CN101542073A - 叶片装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种叶片装置(1)，该叶片装置具有转子和多个布置在该转子周长上的叶片(17)，其中，多个阻尼元件(5，7)沿转子周向前后相继地布置在至少一个由两个相邻叶片(17)构成的叶片对的叶片(17)之间，并且其中相邻的阻尼元件(5，7)在转子绕转子轴线旋转时由于沿径向作用的离心力而相互接触，而且，还将阻尼元件(5，7)这样地构造且沿转子周向前后相继地布置，使得所述接触是一种面接触。

Description

叶片装置
技术领域
本发明涉及一种叶片装置，该叶片装置具有转子和多个沿转子的圆周布置在轮缘上的叶片，其中，至少两个阻尼元件沿转子的周向前后相继地布置在两个直接相邻的叶片之间，并且，其中由于沿径向作用的离心力，在转子绕转子轴线旋转时，相邻的阻尼元件相互接触，并且两个所述阻尼元件中的一个与两个所述叶片中的一个相接触，而另一个阻尼元件则与两个所述叶片中的另一个相接触。
背景技术
业已公知，在涡轮机(例如燃气轮机)中使用的叶片装置配备有阻尼元件。阻尼元件用于对在涡轮机运行时由于不同的激励而出现的不希望的弯曲振动以及扭转振动进行阻尼。以这种方式能够避免由于高振幅造成的HCF损伤(HCF损伤是“High Cycle Fatigue”损伤的缩写，意为高周期性疲劳损伤)，这种损伤会导致材料提前疲劳并由此导致叶片以及叶片装置的寿命缩短。阻尼元件在此布置在各个叶片之间。通常采用松散物作为阻尼元件，所述松散物在静止状态下首先在叶片的叶根之间抵靠在转子或者相应的支承结构上，并在转子运行时由于沿径向作用的离心力而压在相邻叶片的叶片平台的下侧。每个阻尼元件在此以相同的时间与两个相邻的叶片平台相接触。这样就可以通过有关的叶片平台和抵靠在该叶片平台上的阻尼元件之间的摩擦将由于振动而引起的叶片之间的相对运动的动能转化成热能。这对振动进行了阻尼，并总体上导致叶片装置的振动负荷的降低。
专利文献EP1154125A2公开了一种叶片装置，其中，至少两个阻尼元件沿转子的周向前后相继地布置在相邻的叶片之间，以便对整个叶片装置实现有效的阻尼。在此专利文献中公开的阻尼元件按照彼此不同的形状实施，以便可以尽可能地对多种不同振动模式进行阻尼。通过在阻尼元件和叶片之间、并进一步地通过各阻尼元件之间构成的接触区域可以为了进行振动阻尼而通过摩擦作用将振动能转化为热能。不过，在各阻尼元件之间构成的接触区域的形式仅为线接触，与这种线接触相联系的是仅略微显现出的阻尼作用。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于，提供一种带有阻尼元件的叶片装置，利用所述叶片装置还可以更有效地对不希望的振动进行阻尼。
根据本发明，这一技术问题通过本文开头所述类型的叶片装置解决，其中，阻尼元件这样地构造并且沿转子的周向前后相继地布置，使得阻尼元件和叶片之间的三个接触处中的两个是面接触式的，并且三个触点中的一个是线接触式的。通过这种两个作用方式不同的阻尼元件的组合使得多种不同的振动状态能够被有效地阻尼，其中，除了对反相振动状态进行阻尼之外，也对同相振动进行阻尼，因为通过楔形阻尼元件的面接触阻止了圆形元件在与叶片平台的线接触处的滚动。通过组合与一个叶片平台面接触而与该叶片对的另一叶片平台线接触(Hertz’s Scher Kontakt，赫兹剪切接触)的阻尼元件，产生了一种动力学上稳固的装置，该装置防止了全部接触面的倾斜以及局部抬起。
在根据本发明的叶片装置的结构中，阻尼元件的位置既没有被定位不足，也没有被过定位。这样就可以利用分布式的阻尼器实现最佳可能的阻尼。相邻阻尼元件在转子旋转时形成的接触区域优选按照面接触的形式构成。以这种方式相对于公知的叶片装置明显增大了阻尼元件之间的所提供的总摩擦面积，在公知的叶片装置中，阻尼元件仅以线接触的形式相互接触。摩擦面积根据本发明的增大导致对整个叶片装置起到非常有效的振动阻尼作用。而且，不同振动模式也可以如此地被有效地阻尼。总的来看，根据本发明的叶片装置通过附加的摩擦阻尼使得振动幅度和应力得以降低。
在另一种结构中，两个阻尼元件中的一个与两个叶片中的一个之间的接触是面接触，而另一阻尼元件和另一叶片之间的接触是线接触。显然，也可以可选地在阻尼元件之间也设置唯一一个线接触。
在一种优选的扩展中，各阻尼元件的不同之处在于它们的几何形状。因此，根据本发明也可以以适当成型的阻尼元件对这样的振动模式进行有效的阻尼，即，所述振动模式在所有阻尼元件结构相同的情况下不能被有效地阻尼。优选阻尼元件的质量也可以不同，以便通过与适当的几何形状的组合对尽可能大数量的不同振动模式进行有效的阻尼。而且，可以通过使用由不同材料制成的阻尼元件影响接触区内的摩擦特性(摩擦系数、粗糙度)，以便能够对更多模式进行有针对性的阻尼，尤其是在增大的频率范围内进行有针对性的阻尼。
为能够将阻尼元件适当地布置在相邻叶片之间，优选将阻尼元件构造为杆状。
在根据本发明的叶片装置的一种具体扩展中，两个阻尼元件沿转子的周向前后相继地布置，其中，阻尼元件优选构造为杆状，并且一个阻尼元件具有楔形的横截面而另一阻尼元件则具有四分之一圆形的横截面。尤其是通过阻尼元件的这种相互协调的横截面形状可以实现根据本发明的优点。
在一种可选的优选扩展中，三个阻尼元件沿转子的周向前后相继地布置。通过另一个优选具有与其它的阻尼元件不同的几何形状的阻尼元件，能够必要时对其它干扰的振动模式进行有效的阻尼。在此，优选仅两个外侧的、沿转子的周向前后相继地布置的阻尼元件通过构造在叶片对的叶片上的摩擦面与叶片对的叶片相接触。根据应用情形的不同，还有如下优点：在两个相邻叶片之间前后相继地布置多于三个阻尼元件。
在另一种具体扩展中，阻尼元件由钢或陶瓷制成，即由能够有效实现阻尼的材料制成。
附图说明
下面结合附图详细解释根据本发明的叶片装置的一个实施形式，在附图中：
图1示意地示出了根据本发明的叶片装置在一垂直于转子轴线的剖面的局部剖视图，并且，
图2示意地示出了两个阻尼元件组在叶片的轴向延伸上的布置。
具体实施方式
图1示出了一种根据本发明的叶片装置1在一垂直于转子轴线的剖面的示意剖视图。该剖视图示出了根据本发明的叶片装置1的相邻叶片的两个叶片平台3。所述叶片挂置在叶片装置1的转子轮盘上，并且相互之间具有小的间距。在两个叶片平台3之间松散地布置有两个阻尼元件5、7。两个阻尼元件5、7构成一个阻尼器组并沿轴向构造为杆状，其中阻尼元件7具有四分之一圆形的横截面，而阻尼器5具有楔形的横截面。
两个叶片平台3的下侧形成摩擦面9、11。两个阻尼元件5、7在转子(未示出)旋转时由于离心力的作用而被压在所述摩擦面9、11上。摩擦面9、11此时与由径向方向R和转子轴线张成的平面成特定的角度δ和ε，使得这两个摩擦面共同构成一个V形导向装置，阻尼元件5、7由于离心力而被压在该V形导向装置内。楔形阻尼元件5具有摩擦面13，该摩擦面的斜度与角度δ相适应，以便在阻尼元件5和对应的叶片平台3之间提供有效的面摩擦接触。角度δ和ε在此优选在20°至70°的范围内，其中更优选的是40°至60°的范围内。
在涡轮机(例如燃气轮机)中使用根据本发明的叶片装置1的情况下，在叶片装置1中由于不同的激励而经常形成形式为弯曲振动和扭转振动的不希望的振动。这些振动通常导致两个相邻的叶片平台3之间的相对运动，而该相对运动又导致楔形阻尼元件5和摩擦面9之间的相对运动、四分之一圆形的阻尼元件7和摩擦面11之间的相对运动、以及两个阻尼元件5和7在接触区15(在图1中示意地以虚线示出)内的相对运动。根据本发明，可以以这种方式在所有三个接触区将振动能通过摩擦转化成热能，以便实现有效的振动阻尼。在此，首先利用楔形阻尼元件5对同相地出现的振动进行有效的阻尼。
根据本发明，阻尼元件5和7这样地构造并沿转子周向前后相继地布置，使得在接触区15内的接触是一种面接触15，正如阻尼元件5和叶片平台3之间的接触一样。在阻尼元件5和7之间所提供的总摩擦面积以这种方式相对于公知的叶片装置显著地增大，在公知的叶片装置中，阻尼元件之间的接触区不是被构造为面接触，而是被构造为线接触(赫兹剪切接触)。与其中使用提供了两个线接触和一个面接触的两个阻尼元件的公知技术方案不同的是，根据本发明有两个面接触和仅一个线接触(具体在阻尼元件7和叶片平台3之间)。根据本发明通过面接触15另外地提供的摩擦面对整个叶片装置1起到了非常有效振动阻尼的作用。
尽管此时面接触15与径向R平行地延伸，但是也可以通过相应地选择角度α和β相对于径向R倾斜。在此，角度α优选处于70°至90°的范围内，而角度β则处于110°至90°的范围内。
图2示意地示出了两个阻尼元件组25、27的布置。各包括一定数量的阻尼元件的阻尼元件组25、27的位置示意地以圆圈表示。阻尼元件沿轴向呈杆状地延伸，其中，阻尼元件组沿着叶片17的轴向延伸(轴向23)分布。叶片17包括叶身19、叶片平台3、叶根21、叶片前缘29以及叶片后缘31。此时阻尼元件组27处于叶片前缘29上，而阻尼元件组25处在叶片后缘31上。流动方向33由一箭头表示。通过将阻尼元件组25、27沿轴向23不对称地布置或构造，可以根据本发明对不同振动模式进行有效的阻尼。

Claims (8)

1.一种叶片装置(1)，具有一转子和多个沿所述转子的周向布置在轮缘上的叶片(17)，
其中，在两个直接相邻的所述叶片(17)之间沿所述转子的周向前后相继地布置至少两个阻尼元件(5、7)，并且，
其中，相邻的所述阻尼元件(5、7)在所述转子绕一转子轴线旋转时由于一沿径向作用的离心力相互接触，并且，
所述两个阻尼元件(5、7)中的一个与两个所述叶片(17)中的一个相接触，而所述两个阻尼元件(7、5)中的另一个则与两个所述叶片(17)中的另一个相接触，
其特征在于，上述三处接触中的两处是面接触，而两处接触中的一处是线接触。
2.根据权利要求1所述的叶片装置，其中，所述阻尼元件(5、7)这样地构造并沿所述转子的周向前后相继地布置，使得所述阻尼元件之间的接触是面接触(15)，并且使得所述两个阻尼元件(5)中的一个和两个所述叶片(17)中的一个之间的接触是一种面接触，而所述两个阻尼元件(7)中的另一个和两个所述叶片(17)中的另一个之间的接触是线接触。
3.根据权利要求1或2所述的叶片装置(1)，其中，所述阻尼元件(5、7)的几何形状不同。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的叶片装置(1)，其中，所述阻尼元件(5、7)的质量不同。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的叶片装置(1)，其中，所述阻尼元件(5、7)被构造为杆状。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的叶片装置(1)，其中，所述阻尼元件(5、7)被构造为杆状，其中，一阻尼元件(5)具有楔形的横截面，而另一阻尼元件(7)具有呈四分之一圆形的横截面。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的叶片装置(1)，其中，三个阻尼元件沿所述转子的周向前后相继地布置。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的叶片装置(1)，其中，所述阻尼元件(5、7)由钢或陶瓷制成。
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