CN105041726B - 一种用于控制压气机叶片振动的阻尼环装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种用于控制压气机叶片振动的阻尼环装置，包括叶片、轮缘和阻尼环，其中，所述叶片与所述轮缘一体成型，设置于所述轮缘的外侧；所述轮缘包括第一结构部和第二结构部，所述第二结构部设置于所述第一结构部的内侧，所述第一结构部具有两个7字型的沟槽，所述沟槽位于所述第一结构部的上游一端的端面的内侧和下游一端的端面的内侧；两个所述阻尼环分别通过嵌入一所述沟槽安装于所述第一结构部的内侧。本发明所述阻尼环装置不与叶片直接接触，不需要对叶片进行加工，仅需在轮缘上加工出楔形面或矩形面，安装方便具有工艺简单、安装方便、附加质量小、设计简单、可靠性高的特点。

Description

一种用于控制压气机叶片振动的阻尼环装置
技术领域
本发明涉及阻尼环技术领域，具体涉及一种用于控制压气机叶片振动的阻尼环装置。
背景技术
叶片是航空发动机的重要构件，工作环境恶劣，尤其是涡轮叶片，要承受高温高压高速燃气冲刷，为压气机等提供强大的动力，而且在转动情况下承受的是燃气喷嘴周期变化的冲击力。发动机在研制、使用过程中常有叶片振动故障发生。据资料统计，叶片振动故障大约占发动机结构故障的三分之一。在新机研制阶段，这种故障更是屡见不鲜。因此，深入研究叶片，尤其是涡轮叶片减振设计技术及其振动特性具有重要的理论意义和工程应用价值。
通常解决振动问题的方法有两种，一种是借助于改变结构参数，如几何形状、尺寸以及材料等来调整激振频率及结构的质量和刚度分布，以避开共振，这种措施对多数结构而言有一定的局限性。另一种更有效的方法是增加阻尼结构。一般而言有四种阻尼对叶片产生作用：材料阻尼、气动阻尼、冲击阻尼和摩擦阻尼(结构阻尼)。目前发动机叶片采用干摩擦减振的主要形式有叶根缘板阻尼、叶肩凸台阻尼、叶冠阻尼等。这几种阻尼形式的基本原理是相似的。高性能发动机风扇压气机叶片和低压涡轮叶片通常采用大展弦比长叶片结构。这种叶片为了避开颤振和共振，通常在采用凸台(凸肩)和叶冠的同时，采用缘板阻尼块减振，耗散或吸收振动能量，减小共振峰值应力。
发明内容
为增加叶片结构的阻尼，抑制叶片的振动，本发明提出了一种用于控制压气机叶片振动的阻尼环装置。
本发明的技术方案如下：
一种用于控制压气机叶片振动的阻尼环装置，包括叶片、轮缘和阻尼环，其中，
所述叶片与所述轮缘一体成型，设置于所述轮缘的外侧；
所述轮缘包括第一结构部和第二结构部，所述第二结构部设置于所述第一结构部的内侧，所述第一结构部具有两个7字型的沟槽，所述沟槽位于所述第一结构部的上游一端的端面的内侧和下游一端的端面的内侧；
两个所述阻尼环分别通过嵌入一所述沟槽安装于所述第一结构部的内侧。
较佳的，所述沟槽包含呈7字型连接的第一沟槽表面和第二沟槽表面，所述第二沟槽表面垂直于所述第一结构部的内表面。
优选的，所述第二沟槽表面与与之相对的所述阻尼环的侧面间具有一间隙。
优选的，所述第一沟槽表面和第二沟槽表面的夹角为钝角。
优选的，每个所述阻尼环通过数个定位螺栓连接所述第一结构部，使得所述阻尼环压紧于所述第一沟槽表面。
优选的，所述定位螺栓垂直于所述第二沟槽表面。
优选的，所述第一沟槽表面和第二沟槽表面的夹角为直角。
优选的，所述阻尼环的顶部和所述第一沟槽表面之间为过盈配合，从而使得所述阻尼环卡于所述第一沟槽表面内。
较佳的，所述阻尼环为一整体。
较佳的，所述阻尼环包括若干圆弧部，若干所述圆弧部通过拼接螺栓拼接而成环状。
优选的，所述圆弧部末端设有连接部，相邻的两个所述圆弧部之间相应的连接部沿圆弧的径向拼接，所述拼接螺栓沿径向连接拼接后的两个所述连接部，从而实现相邻的两个所述圆弧部之间的固定连接。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
本发明提出的一种用于控制压气机叶片振动的阻尼环装置和目前针对叶片的摩擦阻尼处理方法(如叶片凸肩、拉筋处的干摩擦阻尼、缘板摩擦阻尼器、叶冠阻尼器等)相比，不与叶片直接接触，不需要对叶片进行加工，仅需在轮缘上加工出楔形面或矩形面，安装方便具有工艺简单、安装方便、附加质量小、设计简单、可靠性高的特点；同时这种阻尼环与轮缘之间的压力可以通过螺栓调节。
附图说明
图1为本发明压气机叶盘的局部结构示意图；
图2为本发明实施例一之螺栓连接阻尼环的结构示意图；
图3为本发明实施例一之阻尼环各圆弧部的连接结构示意图；
图4为本发明实施例一之阻尼环各圆弧部之间的连接部径向拼接示意图；
图5为本发明实施例二之矩形面连接阻尼环的结构示意图。
【主要符号说明】
1 叶片
2 轮缘
21 第一结构部
22 第二结构部
211 内表面
3 阻尼环
31 圆弧部
32 连接部
4 沟槽
41 第一沟槽表面
42 第二沟槽表面
5 定位螺栓
6 拼接螺栓
具体实施方式
以下将结合本发明的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述和讨论，显然，这里所描述的仅仅是本发明的一部分实例，并不是全部的实例，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。
实施例一
参见图1和2，其中附图1揭示了本发明压气机叶盘的局部结构示意图，附图2为叶盘中一单一叶片通过螺栓连接阻尼环的结构示意图。提供了一种用于控制压气机叶片振动的阻尼环装置，包括叶片1、轮缘2和阻尼环3，其中，所述叶片1与所述轮缘2一体成型，设置于所述轮缘2的外侧；所述轮缘2包括第一结构部21和第二结构部22，所述第二结构部22设置于所述第一结构部21的内侧，所述第一结构部21具有两个7字型的沟槽4，所述沟槽4位于所述第一结构部21的上游一端的端面的内侧和下游一端的端面的内侧；两个所述阻尼环3分别通过嵌入一所述沟槽4安装于所述第一结构部21的内侧。
进一步，所述沟槽4包含呈7字型连接的第一沟槽表面41和第二沟槽表面42，所述第二沟槽表面42垂直于所述第一结构部21的内表面211。
其中，所述第二沟槽表面42与与之相对的所述阻尼环3的侧面间具有一间隙z。
优选的，所述第一沟槽表面41和第二沟槽表面42的夹角为钝角，即所述沟槽呈楔形面的情况时，每个所述阻尼环3通过数个定位螺栓5连接所述第一结构部21，使得所述阻尼环3压紧于所述第一沟槽表面41。为保证不破坏叶片1的静平衡和动平衡，所述定位螺栓5对应的螺孔应对称布置。
优选的，所述定位螺栓5垂直于所述第二沟槽表面42。调节定位螺栓5的扭矩至设计值，利用定位螺栓5对于第一结构部21的压力及楔形面配合使阻尼环3和轮缘2保持接触，且接触的压力可以调整。
本实施例中，所述阻尼环3为一整体。
而或参见图3，所述阻尼环3包括若干圆弧部31，若干所述圆弧部31通过拼接螺栓6拼接而成环状，形成一整个阻尼环3。
参见图4，所述圆弧部31末端设有连接部32，相邻的两个所述圆弧部31之间相应的连接部32沿圆弧的径向拼接，所述拼接螺栓6沿径向连接拼接后的两个所述连接部32，从而实现相邻的两个所述圆弧部31之间的固定连接。各连接部32之间采用如图3所示的直角面配合或卡块式配合。
实施例二
参见图5，本实施例二与实施例一的差异在于，所述第一沟槽表面41和第二沟槽表面42的夹角为直角。即所述阻尼环3和轮缘2的接触面为矩形的情况时，不需要任何螺栓进行连接，所述阻尼环3的顶部和所述第一沟槽表面41之间为过盈配合，从而使得所述阻尼环3卡于所述第一沟槽表面41内。
在所述阻尼环3卡于所述第一沟槽表面41的过程中，利用热胀冷缩的原理将阻尼环3的尺寸变小后卡入所述第一沟槽表面41，待温度恢复至正常值时，由于热应力的作用将使阻尼环3和轮缘2的第一沟槽表面41处于过状态。
本发明利用定位螺栓对于第二沟槽表面的压力作用及楔形面配合、矩形面的过盈配合使阻尼环和轮缘的第一沟槽表面接触，叶片受到气流激振力产生振动，由于轮缘和阻尼环之间的粘-滑运动而耗能，减小叶盘和叶片强耦合模态下的叶片振动。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (7)

1.一种用于控制压气机叶片振动的阻尼环装置，其特征在于，包括叶片、轮缘和阻尼环，其中，
所述叶片与所述轮缘一体成型，设置于所述轮缘的外侧；
所述轮缘包括第一结构部和第二结构部，所述第二结构部设置于所述第一结构部的内侧，所述第一结构部具有两个7字型的沟槽，所述沟槽位于所述第一结构部的上游一端的端面的内侧和下游一端的端面的内侧；
所述沟槽包含呈7字型连接的第一沟槽表面和第二沟槽表面，所述第二沟槽表面垂直于所述第一结构部的内表面；
所述第一沟槽表面和第二沟槽表面的夹角为钝角；
两个所述阻尼环分别通过嵌入一所述沟槽安装于所述第一结构部的内侧；
每个所述阻尼环通过数个定位螺栓连接所述第一结构部，使得所述阻尼环压紧于所述第一沟槽表面。
2.如权利要求1所述的一种用于控制压气机叶片振动的阻尼环装置，其特征在于，所述第二沟槽表面与与之相对的所述阻尼环的侧面间具有一间隙。
3.如权利要求1所述的一种用于控制压气机叶片振动的阻尼环装置，其特征在于，所述定位螺栓垂直于所述第二沟槽表面。
4.如权利要求1所述的一种用于控制压气机叶片振动的阻尼环装置，其特征在于，所述阻尼环为一整体。
5.如权利要求1所述的一种用于控制压气机叶片振动的阻尼环装置，其特征在于，所述阻尼环包括若干圆弧部，若干所述圆弧部通过拼接螺栓拼接而成环状。
6.如权利要求5所述的一种用于控制压气机叶片振动的阻尼环装置，其特征在于，所述圆弧部末端设有连接部，相邻的两个所述圆弧部之间相应的连接部沿圆弧的径向拼接，所述拼接螺栓沿径向连接拼接后的两个所述连接部，从而实现相邻的两个所述圆弧部之间的固定连接。
7.一种用于控制压气机叶片振动的阻尼环装置，其特征在于，包括叶片、轮缘和阻尼环，其中，
所述叶片与所述轮缘一体成型，设置于所述轮缘的外侧；
所述轮缘包括第一结构部和第二结构部，所述第二结构部设置于所述第一结构部的内侧，所述第一结构部具有两个7字型的沟槽，所述沟槽位于所述第一结构部的上游一端的端面的内侧和下游一端的端面的内侧；
所述沟槽包含呈7字型连接的第一沟槽表面和第二沟槽表面，所述第二沟槽表面垂直于所述第一结构部的内表面；
所述第一沟槽表面和第二沟槽表面的夹角为直角；
两个所述阻尼环分别通过嵌入一所述沟槽安装于所述第一结构部的内侧；
所述阻尼环的顶部和所述第一沟槽表面之间为过盈配合，从而使得所述阻尼环卡于所述第一沟槽表面内。
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