CN103184892A

CN103184892A - 低压涡轮叶片

Info

Publication number: CN103184892A
Application number: CN2011104457760A
Authority: CN
Inventors: 齐晓东; 陈亚龙; 万明学
Original assignee: AVIC Commercial Aircraft Engine Co Ltd
Current assignee: AECC Commercial Aircraft Engine Co Ltd
Priority date: 2011-12-27
Filing date: 2011-12-27
Publication date: 2013-07-03
Anticipated expiration: 2031-12-27
Also published as: CN103184892B

Abstract

本发明涉及涡轮叶片的减振技术，属于涡轮叶片技术领域。该本发明的目的是在对原系统改变较小的情况下减少涡轮叶片的振动。为此，本发明提供一种低压涡轮叶片，包括：叶冠、形成于叶冠上的叶片接触凸台、形成于叶片接触凸台内的腔体、以及填充于腔体内的减振材料。本发明还提供一种具有上述叶片的低压涡轮。由于填充有减振材料的腔体设置在涡轮叶片较大振幅处(即叶尖)处，叶片的阻尼效果非常好，大大减少了涡轮叶片的振动。

Description

低压涡轮叶片

技术领域

本发明涉及涡轮叶片技术领域，更具体地，本发明涉及涡轮叶片的减振技术领域。

背景技术

随着航空发动机性能的提高，涡轮叶片的振动故障日益突出。而航空发动机的涡轮叶片一般采用带锯齿冠的长叶片，其除了要承受较高的温度(500°～1000℃)和复杂多变的气动负荷外，还得承受较大的离心载荷(转速3000～4000r/min)，振动问题更是非常突出，因此，抑制叶片的振动显得特别重要。

为了抑制叶片的振动，人们想出了各种办法，比如，有人在叶片上安装减振装置(例如叶片盖板)，或者将相邻叶片安装得彼此靠近，来达到利用干摩擦进行减振的目的；也有人(见美国专利US6 471 484)通过在涡轮叶片的内弧面或外弧面上设计中空腔室、并在腔室内设置带有应力层的减振材料层，来诱导剪切应力促进减振作用。

上述措施要么使叶片结构变得复杂，要么减振效果不够好，因而人们迫切需要一种结构简单又能保证减振效果的解决方案。

发明内容

因此，本发明的目的旨在通过增加涡轮叶片较大振幅处(叶尖)的叶片阻尼，减少涡轮叶片的振动。

为实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供一种低压涡轮叶片，其中，低压涡轮叶片包括：叶冠、形成于叶冠上的叶片接触凸台、形成于叶片接触凸台内的腔体、以及填充于腔体内的减振材料。

在本发明的这一方面，由于直接在叶冠的叶片接触凸台上形成腔体，通过该腔体容置减振材料来达到抑制叶片振动的目的，因此，它对原系统改动很小，在几乎不增加附加质量的情况下，能够显著提高系统的阻尼效果。

优选地，上述腔体的一端为开口端，另一端具有封严堵头。该封严堵头的设置可以一方面封闭该腔体的一端，从而便于容置减振材料，另一方面可在叶片安装到涡轮转子盘上时经由另一相邻叶片的腔体开口端插入该相邻叶片腔体内来实现密封。

优选地，减振材料为颗粒状。当叶片振动时，减振材料颗粒之间以及颗粒与腔体内壁之间产生摩擦和碰撞，从而会削弱振动能量，产生阻尼效应，达到抑制振动的目的，并且能适用于恶劣环境、减振性能不会随时间而降低。

优选地，减振材料为金属材料，该金属材料为钨粉或钢粉。

优选地，减振材料为非金属材料，该非金属材料为陶瓷。

优选地，腔体的截面为圆形，从而可以使应力增长控制在一个很小的范围内。

根据本发明的另一个方面，提供一种低压涡轮，该低压涡轮具有至少一个上述的低压涡轮叶片。

优选地，至少一个低压涡轮叶片是低压涡轮的转子叶片。

优选地，低压涡轮叶片为多个，低压涡轮叶片通过其相反于叶冠的一端安装到低压涡轮的转子盘上，相邻两个低压涡轮叶片的叶片接触凸台沿周向相互邻接，其中一个叶片接触凸台的封严堵头插入到另一个叶片接触凸台的腔体的开口端内用来封严腔体，从而低压涡轮形成有周向环形腔体和由减振材料构成的周向减振环。

通过参考下面所描述的实施方式，本发明的这些和其他特征和优点将会得到清晰地阐述。

附图说明

本发明的结构和操作方式以及进一步的目的和优点将通过下面结合附图的描述得到更好地理解，其中，相同的参考标记标识相同的元件：

图1是根据本发明一个方面的一优选实施方式的低压涡轮叶片的示意性透视图；

图2是图1所示低压涡轮叶片的叶冠俯视图；

图3A是图1所示低压涡轮叶片的叶冠剖视图，腔体截面为圆型；

图3B是图1所示低压涡轮叶片的叶冠剖视图，腔体截面为四边型；

图3C是图1所示低压涡轮叶片的叶冠剖视图，腔体截面为三角型；

图3D是图1所示低压涡轮叶片的叶冠剖视图，两个腔体的截面皆为圆型；

图4是根据本发明另一方面的一优选实施方式的低压涡轮的两个叶片的示意性装配图。

具体实施方式

根据要求，这里将披露本发明的具体实施方式。然而，应当理解的是，这里所披露的实施方式仅仅是本发明的典型例子而已，其可体现为各种形式。因此，这里披露的具体细节不被认为是限制性的，而仅仅是作为权利要求的基础以及作为用于教导本领域技术人员以实际中任何恰当的方式不同地应用本发明的代表性的基础，包括采用这里所披露的各种特征并结合这里可能没有明确披露的特征。

如图1所示，根据本发明一个方面的低压涡轮叶片100包括翼型件12和叶根36。翼型件12具有叶冠10、叶身20。叶根36具有下缘板30和榫头60，该榫头60与转子盘(图未示)上的相应榫形槽接合用来将叶片100固定到转子盘上。

再如图1所示，并参考图2-3，叶片100的叶冠10为锯齿冠结构，中间形成有一叶片接触凸台1，两侧为蓖齿封严结构2。一腔体3形成于叶片接触凸台1内，并且在该腔体3内填充有减振材料4。该腔体3一端开口，形成开口端5(见图2)，另一端具有封严堵头6，从而使得减振材料4可通过开口端5填充到腔体3，并借助于封严堵头6使减振材料4容置于腔体3内。理想地，封严堵头6与叶片接触凸台1一体形成。

如图3A-3D所示，腔体3的横截面形状可为圆形、四边形、三角形。腔体3的个数可以使一个，也可以是两个(见图3D)，甚至多个。本领域的技术人员应当理解，腔体3在叶片接触凸台1内的位置、形状和数量可以做出适当的改变，只要能够满足应力方面的需求即可。一般而言，随空腔尺寸增大，振动阻尼也会增大。

如图2-4所示，在上述实施方式中，减振材料4为金属材料为颗粒状，这些颗粒按照一定的填充率，例如0～55％(这里不包括0)的填充率，填充到叶片接触凸台1的腔体3内。需要说明的是，减震材料4最好选用金属材料，例如可以是钨粉或钢粉，也可以是非金属材料，如陶瓷材料。在受到振动时，这些颗粒相互之间或颗粒与腔体3的内壁之间会发生非弹性碰撞和摩擦，从而会消耗能量，产生阻尼效应，从而达到抑制振动的目的。需要说明的是，采用粘弹性材料作为颗粒阻尼的材料，不仅可以将损耗因子提高2个数量级，而且响应幅值减小，减振效果较好。

根据本发明的另一方面提供一种低压涡轮，该低压涡轮具有至少一个上述的低压涡轮叶片100。在一个实施方式中，至少一个低压涡轮叶片100是低压涡轮的转子叶片。在一个实施方式中，低压涡轮叶片100为多个，它们通过其相反于叶冠10的一端，即榫头60，安装到低压涡轮的转子盘上。如图4所示，相邻两个低压涡轮叶片100的叶片接触凸台1沿周向相互邻接，其中一个叶片100的叶片接触凸台1的具有封严堵头6的一端紧挨着另一个相邻叶片100的叶片接触凸台1的具有腔体3的开口端5，从而使得一个叶片100的封严堵头6插入到另一个叶片100的腔体3的开口端5内，从而使得叶片100的腔体被封严。对于整个低压涡轮来说，每一个叶片100的腔体3的开口端5都被另一个相邻叶片100的封严堵头6所密封，而每个叶片100的封严堵头6都插入到另一个相邻叶片100的腔体开口端5内，从而低压涡轮形成有周向环形腔体和由减振材料构成的周向减振环。当涡轮运转时，叶片与叶片之间通过摩擦接触及颗粒之间以及颗粒与空腔的内壁之间的非弹性碰撞和摩擦，会消耗大量能量，从而产生阻尼效应，达到抑制叶片结构振动的目的。

理想地，封严堵头6的端面涂有耐磨材料，从而提高涡轮运转过程中封严堵头的耐磨性以及对腔体3的密封效果。

应当理解的是，由于填充有减振材料的腔体设置在涡轮叶片较大振幅处(即叶尖)处，叶片的阻尼效果非常好，大大减少了涡轮叶片的振动。

本发明的技术内容及技术特点已揭示如上，然而可以理解，在本发明的创作思想下，本领域的技术人员可以对上述结构和材料作各种变化和改进，包括这里单独披露或要求保护的技术特征的组合，明显地包括这些特征的其它组合。这些变形和/或组合均落入本发明所涉及的技术领域内，并落入本发明权利要求的保护范围。需要注意的是，按照惯例，权利要求中使用单个元件意在包括一个或多个这样的元件。此外，不应该将权利要求书中的任何参考标记构造为限制本发明的范围。

Claims

1.低压涡轮叶片，其特征在于，所述低压涡轮叶片包括：

叶冠；

形成于所述叶冠上的叶片接触凸台；

形成于所述叶片接触凸台内的腔体；以及

填充于所述腔体内的减振材料。

2.根据权利要求1所述的低压涡轮叶片，其特征在于，所述腔体一端为开口端，另一端具有封严堵头。

3.根据权利要求2所述的低压涡轮叶片，其特征在于，所述封严堵头端面涂有耐磨材料。

4.根据权利要求3所述的低压涡轮叶片，其特征在于，所述封严堵头与所述叶片接触凸台一体形成。

5.根据权利要求4所述的低压涡轮叶片，其特征在于，所述减振材料为颗粒状。

6.根据权利要求5所述的低压涡轮叶片，其特征在于，所述减振材料为金属材料。

7.根据权利要求6所述的低压涡轮叶片，其特征在于，所述金属材料为钨粉或钢粉。

8.根据权利要求5所述的低压涡轮叶片，其特征在于，所述减振材料为非金属材料。

9.根据权利要求8所述的低压涡轮叶片，其特征在于，所述非金属材料为陶瓷。

10.根据权利要求1-9任一所述的低压涡轮叶片，其特征在于，所述腔体的截面为圆形。

11.根据权利要求1-9任一所述的低压涡轮叶片，其特征在于，所述叶冠还包括两个对称设置的蓖齿封严结构，所述蓖齿封严结构的中间形成有所述叶片接触凸台。

12.低压涡轮，其特征在于，所述低压涡轮具有至少一个根据权利要求1至11任一所述的低压涡轮叶片。

13.根据权利要求12所述的低压涡轮，其特征在于，所述至少一个低压涡轮叶片是所述低压涡轮的转子叶片。

14.根据权利要求12或13所述的低压涡轮，其特征在于，所述低压涡轮叶片为多个，所述低压涡轮叶片通过其相反于所述叶冠的一端安装到低压涡轮的转子盘上，相邻两个所述低压涡轮叶片的所述叶片接触凸台沿周向相互邻接，其中一个叶片接触凸台的封严堵头插入到另一个叶片接触凸台的腔体的开口端内用来封严所述腔体，从而所述低压涡轮形成有周向环形腔体和由所述减振材料构成的周向减振环。