. The use in other flow machines, such as pumps or compressors, is also possible.

Abstract

The frequency detuning process is for a blade unit (9) made of a basic material, and consisting of a blade (15) with a leading edge (12), trailing edge (13), tip (14) and foot (16). A recess (17) is made in the region of the tip. A component (18) made of a material different from that of the basic material, is fitted in this recess.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Schaufel aus einem Grundwerkstoff mit einem eine Saugseite, eine Druckseite, eine Eintrittskante, eine Austrittskante und eine Schaufelspitze aufweisenden Schaufelblatt und mit einem Schaufelfuß. Die Erfindung betrifft ferner eine Schaufel aus einem Grundwerkstoff mit einem eine Saugseite, eine Druckseite, eine Eintrittskante, eine Austrittskante und eine Schaufelspitze aufweisenden Schaufelblatt und mit einem Schaufelfuß.The invention relates to a method for producing a blade made of a base material with a blade side having a suction side, a pressure side, an inlet edge, an outlet edge and a blade tip and with a blade root. The invention further relates to a blade of a base material having a suction side, a pressure side, an inlet edge, an outlet edge and a blade tip having blade and a blade root.

Eine Turbinenschaufel als Ausführungsform einer Schaufel wird in Strömungsmaschinen eingesetzt. Eine Strömungsmaschine ist z.B. eine Dampfturbine oder eine Gasturbine. Die folgenden Ausführungen beziehen sich auf eine Turbinenschaufel in einer Dampfturbine. Die Aussagen können jedoch allgemein auch auf Schaufeln und Strömungsmaschinen bezogen werden.A turbine blade as an embodiment of a blade is used in turbomachines. A turbomachine is e.g. a steam turbine or a gas turbine. The following statements relate to a turbine blade in a steam turbine. However, the statements can generally be related to blades and turbomachinery.

In einer Dampfturbine, insbesondere in einer Niederdruck-Dampfturbine strömt eingangsseitig ein Strömungsmedium ein und strömt über Ausgangsstutzen aus der Dampfturbine heraus. Die Temperatur und der Druck des Strömungsmediums ändern sich innerhalb der Dampfturbine. Über Lauf- bzw. Leitschaufeln wird die Energie des Strömungsmediums in Rotationsenergie umgewandelt. Da das Volumen durch den niedrigeren Druck und die niedrigere Temperatur immer größer wird, müssen die Laufschaufeln und die Leitschaufeln langgestreckt ausgebildet werden. Insbesondere die letzten Turbinenschaufeln einer Niederdruck-Dampfturbine sind derart lang, dass diese während eines Betriebs in Schwingungen geraten.In a steam turbine, in particular in a low-pressure steam turbine, a flow medium flows in on the input side and flows out of the steam turbine via outlet nozzles. The temperature and pressure of the flow medium change within the steam turbine. Via guide vanes, the energy of the flow medium is converted into rotational energy. As the volume becomes larger and larger due to the lower pressure and the lower temperature, the blades and the vanes must be made elongated. In particular, the last turbine blades of a low-pressure steam turbine are so long that they get into vibration during operation.

Die dabei auftretenden Schwingungen sind störend. Sie können bei Erreichen der Eigenfrequenz der Turbinenschaufel sogar zu einem Versagen der Turbinenschaufel führen.The vibrations occurring are disturbing. They can even lead to failure of the turbine blade on reaching the natural frequency of the turbine blade.

Aus der internationalen Anmeldung WO 03/062606 A1 ist es bekannt, bei einer bereits einsatzfertigen Schaufel einen metallischen Überzug aus einem mit dem Grundwerkstoff identischen Material im Bereich der Schaufelspitze aufzubringen, um dadurch die Eigenfrequenz der gesamten Schaufel zu verändern.From the international application WO 03/062606 A1, it is known to apply a metallic coating of a material identical to the base material in the region of the blade tip in the case of an already ready-to-use blade, thereby changing the natural frequency of the entire blade.

Die Eigenfrequenzen der Schaufeln lassen sich auch durch den Einbau von schwingungsvermindernden Bauteilen, wie z.B. Deckplatten oder Stützflügeln, verändern. Die Deckplatten werden hierbei derart ausgebildet, dass durch eine Berührung von zwei benachbarten Deckplatten ein Schwingen verhindert wird. Stützflügel führen durch gegenseitiges Verklemmen zu einer Unterdrückung störender Schwingungen.The natural frequencies of the blades can also be reduced by the incorporation of vibration reducing components, e.g. Cover plates or support wings, change. The cover plates are in this case formed such that a swing is prevented by a touch of two adjacent cover plates. Support wings lead by mutual jamming to a suppression of disturbing vibrations.

Auch eine Modifikation des Schaufelblatts kann dazu führen, dass Schwingungen unterdrückt werden. Allerdings führt eine im Hinblick auf eine Frequenzveränderung optimierte Modifikation des Schaufelblatts dazu, dass die Aerodynamik des Schaufelblatts nicht mehr optimal ist. Dies ist in dem Kompromiss aus Mechanik und Aerodynamik begründet.Also a modification of the airfoil can cause vibrations to be suppressed. However, modification of the airfoil that is optimized with regard to a frequency change results in that the aerodynamics of the airfoil are no longer optimal. This is due to the compromise between mechanics and aerodynamics.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde ein Verfahren zur Herstellung einer Schaufel aus einem Grundwerkstoff mit einer Saugseite, einer Druckseite, einer Eintrittskante, einer Austrittskante und eine Schaufelspitze aufweisenden Schaufelblatt und mit einem Schaufelfuß anzugeben, mit dem es möglich ist weitere Modifikationen an Schaufeln zur Beeinflussung der Eigenfrequenz durchzuführen.The present invention has for its object a method for producing a blade made of a base material with a suction side, a pressure side, an inlet edge, a trailing edge and a blade tip having blade and specify a blade root, with which it is possible further modifications to blades for influencing to perform the natural frequency.

Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, eine Schaufel mit veränderbaren Eigenfrequenzen anzugeben.Another object of the invention is to provide a blade with variable natural frequencies.

Die auf das Verfahren hin gerichtete Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren zur Herstellung einer Schaufel aus einem Grundwerkstoff mit einem eine Saugseite, eine Druckseite, eine Eintrittskante, eine Austrittskante und eine Schaufelspitze aufweisenden Schaufelblatt und mit einem Schaufelfuß, wobei im Bereich der Schaufelspitze eine Ausnehmung vorgesehen wird und in diese Ausnehmung ein Bauteil zur Frequenzverstimmung aus einem nicht mit dem Grundwerkstoff identischen Material angebracht wird.The object directed to the method is achieved by a method for producing a blade from a base material having a suction side, a pressure side, an inlet edge, an outlet edge and a blade tip having a blade root and with a blade root, wherein a recess is provided in the region of the blade tip and in this recess a component for frequency detuning from a material not identical to the base material is attached.

Die auf die Schaufel hin gerichtete Aufgabe wird gelöst durch eine Schaufel aus einem Grundwerkstoff mit einem eine Saugseite, eine Druckseite, eine Eintrittskante, eine Austrittskante und eine Schaufelspitze aufweisenden Schaufelblatt und mit einem Schaufelfuß, wobei im Bereich der Schaufelspitze eine Ausnehmung vorgesehen ist und in dieser Ausnehmung ein Bauteil zum Verändern der Frequenz der Schaufel angebracht ist, wobei das Bauteil aus einem nicht mit dem Grundwerkstoff identischen Material besteht.The task directed towards the blade is achieved by a blade made of a base material with a blade side having a suction side, an inlet edge, an outlet edge and a blade tip and having a blade root, wherein a recess is provided in the region of the blade tip and in this Recess a component for changing the frequency of the blade is mounted, wherein the component consists of a material that is not identical to the base material.

In einer vorteilhaften Ausführungsform wird das Bauteil an den Grundwerkstoff angeschweißt. In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform wird das Bauteil an den Grundwerkstoff angelötet.In an advantageous embodiment, the component is welded to the base material. In a further advantageous embodiment, the component is soldered to the base material.

Dadurch werden gleich zwei Möglichkeiten vorgestellt, das Bauteil, das aus einem nicht mit dem Grundwerkstoff identischen Material besteht, sehr schnell und leicht an dem Grundwerkstoff anzubringen.As a result, two possibilities are presented, the component, which consists of a material that is not identical to the base material, very quickly and easily attached to the base material.

Da Schwingungsformen der Schaufel eine Deformation entlang des Schaufelfußes aufweisen, ist es vorteilhaft, das Bauteil in einer Längsrichtung der Schaufel anzuordnen.Since vibration shapes of the blade have a deformation along the blade root, it is advantageous to arrange the component in a longitudinal direction of the blade.

In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform wird die Dichte des Materials des Bauteils derart gewählt, dass diese Dichte höher ist als die Dichte des Grundwerkstoffs.In a further advantageous embodiment, the density of the material of the component is selected such that this density is higher than the density of the base material.

In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung wird das Material des Bauteils derart gewählt, dass das Elastizitäts-Modul größer ist als das Elastizitäts-Modul des Grundwerkstoffs.In a further advantageous embodiment of the invention, the material of the component is chosen such that the Modulus of elasticity is greater than the elastic modulus of the base material.

Durch die Wahl eines geeigneten Materials des Bauteils sowie einer geeigneten Anordnung bzw. Applikation ist es möglich, gezielt einen Frequenzbereich der Schwingungen der Schaufel zu verändern. Die Eigenfrequenzen können durch Modellrechnungen berechnet werden. Durch diese Modellrechungen könnte eine Dichte des einzubringenden Materials bestimmt werden. Genauso gut kann auch durch Modellrechungen der Wert des Elastizitäts-Moduls am Applikationsort für das Bauteil bestimmt werden.By choosing a suitable material of the component and a suitable arrangement or application, it is possible to selectively change a frequency range of the vibrations of the blade. The natural frequencies can be calculated by model calculations. Through these model calculations, a density of the material to be introduced could be determined. The value of the elastic modulus at the point of application for the component can just as well be determined by model calculations.

In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung wird die Schaufel aus einem Grundwerkstoff aus einer Titanlegierung gebildet. Das Material des Bauteils ist eine Beta-Titanlegierung.In a further advantageous embodiment of the invention, the blade is formed from a base material of a titanium alloy. The material of the component is a beta titanium alloy.

Gerade der Werkstoff Titan bietet bei niedrigem Gewicht eine hohe Festigkeit. Nachteilig ist, dass eine Titanlegierung kostenintensiv ist. Eine Beta-Titanlegierung hat im Vergleich zu einer Titanlegierung eine höhere Dichte und ein höheres Elastizitäts-Modul und bietet sich daher an, insbesondere durch seine metallurgisch ähnlichen Eigenschaften, als Bauteil eingesetzt zu werden.Titanium, in particular, offers high strength at low weight. The disadvantage is that a titanium alloy is expensive. A beta-titanium alloy has a higher density and a higher modulus of elasticity compared to a titanium alloy and therefore lends itself to being used as a component, in particular because of its metallurgically similar properties.

In einer vorteilhaften Ausführungsform weist das Bauteil eine Länge (1) auf, die zumindest 1/3 der Gesamtlänge (L) der Schaufel beträgt. Weiter vorteilhaft ist es, wenn das Bauteil eine Breite (b) aufweist, die zumindest 1/3 der Gesamtbreite (B) der Schaufel, gemessen an einer Schaufelblattoberkante, beträgt. Durch diese Maßnahmen können Kosten eingespart werden, da das Bauteil nicht über die Gesamtlänge oder Gesamtbreite ausgebildet werden muss.In an advantageous embodiment, the component has a length (1) which is at least 1/3 of the total length (L) of the blade. It is also advantageous if the component has a width (b) which is at least 1/3 of the overall width (B) of the blade, measured on an upper blade edge. These measures can save costs because the component does not have to be formed over the total length or overall width.

Besonders vorteilhaft ist es, das Bauteil an der Eintrittskante der Schaufel anzuordnen. Das Strömungsmedium überträgt seinen Impuls vorwiegend an der Eintrittskante der Schaufel. Eine Schwingung der Schaufel wird wirksam vermieden, wenn der Impuls direkt auf das Bauteil trifft, das derart ausgebildet ist, dass es bei einem bestimmten Impulsübertrag nicht zu einer Schwingung kommt. Die entstehende Beanspruchung kann dadurch weitestgehend verringert werden.It is particularly advantageous to arrange the component at the leading edge of the blade. The flow medium transfers its momentum predominantly at the leading edge of the blade. Vibration of the blade is effectively avoided if the pulse hits directly on the component, which is designed such that it does not come to a vibration at a certain momentum transfer. The resulting stress can be reduced as much as possible.

In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform, wird das Bauteil an der Saugseite angeordnet. Da die Saugseite besonders von dem anströmenden Strömungsmedium beeinflusst ist, werden durch eine Versteifung in Form eines Bauteils Schwingungen verhindert.In a further advantageous embodiment, the component is arranged on the suction side. Since the suction side is particularly influenced by the inflowing flow medium, vibrations are prevented by a stiffening in the form of a component.

In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform wird die Schaufel als Turbinenschaufel zum Einsatz in einer Dampfturbine ausgebildet. In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform wird die Schaufel als Turbinenschaufel zum Einsatz in einer Gasturbine ausgebildet.In a further advantageous embodiment, the blade is designed as a turbine blade for use in a steam turbine. In a further advantageous embodiment, the blade is designed as a turbine blade for use in a gas turbine.

Im Folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert.In the following the invention will be explained in more detail with reference to an embodiment.

Es zeigen,

FIG 1
einen Schnitt durch eine Dampfturbine;
FIG 2
eine Seitenansicht einer einzelnen Schaufel;
FIG 3
eine perspektivische Darstellung der Schaufel von Figur 2;
FIG 4
eine Seitenansicht einer weiteren Schaufel;
FIG 5
eine perspektivische Darstellung der weiteren Schaufel von Figur 4.
Show it,
FIG. 1
a section through a steam turbine;
FIG. 2
a side view of a single blade;
FIG. 3
a perspective view of the blade of Figure 2;
FIG. 4
a side view of another blade;
FIG. 5
a perspective view of the further blade of Figure 4.

Die in FIG 1 dargestellte Dampfturbine 1 weist eine Einströmungsöffnung 2 und eine Ausströmungsöffnung 3 auf. Die Dampfturbine 1 weist ein Außengehäuse 4 auf, in dem ein Innengehäuse 5 angeordnet ist. An dem Innengehäuse 5 sind mehrere Leitschaufeln 6 angeordnet. Ein Rotor 7 ist um eine Rotationsachse 8 drehbar gelagert. Der Rotor 7 trägt Laufschaufeln 9. Die Laufschaufeln 9 greifen in die Leitschaufeln 6 ein.The steam turbine 1 shown in FIG. 1 has an inflow opening 2 and an outflow opening 3. The steam turbine 1 has an outer housing 4, in which an inner housing 5 is arranged. On the inner housing 5 more vanes 6 are arranged. A rotor 7 is about an axis of rotation 8 rotatably mounted. The rotor 7 carries moving blades 9. The moving blades 9 engage in the guide vanes 6.

Im Betrieb strömt ein Strömungsmedium durch die Eintrittsöffnung 2 durch die einzelnen Leitschaufeln 6 und Laufschaufeln 9. Der Rotor 7 wird hierbei in eine Drehbewegung versetzt.In operation, a flow medium flows through the inlet opening 2 through the individual guide vanes 6 and rotor blades 9. The rotor 7 is hereby set in a rotary motion.

Durch die Zunahme des Volumens des Strömungsmediums sind die Laufschaufeln 9 und die Leitschaufeln 6 in einer letzten Stufe 10 vergleichsweise lang. Die Länge der Laufschaufeln 9 als auch der Leitschaufeln 6 führt auf Grund der auftreffenden Partikel des Strömungsmediums zu einem unerwünschten Schwingen.Due to the increase in the volume of the flow medium, the blades 9 and the guide vanes 6 in a last stage 10 are comparatively long. The length of the blades 9 and the guide vanes 6 leads due to the impinging particles of the flow medium to an undesirable swing.

In der FIG 2 ist eine Seitenansicht einer Laufschaufel 9 zu sehen. Die Laufschaufel 9 als Ausführungsform einer Schaufel 9 ist aus einem Grundwerkstoff und ist mit einem eine Saugseite 11, eine nicht näher dargestellte Druckseite, eine Eintrittskante 12, eine Austrittskante 13 aufweisenden Schaufelblatt 15 ausgebildet. Des Weiteren weist die Schaufel 9 eine Schaufelspitze 14 auf. Das somit gebildete Schaufelblatt 15 bildet zusammen mit einem Schaufelfuß 16 die Schaufel 9. Im Bereich der Schaufelspitze 14 ist an der Sauseite (11) eine Ausnehmung 17 vorgesehen. In diese Ausnehmung 17 wird ein Bauteil 18 zur Frequenzverstimmung angebracht, das Bauteil 18 ist aus einem nicht mit dem Grundwerkstoff identischen Material. Das Bauteil 18 wird an den Grundwerkstoff entweder angeschweißt oder gelötet. Andere Befestigungsmöglichkeiten sind denkbar.2 shows a side view of a blade 9 can be seen. The blade 9 as an embodiment of a blade 9 is made of a base material and is formed with a suction side 11, a not shown pressure side, an inlet edge 12, a trailing edge 13 having blade 15. Furthermore, the blade 9 has a blade tip 14. The thus formed airfoil 15 forms together with a blade root 16, the blade 9. In the region of the blade tip 14, a recess 17 is provided on the south side (11). In this recess 17, a component 18 is mounted for frequency detuning, the component 18 is made of a material that is not identical to the base material. The component 18 is either welded or soldered to the base material. Other mounting options are conceivable.

In der in FIG 2 dargestellten Ausführungsform der Schaufel 9 ist die Länge der Ausnehmung 17 bzw. des Bauteils 18 ungefähr ein Drittel der Gesamtlänge des gesamten Schaufelblatts 15. Die Länge des Bauteils 18 kann entweder kürzer aber auch länger gewählt werden, je nachdem welche Frequenzen der Schaufel 9 verändert werden sollen.In the embodiment of the blade 9 shown in FIG. 2, the length of the recess 17 or of the component 18 is approximately one third of the total length of the entire blade 15. The length of the component 18 can be either shorter or longer, depending on which frequencies of the blade Shovel 9 should be changed.

Das Bauteil 18 wird aus einem Material gebildet, dessen Dichte höher ist als die Dichte des Grundwerkstoffs. Das Material des Bauteils 18 kann auch aus einem Material hergestellt sein, dessen Elastizitäts-Modul höher ist als das Elastizitäts-Modul des Grundwerkstoffs.The component 18 is formed of a material whose density is higher than the density of the base material. The material of the component 18 may also be made of a material whose modulus of elasticity is higher than the elastic modulus of the base material.

Der Grundwerkstoff der Schaufel 9 ist aus einer Titanlegierung gebildet und das Material des Bauteils 18 ist eine Beta-Titanlegierung.The base material of the blade 9 is formed of a titanium alloy and the material of the component 18 is a beta-titanium alloy.

In der FIG 3 ist eine perspektivische Darstellung der in FIG 2 dargestellten Schaufel 9 zu sehen. Das Bauteil 18 ist hierbei auf einer Oberfläche der Schaufel 9 in der Ausnehmung 17 angebracht. In alternativen Ausführungsformen kann das Bauteil 18 auch durchgehend bis zur gegenüberliegenden Druckseite angebracht werden.FIG. 3 shows a perspective view of the blade 9 shown in FIG. The component 18 is in this case mounted on a surface of the blade 9 in the recess 17. In alternative embodiments, the component 18 can also be attached continuously to the opposite pressure side.

In der in FIG 4 dargestellten Ausführungsform der Schaufel 9 ist eine andere Anordnung des Bauteils 18 gewählt. In der in der FIG 4 dargestellten zweiten Ansicht der Schaufel 9 ist ersichtlich, dass das Bauteil 18 an die Spitze des Schaufelblatts 15 angeordnet ist. Die Anordnung des Frequenzverstimmungsbauteils 18 an die Spitze bzw. an die Eintrittskante 12 des Schaufelblatts 15 liefert den Vorteil, dass die Ausnehmung 17 fertigungstechnisch einfacher ausgebildet werden kann.In the embodiment of the blade 9 shown in FIG. 4, another arrangement of the component 18 is selected. In the second view of the blade 9 shown in FIG. 4, it can be seen that the component 18 is arranged on the tip of the blade 15. The arrangement of the Frequenzverstimmungsbauteils 18 to the top or to the leading edge 12 of the airfoil 15 provides the advantage that the recess 17 can be made simpler manufacturing technology.

Wie in der in FIG 5 perspektivisch dargestellten Turbinenschaufel 9 ersichtlich, ist das Bauteil 18 von der Druckseite 11 bis zur gegenüberliegenden Saugseite angeordnet. Die Ausnehmung 17 kann hierdurch besonders leicht gefertigt werden.As can be seen in the turbine blade 9 shown in perspective in FIG. 5, the component 18 is arranged from the pressure side 11 to the opposite suction side. The recess 17 can thereby be made particularly easy.

Ein weiterer Parameter zur Beeinflussung der Frequenz der Schaufeln 9 ist die Länge des Frequenzverstimmungsbauteils 18.Another parameter for influencing the frequency of the blades 9 is the length of the frequency-tuning component 18.

In dem in der FIG 5 dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Länge (1) des Bauteils 18 ungefähr ein Drittel so lang wie die Gesamtlänge (L) der Schaufel 9. Je nach zu verändernde Frequenz muss die Länge des Bauteils 18 variiert werden.In the embodiment shown in FIG 5, the length (1) of the component 18 is about one third as long as the total length (L) of the blade 9. Depending on the frequency to be changed, the length of the component 18 must be varied.

Wie in den Ausführungsbeispielen in den Figuren 2 bis 5 ist das Bauteil 18 in einer Längsrichtung der Schaufel 9 angeordnet. Andere Anordnungen des Bauteils 18 sind denkbar. Das Bauteil 18 weist eine Breite (b) auf, die zumindest ein Drittel der Gesamtbreite (B) der Schaufel 9, gemessen an einer Schaufelblattoberkante 19 beträgt, auf.
Die Schaufel 9 kann als Turbinenschaufel in einer Dampfturbine oder in einer Gasturbine eingesetzt werden. Der Einsatz in weiteren Strömungsmaschinen, wie zum Beispiel Pumpen oder Verdichtern, ist ebenfalls möglich.As in the exemplary embodiments in FIGS. 2 to 5, the component 18 is arranged in a longitudinal direction of the blade 9. Other arrangements of the component 18 are conceivable. The component 18 has a width (b) which is at least one third of the total width (B) of the blade 9, measured at an upper blade edge 19.
The blade 9 can be used as a turbine blade in a steam turbine or in a gas turbine. The use in other flow machines, such as pumps or compressors, is also possible.

Claims (17)

Verfahren zur Herstellung einer Schaufel (9) aus einem Grundwerkstoff mit einem eine Saugseite (11), eine Druckseite, eine Eintrittskante (12), eine Austrittskante (13) und eine Schaufelspitze (14) aufweisenden Schaufelblatt (15) und einem Schaufelfuß (16),
dadurch gekennzeichnet, dass
im Bereich der Schaufelspitze (14) eine Ausnehmung (17) vorgesehen wird und in dieser Ausnehmung (17) ein Bauteil (18) zur Frequenzverstimmung aus einem nicht mit dem Grundwerkstoff identischen Material angebracht wird.Method for producing a blade (9) from a base material with a blade (15) having a suction side (11), a pressure side, an inlet edge (12), an outlet edge (13) and a blade tip (14) and a blade root (16) .
characterized in that
a recess (17) is provided in the region of the blade tip (14) and a component (18) for frequency detuning from a material that is not identical to the base material is mounted in this recess (17). Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Bauteil (18) an den Grundwerkstoff angeschweißt wird.Method according to claim 1,
characterized in that
the component (18) is welded to the base material. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Bauteil (18) an den Grundwerkstoff angelötet wird.Method according to claim 1,
characterized in that
the component (18) is soldered to the base material. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Bauteil (18) in einer Längsrichtung der Schaufel (9) angeordnet wird.Method according to one of claims 1 to 3,
characterized in that
the component (18) is arranged in a longitudinal direction of the blade (9). Schaufel (9) aus einem Grundwerkstoff mit einem eine Saugseite (11), eine Druckseite, eine Eintrittskante (12), eine Austrittskante (13) und eine Schaufelspitze (14) aufweisenden Schaufelblatt (15) und mit einem Schaufelfuß (16),
dadurch gekennzeichnet, dass
im Bereich der Schaufelspitze (14) eine Ausnehmung (17) ausgebildet ist und in dieser Ausnehmung (17) ein Bauteil (18) zum Verändern der Frequenz der Schaufel (9) angebracht ist, wobei das Bauteil (18) aus einem nicht dem Grundwerkstoff identischen Material besteht.Blade (9) of a base material having a blade (15) having a suction side (11), a pressure side, an inlet edge (12), an outlet edge (13) and a blade tip (14) and having a blade root (16),
characterized in that
a recess (17) is formed in the region of the blade tip (14) and a component (18) for changing the frequency of the blade (9) is mounted in this recess (17), the component (18) being made of a material which is not identical to the base material Material exists. Schaufel (9) nach Anspruch 5,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Bauteil (18) durch Schweißung mit dem Grundwerkstoff verbunden ist.Blade (9) according to claim 5,
characterized in that
the component (18) is connected by welding to the base material. Schaufel (9) nach Anspruch 5,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Bauteil (18) durch Lötung.mit dem Grundwerkstoff verbunden ist.Blade (9) according to claim 5,
characterized in that
the component (18) is connected by soldering to the base material. Schaufel (9) nach einem der Ansprüche 5 bis 7,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Dichte des Materials des Bauteils (18) höher ist als die Dichte des Grundwerkstoffs.Blade (9) according to one of claims 5 to 7,
characterized in that
the density of the material of the component (18) is higher than the density of the base material. Schaufel (9) nach einem der Ansprüche 5 bis 7,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Elastizitäts-Modul des Materials des Bauteils (18) größer ist als das Elastizitäts-Modul des Grundwerkstoffs.Blade (9) according to one of claims 5 to 7,
characterized in that
the modulus of elasticity of the material of the component (18) is greater than the elastic modulus of the base material. Schaufel (9) nach einem der Ansprüche 5 bis 7,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Grundwerkstoff aus einer Titanlegierung ist und das Material des Bauteils (18) eine Beta-Titanlegierung ist.Blade (9) according to one of claims 5 to 7,
characterized in that
the base material is a titanium alloy and the material of the component (18) is a beta titanium alloy. Schaufel (9) nach einem der Ansprüche 5 bis 10,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Bauteil (18) in einer Längsrichtung der Schaufel (9) ausgebildet ist.A blade (9) according to any one of claims 5 to 10,
characterized in that
the component (18) is formed in a longitudinal direction of the blade (9). Schaufel (9) nach einem der Ansprüche 9 bis 11,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Bauteil (18) eine Länge (1), die zumindest 1/3 der Gesamtlänge (L) der Schaufel (9) beträgt, aufweist.A blade (9) according to any one of claims 9 to 11,
characterized in that
the component (18) has a length (1) that is at least 1/3 of the total length (L) of the blade (9). Schaufel (9) nach einem der Ansprüche 5 bis 12,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Bauteil (18) eine Breite (b), die zumindest 1/3 der Gesamtbreite (B) der Schaufel (9), gemessen an einer Schaufelblattoberkante (19), beträgt, aufweist.A blade (9) according to any one of claims 5 to 12,
characterized in that
the component (18) has a width (b) which is at least 1/3 of the total width (B) of the blade (9), measured at an upper blade edge (19). Schaufel (9) nach einem der Ansprüche 5 bis 13,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Bauteil (18) an der Eintrittskante (12) angeordnet ist.A blade (9) according to any one of claims 5 to 13,
characterized in that
the component (18) is arranged on the leading edge (12). Schaufel (9) nach einem der Ansprüche 5 bis 13,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Bauteil (18) an der Saugseite (11) angeordnet ist.A blade (9) according to any one of claims 5 to 13,
characterized in that
the component (18) on the suction side (11) is arranged. Schaufel (9) nach einem der Ansprüche 5 bis 15, ausgebildet als Turbinenschaufel zum Einsatz in einer Dampfturbine (1).Blade (9) according to one of claims 5 to 15, designed as a turbine blade for use in a steam turbine (1). Schaufel (9) nach einem der Ansprüche 5 bis 15, ausgebildet als Turbinenschaufel zum Einsatz in einer Gasturbine.A blade (9) according to any one of claims 5 to 15, formed as a turbine blade for use in a gas turbine.
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