CN105179309B - 一种压气机叶片 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种压气机叶片，包括轮缘、阻尼环和设置于轮缘上的沟槽，所述阻尼环部分嵌入于所述沟槽内部，从而将所述阻尼环固定于所述轮缘上，所述沟槽和阻尼环的两个侧面之间为过盈配合，所述阻尼环位于所述轮缘内侧。本发明利用叶盘高速旋转时的离心力使叶盘轮缘内侧沟槽中嵌入的阻尼环获得适当的正压力，叶片受到气流激振力产生振动，由于轮缘沟槽和阻尼环之间的粘‑滑运动而耗能，有效减小叶盘和叶片强耦合模态下的叶片振动。本发明与目前针对叶片的摩擦阻尼处理方法相比，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一条较窄的沟槽，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

一种压气机叶片

技术领域

本发明具体涉及一种压气机叶片。

背景技术

汽轮机是一种透平机械，是将蒸汽的能量转换为机械功的旋转式动力机械，是蒸力动力装置的主要设备之一。汽轮机在社会经济的各部门中都有广泛的应用，如航空、大型火力、水力、核能发电设备及新能源利用等。目前，汽轮机向着高参数、高性能、高可靠性方向发展。叶片在汽轮机中承担着把蒸汽的热能转化为机械能的重要任务，是汽轮机中最重要的零部件之一。因此，随着汽轮机性能的提高，作为汽轮机心脏的叶片面临着很大的挑战，其工作环境将会更恶劣。大型汽轮机组中叶片数目往往会要多达几千片，并且要工作在高温、高压、高转速或湿蒸汽区等恶劣环境中，经受着离心力、蒸汽力、蒸汽激振力、腐蚀和振动以及湿蒸汽区高速水滴冲蚀的共同作用。此外，汽轮机在各种非设计工况下工作时，如启动、低负荷、停机、变负荷、高背压等，叶片还要承受负荷变化带来的交变应力以及小容积工况下的较大气流激振力等，以上的各种载荷作用使得叶片的工作环境更是极为复杂。随着汽轮机性能的提高，蒸汽流量的逐渐加大，叶片也随之加长，容易发生颤振，影响叶片的强度及寿命。

汽轮机叶片工作的恶劣坏境、长叶片的采用及其他一些无法预测的因素使得事故时有发生。调查表明，汽轮机运行中，叶片事故约占汽轮机事故总数的40％，造成了巨大的直接和间接的经济损失。因此对叶片的安全性和可靠性提出了愈来愈高的要求。叶片损坏的原因是多方面的，如果从发生的机理区分，60％-80％的损坏原因是振动。

由此可见，若要提高汽轮机特别是大型汽轮机运行的可靠性，首先必须解决叶片的振动失效问题。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。带冠汽轮机叶片、缘板阻尼器就是应用这种减振方法工作的。

本发明提出了一种在叶片的轮缘内侧沟槽内嵌入阻尼环的方法来增加阻尼，抑制叶片的振动。

发明内容

为增加叶片结构的阻尼，抑制叶片的振动，本发明提出了一种压气机叶片。

本发明的技术方案如下：

一种压气机叶片，包括轮缘，还包括阻尼环和设置于轮缘上的沟槽，所述阻尼环部分嵌入于所述沟槽内部，从而将所述阻尼环固定于所述轮缘上，所述沟槽和阻尼环的两个侧面之间为过盈配合，所述阻尼环位于所述轮缘内侧。

较佳的，所述沟槽和阻尼环的截面积形状为圆形或矩形。

较佳的，所述沟槽和阻尼环的顶面沿径向具有一间隙，所述间隙的大小根据工作温度下所述阻尼环膨胀量的1.1—1.3倍来确定。

进一步的，所述间隙的大小的最佳值为工作温度下所述阻尼环膨胀量的1.15倍。

较佳的，所述阻尼环与所述轮缘采用相同的金属材料，所述金属材料为奥氏体钢、铁镍合金和镍基合金任意之一。

较佳的，所述阻尼环的个数为单个或多个。

进一步的，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内侧，所述阻尼环和沟槽均设置于所述第一结构部上，所述阻尼环位于所述第二结构部的上游一侧或下游一侧。

较佳的，所述阻尼环为开口阻尼环，所述开口阻尼环的开口两端共同嵌入所述沟槽内部。

进一步的，所述开口阻尼环的开口两端通过可调螺纹结构连接，所述可调螺纹结构和所述开口阻尼环的开口两端共同嵌入所述沟槽内部。

进一步的，所述可调螺纹结构包括螺纹、第一防松螺母、双头螺栓、旋紧螺母和第二防松螺母，其中，

所述螺纹设置于所述开口阻尼环的开口两端的内侧；

所述双头螺栓通过所述螺纹与所述开口阻尼环螺纹连接；

所述第一防松螺母和第二防松螺母套设于所述双头螺栓上，且位于所述开口阻尼环的开口两端之间；

所述旋紧螺母位于所述第一防松螺母和第二防松螺母之间。

与现有技术相比，本发明的有益效果如下：

本发明与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一条窄的沟槽，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。

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为本发明压气机叶盘中单一叶片的结构示意图；

图3为本发明压气机叶盘中单一叶片的结构剖视图；

图4为本发明阻尼环的实施方案一——开口阻尼环的结构示意图；

图5为本发明阻尼环的实施方案二——闭口阻尼环的结构示意图。

【主要符号说明】

1 阻尼环

2 沟槽

3 轮缘

4 叶片

5 开口

6 小孔

7 螺纹

8 第一防松螺母

9 双头螺栓

10 旋紧螺母

11 第二防松螺母

31 第一结构部

32 第二结构部

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。

本发明公开了一种压气机叶片，包括轮缘3、阻尼环1和设置于轮缘上的沟槽2，所述阻尼环1部分嵌入于所述沟槽2内部，从而将所述阻尼环1固定于所述轮缘3上，所述沟槽2和阻尼环1的两个侧面之间为过盈配合，且所述阻尼环1位于所述轮缘3内侧。

其中，所述沟槽2和阻尼环1的截面积形状相一致。优选的，所述沟槽2和阻尼环1的截面积形状为圆形或矩形。

所述沟槽2和阻尼环1的顶面沿径向具有一间隙，所述径向为阻尼环1直径方向，所述间隙的大小可根据工作温度下所述阻尼环膨胀量的1.1～1.3倍来确定。本实施例中，所述间隙的大小的最佳值为工作温度下所述阻尼环膨胀量的1.15倍。

较佳的，所述阻尼环1与所述轮缘3采用相同的金属材料，用以防止所述轮缘3上的沟槽2及其它部件过量磨损。本实施例中，所述金属材料可以是奥氏体钢、铁镍合金和镍基合金任意之一。

进一步的，所述轮缘3包括第一结构部31和第二结构部32，所述第二结构部32设置于所述第一结构部31内侧，所述阻尼环1和沟槽2均设置于所述第一结构部31上，所述阻尼环1位于所述第二结构部32的上游一侧或下游一侧。

具体的，所述阻尼环1的个数可以是单个或多个。当所述阻尼环1的个数为单个时，所述阻尼环1可任意布置在所述第二结构部32的上游方向或下游方向。当所述阻尼环1的个数为多个时，所述阻尼环1可布置在所述第二结构部32的上游方向和/或下游方向。

较佳的，所述阻尼环1为开口阻尼环，所述开口阻尼环的开口两端共同嵌入所述沟槽2内部。或者，所述开口阻尼环的开口两端通过可调螺纹结构连接，形成一个闭口阻尼环的结构，所述可调螺纹结构和所述开口阻尼环的开口两端共同嵌入所述沟槽2内部。其中，所述可调螺纹结构包括螺纹7、第一防松螺母8、双头螺栓9、旋紧螺母10和第二防松螺母11，其中，所述螺纹7设置于所述开口阻尼环的开口两端的内侧；所述双头螺栓9通过所述螺纹7与所述开口阻尼环螺纹连接；所述第一防松螺母8和第二防松螺母11套设于所述双头螺栓9上，且位于所述开口阻尼环的开口两端之间；所述旋紧螺母10位于所述第一防松螺母8和第二防松螺母11之间。

具体实施例：

参见附图1-3，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揭示了本发明压气机叶盘中单一叶片的结构示意图，附图3为本发明单一叶片的结构剖视图。本实施例中，所述单个叶片上安装了三个阻尼环1。示意图中，所述叶片4和轮缘3为一体成型，在所述轮缘3上加工出沟槽2，所述阻尼环1部分嵌入于所述沟槽2内部，且所述沟槽2的数量与所述阻尼环1的数量相一致。在所述轮缘3的第二结构部32的上游和下游分别安装一个和两个阻尼环1，所述阻尼环1和沟槽2的截面为矩形。

如图4所示为本发明阻尼环的实施方案之一开口阻尼环的结构示意图，图中所述阻尼环1为一圆环结构，所述圆环结构开有一个较窄的开口5，在装配时，利用专用卡钳作用于小孔6中，将阻尼环1的尺寸进行压缩，待尺寸大小能够安装进沟槽2后，松开卡钳，使开口阻尼环1自然伸张，利用其自由状态的张力自然展开，并嵌入沟槽2内。如果阻尼环1的开口5仍无法满足在卡钳作用下嵌入沟槽2，则需要结合使用热胀冷缩原理进行装配。当叶盘高速旋转时，产生的离心力使叶盘轮缘内侧沟槽中嵌入的阻尼环1获得适当的正压力，所述叶片4受到气流激振力产生振动，由于轮缘沟槽2和阻尼环1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。

如图5所示为本发明阻尼环的实施方案之一闭口阻尼环的结构示意图，所述闭口阻尼环是在所述开口阻尼环的开口两端处通过旋紧螺母10、双头螺栓9、第一防松螺母8和第二防松螺母11组合连接所闭合形成，所述闭口阻尼环的尺寸及安装后在所述沟槽2中的相对位置可通过所述旋紧螺母10进行调节。具体的，所述闭口阻尼环在开口阻尼环开口处的两端内攻有螺纹7，在螺纹中连接双头螺栓9，所述双头螺栓9与开口端部设有第一防松螺母8和第二防松螺母11，利用旋紧螺母10进行双头螺栓9在开口端螺纹7内旋进旋出，调整阻尼环1的尺寸及压缩量。在安装前，利用旋紧螺母10将阻尼环1的尺寸先进行压缩，待尺寸能够安装进沟槽2后，再根据阻尼环1的尺寸调节旋紧螺母10，使开口阻尼环自然伸张，并嵌入沟槽2内。如果阻尼环的开口仍无法满足在卡钳作用下嵌入沟槽2，则需要结合使用热胀冷缩原理进行装配。当叶盘高速旋转时，产生的离心力使叶盘轮缘内侧沟槽中嵌入的阻尼环1获得适当的正压力，叶片受到气流激振力产生振动，由于轮缘沟槽2和阻尼环1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。其中，所述闭口阻尼环的压缩量具有可调特征。

本发明与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一条窄的沟槽，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。

以上公开的本发明优选实施例只是用于帮助阐述本发明。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本发明。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。

Claims (6)

1.一种压气机叶片，包括轮缘，其特征在于，还包括阻尼环和设置于轮缘上的沟槽，所述阻尼环部分嵌入于所述沟槽内部，从而将所述阻尼环固定于所述轮缘上，所述沟槽和阻尼环的两个侧面之间为过盈配合，所述阻尼环位于所述轮缘内侧，所述沟槽和阻尼环之间发生粘-滑运动；

所述沟槽和阻尼环的顶面沿径向具有一间隙，所述间隙的大小可根据工作温度下所述阻尼环膨胀量的1.1～1.3倍来确定；

所述阻尼环为开口阻尼环，所述开口阻尼环的开口两端共同嵌入所述沟槽内部；或

所述阻尼环为闭口阻尼环，所述闭口阻尼环为在开口阻尼环的开口两端处通过可调螺纹结构连接所闭合形成，所述可调螺纹结构和开口阻尼环的开口两端共同嵌入所述沟槽内部，所述可调螺纹结构包括螺纹、第一防松螺母、双头螺栓、旋紧螺母和第二防松螺母，其中，

所述螺纹设置于开口阻尼环的开口两端的内侧；

所述双头螺栓通过所述螺纹与开口阻尼环螺纹连接；

所述第一防松螺母和第二防松螺母套设于所述双头螺栓上，且位于开口阻尼环的开口两端之间；

所述旋紧螺母位于所述第一防松螺母和第二防松螺母之间；

所述闭口阻尼环的尺寸及安装后在所述沟槽中的相对位置可通过所述旋紧螺母进行调节，所述闭口阻尼环的压缩量具有可调特征。

2.如权利要求1所述的一种压气机叶片，其特征在于，所述沟槽和阻尼环的截面积形状为圆形或矩形。

3.如权利要求1所述的一种压气机叶片，其特征在于，所述间隙的大小的最佳值为工作温度下所述阻尼环膨胀量的1.15倍。

4.如权利要求1所述的一种压气机叶片，其特征在于，所述阻尼环与所述轮缘采用相同的金属材料，所述金属材料为奥氏体钢、铁镍合金和镍基合金任意之一。

5.如权利要求1所述的一种压气机叶片，其特征在于，所述阻尼环的个数为单个或多个。

6.如权利要求5所述的一种压气机叶片，其特征在于，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内侧，所述阻尼环和沟槽均设置于所述第一结构部上，所述阻尼环位于所述第二结构部的上游一侧或下游一侧。