CN101349170B - 汽轮机围带的阻尼结构 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种汽轮机围带阻尼结构，具有叶冠的多只叶片装在叶轮上，呈放射状分布，相邻叶片的叶冠相互接触，组合成圈，构成围带，在相邻叶片叶冠的配合面上设有阻尼槽，该槽内设有阻尼块；阻尼槽是半圆槽，阻尼块是准半圆柱体，其半径与半圆槽的半径相同；该准半圆柱体具有两个端平面，一个缺半圆柱面，一个缺直径平面，一个缺平面，该缺平面与缺直径平面垂直相交。缺平面与缺半圆柱面的交点的水平夹角β满足如下关系式：N1＝F/sinβ N2＝F/tgβ，夹角β在20°～70°之间。该结构与现有阻尼结构相比，在同样的叶冠厚度和轴向宽度尺寸下，其阻力块的体积更大，因而能够产生更大的离心力，满足更大负荷级的阻尼要求。

Description

汽轮机围带的阻尼结构 

技术领域

本发明涉及汽轮机围带，具体涉及该围带的阻尼结构。 

背景技术

汽轮机转子主要由主轴、叶片、叶轮构成，大型汽轮机通常采用自带冠叶片，该叶片具有叶身、叶根、叶冠，叶根装于叶轮的轮槽内，当所有叶片装入叶轮后，相邻叶片的叶冠相互接触，组合成圈，构成围带。 

转子运转时，叶片将发生振动，产生动应力，危及叶片安全。解决此问题的技术手段有两个，一是在叶片结构设计时，避开共振频率，使激振响应尽量小；二是在相邻叶片叶冠的配合面设阻尼结构，以耗散部分激振力能量，两个手段同时运用，使叶片的动应力尽量小。围带阻尼结构是槽、块配合结构，即在叶片叶冠的配合面上开阻尼槽，槽内置入阻尼块，转子运转时，阻尼块的离心力产生阻尼。 

随着单级负荷的不断增大，尤其是大负荷供热汽轮机的问世，出现了超大负荷级，这些超大负荷级工作时承受着很大的激振力，阻尼件的尺寸也越来越大。大尺寸的阻尼件必然使叶冠的厚度增加，加厚后的叶冠不仅增加了动叶片的离心力，而且使叶片的自振频率明显下降，从而增大了叶片振动设计的难度。因此，如何在尽量不增加叶冠厚度的情况下，通过改进阻尼件自身的结构，获得所希望的阻尼效果，成为叶片设计界普遍关注的问题。 

阻尼值与阻尼块的质量成正比关系，质量越大，离心力即阻尼就越大，当阻尼块的材料密度确定时，阻尼值就与阻尼块的体积成正比关系。因此，找到一种阻尼槽、块的几何形状，该几何形状所需的叶冠厚度、轴向宽度与现有阻尼结构相同，而阻尼块的体积却更大，正是叶片设计人员努力寻求的。 

此前申请人曾发明了一种楔形阻尼槽、块结构(专利号：ZL02222120.4)，具有较好的阻尼效果，但用于超大负荷级时，该阻尼块的质量仍显得不足，不得不放大尺寸，由此也不得不增大叶冠厚度。 

发明内容

本发明的目的，是提供一种围带阻尼结构，与现有阻尼结构相比，该结构在同样的叶冠厚度和轴向宽度尺寸下，其阻力块的体积更大，因而能够产生更大的离心力，满足更大负荷级的阻尼要求。 

本发明的技术解决方案是： 

一种汽轮机围带的阻尼结构，具有叶冠的多只叶片装在叶轮上，呈放射状分布，相邻叶片的叶冠3相互接触，组合成圈，构成围带，在相邻叶片叶冠3的配合面上设有阻尼槽，该槽内设有阻尼块4；其特征在于，所述阻尼槽是半圆槽，所述阻尼块4是准半圆柱体，其半径与半圆槽的半径相同；该准半圆柱体具有两个端平面B1、B2，一个缺半圆柱面D，一个缺直径平面C，一个缺平面A，该缺平面A与缺直径平面C垂直相交。 

所述缺平面A与缺半圆柱面D的交点的水平夹角β满足如下关系式： 

N1＝F/sinβ            (1) 

N2＝F/tgβ             (2) 

式中：β-准半圆柱形状阻尼块夹角； 

F-准半圆柱形状阻尼块离心力； 

N1-准半圆柱形状阻尼块缺平面与缺半圆柱面交点(b)的法向作用力； 

N2-圆柱形状阻尼块缺直径平面(C)的法向作用力； 

所述夹角β在20°～70°之间。 

本发明的技术效果： 

与楔形阻尼结构相比，在叶冠厚度、轴向宽度相同的情况下，本准半圆柱阻尼块的体积是前者的π/2倍(约1.57倍)，大约多出57％的离心力，可以满足超大负荷级的阻尼要求，不必增大叶冠厚度和轴向尺寸。 

附图说明

图1是本发明准半圆柱形阻尼块结构示意图 

图2是图1的K向视图 

图3是本发明阻尼槽结构及其在叶冠上的位置关系图 

图4是图3的M向视图 

图5是图4的E-E(旋转)视图 

图6是叶冠组合成圈构成围带后的顶视图 

图7是图6的W-W视图 

图8是准半圆柱阻尼块工作状态受力分析图 

图9是准半圆柱阻尼块与楔形阻尼块截面积比较分析图 

具体实施方式

参见图1、图2：准半圆柱阻尼块具有两个平行的端平面B₁、B₂，一个缺半圆柱面D，一个缺直径平面C，一个缺平面A，该缺平面A与缺直径平面C垂直相交。准半圆柱阻尼块的直径为φ，宽度为L，高度为H，其缺失部分的高度为h。缺平面A与缺半圆柱面D的交点为b，该交点b与圆心的连线e的水平夹角为β。 

参见图3、图4、图5：叶片由叶根1、叶身2、叶冠3三部分构成，三个部分是整体结构。阻尼槽设在叶冠的一个配合侧面上，该阻尼槽是半圆槽，其直径与阻尼块的直径相同。槽口连线(即直径)与转子辐射线重合，槽的轴向宽度与阻尼块的宽度L适配。

参见图6、图7：当所有叶片装入叶轮后，叶冠3就组合成圈，构成围带，每相邻两只叶片叶冠3的配合面都有一个阻尼结构，这些阻尼结构在围带内呈周向均匀分布。 

参见图8：阻尼结构的工作原理是：转子运转时，准半圆柱阻尼块产生离心力F，分解成两个分力，即C面法向作用力N₁、b处法向作用力N₂，并有如下关系： 

N1＝F/sinβ    (1) 

N2＝F/tgβ     (2) 

式中：β-准半圆柱阻尼块夹角； 

F-准半圆柱阻尼块离心力； 

N1-准半圆柱阻尼块B处法向作用力； 

N2-准半圆柱阻尼块C面法向作用力。 

C面法向作用力N₁作用于相邻叶片，b处法向作用力N₂作用于阻尼块所在叶片。 

通过改变β的角度值，调整相邻两叶片之间的作用力，即可改变阻尼大小，一般情况夹角β在20°～70°之间。 

参见图9：本准半圆柱阻尼块与楔形阻尼块相比，它的横截面积更大。根据几何关系，半圆柱阻尼块横截面积  $S_2=\frac{{\mathrm{\πr}}^2}{2}$ (忽略缺失部分)，楔形阻尼块的最大横截面积为S₁＝r²(忽略缺失部分)，两者之比  $\frac{S2}{S1}=\frac{\mathrm{\π}}{2}=1.57.$ 多出约50％，在阻尼块的宽度L、材料相同时，其体积、质量、离心力也就是楔形阻尼块的π/2倍，可以满足超大负荷级的阻尼要求，也就不必增大叶冠厚度和轴向尺寸。 

在具体设计时，根据叶冠厚度确定准半圆柱阻尼块的直径φ，根据叶冠的轴向宽度确定准半圆柱阻尼块的宽度L，然后再根据所需的阻尼值计算出准半圆柱阻尼块的体积、高度H及角度β。

Claims (2)

1.一种汽轮机围带的阻尼结构，具有叶冠的多只叶片装在叶轮上，呈放射状分布，相邻叶片的叶冠(3)相互接触，组合成圈，构成围带，在相邻叶片叶冠(3)的配合面上设有阻尼槽，该槽内设有阻尼块(4)；其特征在于，所述阻尼槽是半圆槽，所述阻尼块(4)是准半圆柱体，其半径与半圆槽的半径相同；该准半圆柱体具有两个端平面(B1、B2)，一个缺半圆柱面(D)，一个缺直径平面(C)，一个缺平面(A)，该缺平面(A)与缺直径平面(C)垂直相交。

2.根据权利要求1所述汽轮机围带的阻尼结构，其特征在于，所述缺平面(A)与缺半圆柱面(D)的交线截点与半圆柱中心线截点的连线的水平夹角β满足如下关系式：

N1＝F/sinβ (1)

N2＝F/tgβ   (2)

式中：F-准半圆柱形状阻尼块离心力；

N1-准半圆柱形状阻尼块缺平面与缺半圆柱面交线截点(b)的法向作用力；

N2-准半圆柱形状阻尼块缺直径平面(C)的法向作用力；所述夹角β在20°～70°之间。

Images