CN103282604B - 燃气涡轮叶片的减振方法和实施该方法所用的减振器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及到提供一种带有最佳质量减振器的涡轮叶轮，能够在涡轮振动环境下对预定共振进行阻尼，特别是低速涡轮；与此同时，可提供适应于减振器凹槽支撑表面的挠性。为此，本发明通过夹紧，顶在平台上的挠性部分和控制摩擦力的质量部分而将质量功能和挠性功能分开。特别是，根据本发明的减振器(2)包括片状部件(10)和平衡块(12)。片状部件(10)采用金属薄板冲压而成，所述金属薄板大体上比平衡块(12)要薄。片状部件(10)的壁(101)能够挠性地接触叶轮叶片的平台，与此同时，至少局部地包围平衡块(12)的表面(121)。特别是，本发明可用于涡轮发动机涡轮的叶轮、风扇的叶轮、或安装叶片的BP压缩机的叶轮。

Description

燃气涡轮叶片的减振方法和实施该方法所用的减振器

技术领域

本发明涉及安装在燃气涡轮上的叶片的减振方法，以及一种用来实施这种方法的减振器。特别是，本发明涉及涡轮发动机的涡轮叶轮，但同时也适用于带有叶片嵌入件的风扇和低压压缩机。

燃气涡轮包括至少一个驱动涡轮的压缩机，该压缩机在燃烧室入口处输送压缩空气。在燃烧后，包含涡轮级的移动转子的叶片因为与热燃气接触而会承受高温，所述热的燃气来自燃烧室。然后，热的燃气在由环形管道构成的通道区域内循环，并带动布置在该区域内的涡轮转子叶片旋转。

为此，叶片和其所安装的轮盘轮缘需要进行急剧冷却。叶片冷却装置通常由空气流构成，该空气流在叶片内部的冷却管路内循环。冷却空气来自外部和/或来自与涡轮级相关的压缩机级的空气部分。围绕轮盘的空气循环也可使轮盘下游端面得到冷却。

现有技术状态

这种燃气流的存在和叶片转动的动态激励造成了振动现象。为了限制这种振动，叶片上都在叶片平台下方装有支撑减振器，所述平台在转子级处构成了空气区域的内部子午线（meridianline）。

通常，这类减振器的形状由小型金属片材冲压成型，具有重要程度不同的切开（cutoff）边缘，振动时，叶片和平台运动所产生的能量因所述金属薄片与平台摩擦而被消耗。金属薄板在运动时，在离心力的作用下，会被夹紧，顶在平台上，这种摩擦现象在滑动阶段和与平台的附着阶段交替形成。减振器和平台之间的适配程度越好，阻尼效果最好。例如，专利文件FR2,503,247介绍了这种弹性摩擦减振器。

金属片的厚度在0.2到0.7mm之间，该厚度的选择取决于叶片的振动情况和其所承受的动态激励，特别是，取决于其共振速度。确定最佳质量，以便精确阻尼每个振动环境的共振，考虑了涡轮共振类型和涡轮转速范围以及其它设计标准（几何形状、材料等）。特别是，在低速涡轮或低压空气流的情况下，其最佳质量通常大于高速涡轮时的最佳质量。

因此，在具有多级自由涡轮的大功率涡轮发动机上，且该涡轮具有低机械负荷的情况下，所谓的低速涡轮转速（30,000rpm以下）大体上低于单级涡轮的较快转速（大约35,000至45,000rpm）。此外，双极涡轮带有较薄的叶片，数量多（例如，40到60个叶片），于是，这些叶片之间的平台间空间较小。

为此，采用这种技术来获得最佳质量从而控制摩擦力，变得越来越难。此外，当减振器座凹槽允许时，使用较厚金属薄板，例如，厚于1mm，则不利于能量耗散以及金属薄板的挠性，即不利于离心力作用下使其扭曲变形，从而也就不利于其摩擦和振动吸收特性。那么，平台下方摩擦点的这种非常局部化现象说明减振器和平台之间接触区域分布不佳。

在这种情况下，最佳质量和摩擦效果之间会出现不兼容，所述最佳质量由振动环境形成，一般在低速涡轮情况下，会趋于增加减振器的挠性。然而，实际上，在低速涡轮情况下，在平台之间减小空间内使用越来越厚的金属片材，会降低减振器挠性和与叶片/减振器接触的适配性，从而降低减振性能。

发明内容

本发明旨在通过提供具有最佳质量的减振器以解决这种不兼容性，这种最佳质量适用于根据涡轮振动环境来阻尼共振，特别是低速涡轮，与此同时，增加与减振器座支撑表面适配的灵活性。为此，本发明设想将质量功能和挠性功能分开。

更确切地说，本发明的目的是提供一种安装在燃气涡轮低速叶轮轮盘上的叶片的减振方法，所述涡轮在叶片平台下方设有减振器座，适用于安装减振器。所述方法就是独立地操纵夹紧至平台的挠性部分(flexibleportion)和集中力的质量部分(massportion)，从而通过夹紧动作和将两个部分可逆的连接以及将由两个部分如此组成的减振器插入专用减振器座内而将摩擦力引向平台。

通过将挠性部分至少一个夹紧区域抵住平台，形成至少局部地围绕所述质量部分，从而实现两个部分的联接。所述挠性部分挠性充分，足以使其在所要求接触水平上适应---例如---补偿定位方面的不足，适应叶片与叶片之间平台下方几何形状的分布，或者抵消铸造公差。所述质量部分可通过另一种不同的材料质量来改变，或者在减振作用不够的情况下，通过增加附加质量来增大质量部分。

本发明还涉及到用来实施上述方法的减振器。所述减振器包括片状部件和至少一个平衡块，所述片状部件采用金属薄板冲压而成，并基本上比平衡块薄。这种片状部件的壁能够挠性地接触至少一个叶片平台，特别是两个相邻叶片的平台，同时，又可至少局部地围绕所述平衡块的一个端面。

根据优选实施例：

-片状部件的材料比支撑表面材料更软，片状部件在所述表面上可调整接触；

-片状部件带有至少两个弯曲臂，适用于包围平衡块；

-平衡块包括经由中心部分相连的两个桩柱，所述中心部分适用于安装片状部件的夹紧臂；以及

-片状部件的厚度在0.1到0.6mm之间，平衡块的厚度在1到6mm之间，优选在2到3mm之间。

附图简要说明

通过阅读如下示例性实施例的详细说明，本发明的其他特性和优点会显现出来，所述说明参照各个附图，附图如下：

-图1为装有本发明一个实施例的减振器的涡轮叶轮的整体纵剖面示意图；

-图2a和2b示出了包括平衡块和片状部件的示例性减振器，分别为透视图和仰视图；以及

-图3为装有本发明减振器的涡轮叶轮的局部透视图。

具体实施方式详细说明

参照附图，术语“前”和“后”指相对于中心旋转轴X’X所形成方向的“上游”和“下游”部件。

图1为自由涡轮叶轮1的剖面图，其集成了本发明的减振器2。叶轮1按照涡轮轴X’X而呈现一种周期性反复，其包括中心轮盘3，在该轮盘周缘安装了叶片4的枞树形根部。在叶片4的枞树形根部和气动力轮廓之间，布置有平台5，所述枞树根部嵌入在轮盘3周缘的腔室内，轮盘形状与枞树根部形状互补。插入叶片的制动片31，将根部锁定于其腔室内。有利的是，根据其它轴向制动系统的结构，这种制动片可以采用其他替代形式，诸如钢丝条锁、铆钉、锁环或法兰或其它类似件。

每个减振器2都集成在减振器座20内，减振器座20由一个平台5、两个相邻叶片根部支撑体4和一个后部制动片31限定。平台5的外形，沿其轴向端在减振器座内，构成减振器2前后轴向锁定加强件51和52。

参照附图2a和2b，这些附图更精确地示出了本发明示例性涡轮减振器2，其包括厚度较小的片状部件10，此处为0.2mm，和厚度较大的平衡块12，此处根据其横向厚度“e”为3mm，而根据其中央部分的高度“H”，厚度为5到6mm。

片状部件10构成局部覆盖平衡块12的薄壁，特别是，几乎覆盖了平衡块的整个所述上端面121。片状部件-平衡块组件的最大高度Hm和该组件的整体形状被确定为，使其处在平台5的加强件51和52之间（见图1）。

平衡块12以自身参考基准标出，该自身参考基准由平衡块12在涡轮盘内位置所限定：在安装平衡块的轮盘轮缘的环形扇形体的接触点处，中心高度“H”在径向上指轮盘直径Z’Z，长度“L”与涡轮旋转轴X’X相平行，横向厚度“e”位于切线Y’Y上。术语“上”、“下”、“侧向”或甚至“上游”和“下游”均相对于平衡块参考基准。

平衡块整体呈弧形，包括由拱顶V1连接的两个桩柱P1和P2，拱顶的上部与平衡块的上端面121齐平。在上端面121和下端面125之间的拱顶V1的高度形成平衡块12中心部分的厚度。

片状部件10还具有上壁101，布置在平衡块12的上端面121上。在正常运行时，一旦平衡块12插入减振座（参照图3的说明）和涡轮内时，该壁101的上端面102在离心力的作用下被夹紧，顶在叶片平台5上。该壁101的厚度可调整到0.2mm，于是，这种接触就具有足够弹性，这样，该壁便可在不改变其弹性的情况下被扭曲变形。

片状部件10的上端面大体呈矩形形状。所示两个适配凹口103用来与制动片31一起形成轴向制动系统，如图1或图3所示。采用其它制动系统，例如，钢丝锁条时，这种凹口可以不用。

此外，上端面101因为轮缘103沿其纵向侧面112和113接触平衡块12纵向端面122和123而得到延伸。接着，轮缘103的纵向侧面112和113通过包围平衡块12的臂114和115而延伸至拱顶V1的下端面125处。片状部件安装成围绕平衡块留有间隙。通过该间隙并在离心力的作用下，平衡块12被夹紧，顶在片状部件10上，并通过这种质量效应，平衡块使得该片状部件抵靠在叶片平台的接触区。片状部件能够在这种接触时扭曲变形，然后产生挠性作用。

片状部件10和平衡块采用金属薄板冲压或切割而成，具有合适厚度，即该厚度分别对应于确定的片状部件和减振器的厚度，以便所述组件满足所规定的最佳质量，该最佳质量可根据涡轮的特性对叶轮的共振进行精确阻尼。所使用的金属薄板通常为镍基合金。

图3为叶轮1的局部示意图，其中，轮盘3的环形圈30安装叶片4的根部40和减振器2。环形圈30的侧翼被制动片31所封闭，制动片滑入平台5和环形圈30中形成的槽内而构成各个部分，从而轴向地将叶片根部40的运动锁定在其腔室内。平台5形成环50，叶片4自该环处径向延伸。

减振器通过支撑体41（枞形根部顶端）侧向地，通过平台5径向地，和通过叶片加强件51和52轴向地锁定在减振座或腔室内（见图1）。

图3的一部分看上去是透明的，这是因为加强件被拆除，从而能够更清楚地看到减振器2和减振器座20。每个减振器座20是在两个并置平台5内表面51下方形成的，其位于叶片4的两个根部40的两个支撑体41和环形圈30的突部或叶片间6之间。而后，减振器通过在两个并置平台之间缩小平台间的后缘截面而起密封作用。

平衡块2相对于轴线Z’Z轴向地呈现一个自由度，并在片状部件5和制动片之间，进而在离心力作用下在所述制动片和平衡块之间，留有间隙，该间隙---例如---可为一个毫米的十分之一至十分之几。

在离心力的作用下，涡轮在旋转，减振器被夹紧，顶在平台50的内表面51上，片状部件10弹性变形，以最适合于夹紧动作，而平衡块12则集中所有力通过摩擦力来阻尼振动，特别是共振。

本发明并不限于所述和所示的示例性实施例。例如，可以沿每个减振器座的长度上设置两个减振器，或者，可以大体增加每个减振器的长度至减振器座的大体长度。

此外，叶片根部可以是锤子形状，而不是枞树形根部，减振器座依然由该根部支撑体形成。

本发明可以应用在连接在并旋转安装在燃气涡轮内的任何部件组件上，特别是飞机燃气涡轮上，而且，也可用在任何陆用或船用燃气涡轮上。此外，各个尺寸也适用于涡轮的类型和尺寸。

此外，片状部件或固定平衡块的加强件臂并不是必不可少的：因为片状部件的弹性作用，完全封闭片状部件的侧向端面的片状部件轮缘足可以使平衡块保持与片状部件连接，在安装时，可以进行至少一个焊接点或胶结点作业。

此外，减振器座的布置形式可以不同于所述示例。为此，可以根据各种不同形状叶片根部来进行。

Claims (8)

1.一种安装在燃气涡轮低速叶轮的轮盘(3)上的叶片(4)的减振方法，所述涡轮在叶片(4)的平台(5)下方设有减振器座凹槽(20)，适于安装减振器(2)；其特征在于，所述方法包括独立地操纵用于夹紧至平台(5)的挠性部分和用于集中力的质量部分，从而通过夹紧动作和将两个部分可逆的连接以及将由两个部分如此组成的所述减振器(2)插入专用减振器座凹槽(20)内而将摩擦力引向平台(5)；所述两个部分的连接通过以下方式实现，即将挠性部分的至少一个夹紧区域顶到所述平台(5)上，以至少局部地围绕所述质量部分，挠性部分的挠性足以使其适合所需要的接触水平。

2.实施权利要求1所述的安装在燃气涡轮低速叶轮的轮盘(3)上的叶片(4)的减振方法的减振器，其特征在于，其包括片状部件和至少一个平衡块，所述片状部件采用金属薄板冲压而成，并且所述片状部件的厚度大体上比所述平衡块薄，其特征还在于，所述片状部件的壁能够挠性地接触所述叶片(4)的至少一个平台(5)，与此同时，至少局部地围绕平衡块的一个端面(121)。

3.根据权利要求2所述的减振器，其特征在于，所述片状部件的壁与两个相邻叶片(4)的所述平台(5)相接触。

4.根据权利要求3所述的减振器，其中，所述片状部件的材料比所述平台(5)的支撑表面(51)的材料软，所述片状部件在该支撑表面(51)上能够形成可调节接触。

5.根据权利要求2所述的减振器，其中，所述片状部件具有至少两个弯曲臂(114,115)，适应于包围所述平衡块。

6.根据权利要求5所述的减振器，其中，所述平衡块包括由中心部分(V1)相连的两个桩柱(P1,P2)，所述中心部分适应于安装所述片状部件的弯曲臂(114,115)。

7.根据权利要求2所述的减振器，其中，所述片状部件的厚度在0.1至0.6mm之间，所述平衡块的厚度在1至6mm之间。

8.根据权利要求7所述的减振器，其中，所述平衡块的厚度在2至3mm之间。