CN103850719A - 一种具有压电材料减振结构的阻尼叶片 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种具有压电材料减振结构的阻尼叶片，包括叶身、叶根和设置在叶身上的凸台拉金，其设置有凸台拉金通孔，在阻尼叶片压力面一侧的凸台拉金通孔上设置有凸台拉金压力面接触块，在阻尼叶片吸力面一侧的凸台拉金通孔上设置有凸台拉金吸力面接触块，在凸台拉金压力面接触块与凸台拉金吸力面接触块之间的凸台拉金通孔内设置有绝缘滑块，凸台拉金压力面接触块通过第一压电材料层与绝缘滑块相接触，凸台拉金吸力面接触块通过第二压电材料层与绝缘滑块相接触，第一压电材料层的两极通过第一电阻相连接，第二压电材料层的两极通过第二电阻相连接。本发明可以耗散叶片振动能量的压电减振阻尼结构，从而有效降低叶片振动水平。

Description

一种具有压电材料减振结构的阻尼叶片
【技术领域】
本发明属于叶轮机械领域，具体涉及一种具有压电材料减振结构的阻尼叶片。
【背景技术】
汽轮机作为能源转化及驱动领域重要动力机械，在国防安全和国民经济发展中具有举足轻重的作用。叶片是汽轮机中能量转换最重要的原件，其安全性对于汽轮机安全运行至关重要。
汽轮机叶片由叶根、叶身和围带结构组成，有些汽轮机叶片带有凸台拉金结构。研究表明，振动是造成汽轮机叶片损坏的主要原因，目前解决此问题的主要办法有：一方面，避开叶片共振频率，以减小叶片共振响应；另一方面，增加叶片阻尼，达到耗散振动能量的目的。实际运行中，汽轮机叶片主要通过阻尼结构来实现上述两个目的，阻尼结构的引入不仅改变了叶片的刚度，进而达到改变叶片固有频率的目的，另一方面也增加了叶片结构阻尼，起到耗散能量的作用。
目前已经广泛采用的阻尼结构包括围带阻尼结构、拉金阻尼结构、叶根平台阻尼块结构。附图1给出了叶片围带阻尼结构和凸台拉金阻尼结构示意图。工作时，叶片在离心力作用下，发生扭转，当达到一定转速时，相邻叶片围带之间发生接触并相互压紧，随着转速的增加，继而相邻叶片凸台拉金结构也开始发生接触并压紧。相邻叶片围带或凸台拉金之间的正压力和转速有关，转速升高，正压力增大。当整圈相邻叶片之间发生接触，相对于原来单个叶片，叶片振动特性发生了改变，此时叶片振动固有频率也和转速相关。另一方面，当叶片受到激振力作用时，叶片之间就会产生相对运动，接触面上就会产生能量耗散，从而抑制了叶片的振动。
上述阻尼结构均是基于干摩擦机理实现的，然而对于长叶片或叶片受到较大激振力时，就会产生阻尼不足的情况。仅通过单纯增加正压力，并不能够达到增加阻尼的目的，摩擦阻尼结构存在最佳正压力，增加阻尼接触面面积，一方面会改变通流部分；另一方面，也会使叶片增加附加质量，增加叶片离心力，对叶片安全性造成较大影响。
【发明内容】
本发明的目的在于针对目前阻尼结构提供阻尼不足的特点，提供一种具有压电材料减振结构的阻尼叶片，其可以耗散叶片振动能量的压电减振阻尼结构，从而有效降低叶片振动水平。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种具有压电材料减振结构的阻尼叶片，包括叶身、叶根和设置在叶身上的凸台拉金，该凸台拉金上设置有凸台拉金通孔，在阻尼叶片压力面一侧的凸台拉金通孔上设置有凸台拉金压力面接触块，在阻尼叶片吸力面一侧的凸台拉金通孔上设置有凸台拉金吸力面接触块，在凸台拉金压力面接触块与凸台拉金吸力面接触块之间的凸台拉金通孔内设置有绝缘滑块，凸台拉金压力面接触块通过第一压电材料层与绝缘滑块相接触，凸台拉金吸力面接触块通过第二压电材料层与绝缘滑块相接触，第一压电材料层的两极通过第一电阻相连接，第二压电材料层的两极通过第二电阻相连接。
本发明进一步改进在于，凸台拉金压力面接触块包括第一安装端和第一伸出端，且第一伸出端与凸台拉金之间相距0.1～1mm。
本发明进一步改进在于，凸台拉金吸力面接触块包括第二安装端和第二伸出端，且第二伸出端与凸台拉金之间相距0.1～1mm。
本发明进一步改进在于，第一压电材料层和第二压电材料层均固定在绝缘滑块上。
本发明进一步改进在于，绝缘滑块采用合成橡胶制成。
本发明进一步改进在于，该绝缘滑块具有中空的腔体，第一电阻和第二电阻设置在绝缘滑块中空的腔体内。
本发明进一步改进在于，该阻尼叶片还包括围带结构。
本发明进一步改进在于，第一电阻的电阻值为1000～100000欧姆。
本发明进一步改进在于，第二电阻的电阻值为1000～100000欧姆。
相对于现有技术，本发明的优点在于：
本发明在对具有凸台拉金叶片外形结构改变不大；通过将凸台拉金结构结构进行重新设计，加入了压电材料以及相应的电路，将变化的压力转化成电能，然后通过电路以热量的形式散出去；此外，本发明增加了接触干摩擦面积，起到了调节叶片共振频率以及增加叶片干摩擦阻尼的作用；本发明的凸台拉金设置有凸台拉金通孔，其减小了凸台拉金质量，从而减小了叶片受到的离心力。
【附图说明】
图1为阻尼叶片结构示意图；
图2为本发明凸台拉金压力面接触块与凸台拉金的安装示意图；
图3为凸台拉金通孔示意图；
图4为凸台拉金压力面接触块示意图；
图5为凸台拉金吸力面接触块示意图；
图6为凸台拉金压力面接触块和凸台拉金吸力面接触块与绝缘滑块的安装示意图；
图7为绝缘滑块的结构示意图。
【具体实施方式】
下面结合附图对本发明做进一步详细说明。
参见图1至图3，本发明具有压电材料减振结构的阻尼叶片包括：叶身1、叶根4和设置在叶身1上的凸台拉金2，该凸台拉金2上设置有凸台拉金通孔12，在阻尼叶片压力面一侧的凸台拉金通孔12上设置有凸台拉金压力面接触块5，在阻尼叶片吸力面一侧的凸台拉金通孔12上设置有凸台拉金吸力面接触块6，在凸台拉金压力面接触块5与凸台拉金吸力面接触块6之间的凸台拉金通孔12内设置有绝缘滑块7，该绝缘滑块7具有中空的腔体，凸台拉金压力面接触块5通过第一压电材料层8与绝缘滑块7相接触，凸台拉金吸力面接触块6通过第二压电材料层9与绝缘滑块7相接触，第一压电材料层8的两极通过第一电阻11相连接，第二压电材料层9的两极通过第二电阻13相连接。该阻尼叶片还包括围带结构3。
参见图4至图7，凸台拉金压力面接触块5包括第一安装端14和第一伸出端15，且第一伸出端15与凸台拉金2之间相距0.1～1mm；凸台拉金吸力面接触块6包括第二安装端16和第二伸出端17，且第二伸出端17与凸台拉金2之间相距0.1～1mm；第一压电材料层8和第二压电材料层9均固定在绝缘滑块7上；第一电阻11和第二电阻13的电阻值均为1000～100000欧姆，且第一电阻11和第二电阻11设置在绝缘滑块7中空的腔体内，其中，绝缘滑块7采用合成橡胶制成。
阻尼叶片在工作时，由于受到离心力的作用，就会发生扭转，凸台拉金接触面就会发生接触，并随着变化的激振力，接触面之间不仅会产生延接触面切向的相对位移，产生干摩擦，起到耗散能量的作用。同时，凸台拉金接触面上受到变化的正压力，变化的正压力通过凸台拉金压力面接触块5和凸台拉金吸力面接触块6分别传递到第一压电材料层8和第二压电材料层9上，第一压电材料层8和第二压电材料层9受到变化的正压力，由于压电效应而产生电流，绝缘滑块7左右两侧均开有导线孔，导线通过该导线孔和第一压电材料层8或第二压电材料层9相连，导线的另一端和第一电阻11或第二电阻13相连，产生的电流通过电路中的第一电阻11或第二电阻最后以热能的形式散出去。另外，凸台拉金压力面接触块5、凸台拉金吸力面接触块6和带有凸台拉金通孔12的凸台拉金2之间具有一定间隙，凸台拉金压力面接触块5、凸台拉金吸力面接触块6以及绝缘滑块7在旋转状态下受到离心力的作用，和凸台拉金通孔12上表面发生接触，凸台拉金压力面接触块5和凸台拉金吸力面接触块6之间受到的压力不均匀时，凸台拉金压力面接触块5、凸台拉金吸力面接触块6和绝缘滑块7相对于凸台拉金通孔12之间产生相对运动，增加了干摩擦阻尼接触面，从而起到了减小叶片振动的作用。
综上所述，本发明从两个方面达到耗散振动能量的目的。一方面，在凸台拉金中加入压电材料，在工作状态下，相邻叶片凸台拉金之间相互接触并压紧，当叶片受到激振力时，会产生振动，相邻叶片之间凸台拉金接触面上不仅会相互滑移，而且会产生变化的正压力，压电材料受到变化的正压力之后，就会产生电流，压电材料层通过导线和电阻相连接，通过电阻，将由于压电效应产生的电流以热量的形式耗散掉，达到耗散振动能量的作用，进而抑制了叶片的振动；另一方面，本发明中采用的压电阻尼减振结构在离心力作用下和叶片之间相互压紧，压紧力的大小和转速相关，当同一个叶片凸台拉金两边受到不均匀正压力时，本发明中所采用的压电阻尼减振结构就会和叶片之间产生相对位移，增加了叶片之间接触干摩擦阻尼。

Claims (9)

1.一种具有压电材料减振结构的阻尼叶片，其特征在于，包括叶身（1）、叶根（4）和设置在叶身（1）上的凸台拉金（2），该凸台拉金（2）上设置有凸台拉金通孔（12），在阻尼叶片压力面一侧的凸台拉金通孔（12）上设置有凸台拉金压力面接触块（5），在阻尼叶片吸力面一侧的凸台拉金通孔（12）上设置有凸台拉金吸力面接触块（6），在凸台拉金压力面接触块（5）与凸台拉金吸力面接触块（6）之间的凸台拉金通孔（12）内设置有绝缘滑块（7），凸台拉金压力面接触块（5）通过第一压电材料层（8）与绝缘滑块（7）相接触，凸台拉金吸力面接触块（6）通过第二压电材料层（9）与绝缘滑块（7）相接触，第一压电材料层（8）的两极通过第一电阻（11）相连接，第二压电材料层（9）的两极通过第二电阻（13）相连接。
2.根据权利要求1所述的一种具有压电材料减振结构的阻尼叶片，其特征在于，凸台拉金压力面接触块（5）包括第一安装端（14）和第一伸出端（15），且第一伸出端（15）与凸台拉金（2）之间相距0.1～1mm。
3.根据权利要求1所述的一种具有压电材料减振结构的阻尼叶片，其特征在于，凸台拉金吸力面接触块（6）包括第二安装端（16）和第二伸出端（17），且第二伸出端（17）与凸台拉金（2）之间相距0.1～1mm。
4.根据权利要求1所述的一种具有压电材料减振结构的阻尼叶片，其特征在于，第一压电材料层（8）和第二压电材料层（9）均固定在绝缘滑块（7）上。
5.根据权利要求1所述的一种具有压电材料减振结构的阻尼叶片，其特征在于，绝缘滑块（7）采用合成橡胶制成。
6.根据权利要求1所述的一种具有压电材料减振结构的阻尼叶片，其特征在于，该绝缘滑块（7）具有中空的腔体，第一电阻（11）和第二电阻（11）设置在绝缘滑块（7）中空的腔体内。
7.根据权利要求1所述的一种具有压电材料减振结构的阻尼叶片，其特征在于，该阻尼叶片还包括围带结构（3）。
8.根据权利要求1所述的一种具有压电材料减振结构的阻尼叶片，其特征在于，第一电阻（11）的电阻值为1000～100000欧姆。
9.根据权利要求1所述的一种具有压电材料减振结构的阻尼叶片，其特征在于，第二电阻（13）的电阻值为1000～100000欧姆。
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