CN106499442A - 用于涡轮叶片的阻尼器销 - Google Patents

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Abstract

一种用于使联接于转子轴(22)的相邻涡轮叶片(28)减振的阻尼器销(100)包括与第二端部部分(104)沿轴向对准并且与其沿轴向间隔的第一端部部分(102)，以及与第一端部部分(102)和第二端部部分(104)同轴地对准并且设置在它们之间的固持销(116)。固持销(116)将第一端部部分(102)联接于第二端部部分(104)。阻尼器销(100)还包括多个环(122)，其与第一端部部分(102)与第二端部部分(104)之间的固持销(116)同轴地对准并且沿其设置。第一端部部分(102)、第二端部部分(104)和多个环(122)限定阻尼器销(100)的大体弓形的外表面(124)，其构造成与限定在相邻涡轮叶片(28)之间的凹槽接触。

Description

用于涡轮叶片的阻尼器销
技术领域
本发明大体上涉及具有多个沿周向对准的涡轮叶片的涡轮机。更具体而言，本发明涉及具有用于提供相邻涡轮叶片之间的振动阻尼的多个环的阻尼器销。
背景技术
也称为涡轮轮叶或涡轮转子叶片的涡轮叶片通过引起涡轮机的转子轴旋转来将来自流动流体如热燃烧气体或蒸汽的能量转换成机械能。在涡轮机过渡穿过各种操作模式时，涡轮叶片经受机械应力和热应力两者。
涡轮叶片大体上包括从平台沿径向向外延伸的翼型件、从平台沿径向向内延伸的柄，以及从柄沿径向向内延伸的燕尾或安装部分。各个涡轮叶片的燕尾部装固在限定于转子轮或盘中的互补槽口内。转子轮联接于转子轴。
在发动机操作期间，振动可引入到涡轮叶片中。例如，热燃烧气体或蒸汽的流的波动可引起它们振动。涡轮机设计者的一个基本设计考虑在于避免或最小化关于涡轮叶片的自然频率的共振，以及由被迫响应和/或空气弹性不稳定性产生的动态应力，因此控制涡轮叶片的高周疲劳。为了改进涡轮叶片的高周疲劳寿命，振动阻尼器典型地设在平台下方和/或其间，以摩擦地消散振动能，并且减小操作期间的振动的对应幅度。由振动阻尼器除去的振动能的量随振动阻尼器的动态重量和反作用负载而变。
尽管已知的阻尼器可在典型操作期间在很大程度上足够，但存在对改进总体阻尼器效力的期望。用以实现振动的阻尼的先前尝试包括圆形阻尼器销、金属片平阻尼器或复杂的楔形阻尼器。通常，这些类型的阻尼器的真实阻尼器性能不是已知的，直到第一次发动机测试。然而，在当时，涡轮叶片中的阻尼器凹穴几何形状由硬工具锁住(lock in)。因此，如果阻尼器并未如预期执行，则可需要潜在地昂贵的工具返工。因此，存在对阻尼销的期望，该阻尼销提供用于共振模式激励避免的自然频率调节工具，并且实现独立模式调节选择，而不需要对现有涡轮叶片的设计的改变。
发明内容
本发明的方面和优点在以下描述中在下面阐述，或者可从描述为明显的，或者可通过本发明的实践学习。
本发明的一个实施例为一种用于使联接于转子轴的相邻涡轮叶片减振的阻尼器销。阻尼器销包括与第二端部部分沿轴向对准并且与其沿轴向间隔的第一端部部分，以及与第一端部部分和第二端部部分同轴地对准并且设置在它们之间的固持销。固持销将第一端部部分联接于第二端部部分。阻尼器销还包括多个环，其与第一端部部分与第二端部部分之间的固持销同轴地对准并且沿其设置。第一端部部分、第二端部部分和多个环限定阻尼器销的大体弓形的外表面，其构造成与限定在相邻涡轮叶片之间的凹槽接触。
本发明的另一个实施例为一种涡轮发动机。涡轮发动机包括在涡轮发动机内沿轴向延伸的转子轴，以及联接于转子轴的相邻的一对涡轮叶片。各个涡轮叶片至少部分地限定凹槽，其沿对应涡轮叶片的斜面(slash face)延伸。涡轮发动机还包括阻尼器销，其设置在相邻涡轮叶片之间的凹槽内。阻尼器销包括与第二端部部分沿轴向对准并且沿轴向间隔的第一端部部分，以及与第一端部部分和第二端部部分同轴地对准并且设置在它们之间的固持销。固持销将第一端部部分联接于第二端部部分。阻尼器销还包括多个环，其与第一端部部分与第二端部部分之间的固持销同轴地对准并且沿其设置。第一端部部分、第二端部部分和多个环限定阻尼器销的大体弓形的外表面，其构造成与限定在相邻涡轮叶片之间的凹槽接触。
技术方案1. 一种用于使联接于转子轴的相邻涡轮叶片减振的阻尼器销，所述阻尼器销包括：
第一端部部分，其与第二端部部分沿轴向对准并且与其沿轴向间隔；
固持销，其与所述第一端部部分和所述第二端部部分同轴地对准并且设置在它们之间，其中所述固持销将所述第一端部部分联接于所述第二端部部分；以及
多个环，其与所述第一端部部分与所述第二端部部分之间的所述固持销同轴地对准并且沿其设置，其中所述第一端部部分、所述第二端部部分和所述多个环限定所述阻尼器销的大体弓形的外表面，其构造成与限定在所述相邻涡轮叶片之间的凹槽接触。
技术方案2. 根据技术方案1所述的阻尼器销，其特征在于，所述多个环包括由不同材料形成的两个或更多个环。
技术方案3. 根据技术方案1所述的阻尼器销，其特征在于，所述多个环中的各个环围绕所述固持销沿周向延伸。
技术方案4. 根据技术方案1所述的阻尼器销，其特征在于，所述多个环包括第一组环和第二组环，所述第一组环中的各个环具有大致等于所述第一端部部分和所述第二端部部分的直径的直径，所述第二组环中的各个环具有小于所述第一端部部分和所述第二端部部分的所述直径的直径。
技术方案5. 根据技术方案1所述的阻尼器销，其特征在于，所述固持销就座在由所述第一端部部分限定的开口内。
技术方案6. 根据技术方案1所述的阻尼器销，其特征在于，所述固持销就座在由所述第二端部部分限定的开口内。
技术方案7. 根据技术方案1所述的阻尼器销，其特征在于，长形外本体的所述第一端部部分或所述第二端部部分中的至少一个为半圆柱形的。
技术方案8. 根据技术方案1所述的阻尼器销，其特征在于，所述阻尼器销还包括施加于所述阻尼器销的所述外表面的至少一部分的低摩擦耐磨涂层。
技术方案9. 一种涡轮发动机，包括：
转子轴，其在所述涡轮发动机内沿轴向延伸；
相邻的一对涡轮叶片，其联接于所述转子轴，各个涡轮叶片至少部分地限定凹槽，所述凹槽沿对应涡轮叶片的斜面延伸；以及
阻尼器销，其设置在所述凹槽内，所述阻尼器销包括：
第一端部部分，其与第二端部部分沿轴向对准并且与其沿轴向间隔；
固持销，其与所述第一端部部分和所述第二端部部分同轴地对准并且设置在它们之间，其中所述固持销将所述第一端部部分联接于所述第二端部部分；以及
多个环，其与所述第一端部部分与所述第二端部部分之间的所述固持销同轴地对准并且沿其设置，其中所述第一端部部分、所述第二端部部分和所述多个环限定所述阻尼器销的大体弓形的外表面，其构造成与限定在所述相邻涡轮叶片之间的凹槽接触。
技术方案10. 根据技术方案9所述的涡轮发动机，其特征在于，所述多个环包括由不同材料形成的两个或更多个环。
技术方案11. 根据技术方案9所述的涡轮发动机，其特征在于，所述多个环中的各个环围绕所述固持销沿周向延伸。
技术方案12. 根据技术方案9所述的涡轮发动机，其特征在于，所述多个环包括第一组环和第二组环，所述第一组环中的各个环具有大致等于所述第一端部部分和所述第二端部部分的直径的直径，所述第二组环中的各个环具有小于所述第一端部部分和所述第二端部部分的所述直径的直径。
技术方案13. 根据技术方案9所述的涡轮发动机，其特征在于，所述固持销就座在由所述第一端部部分限定的开口内。
技术方案14. 根据技术方案9所述的涡轮发动机，其特征在于，所述固持销就座在由所述第二端部部分限定的开口内。
技术方案15. 根据技术方案9所述的涡轮发动机，其特征在于，长形外本体的所述第一端部部分或所述第二端部部分中的至少一个为半圆柱形的。
技术方案16. 根据技术方案9所述的涡轮发动机，其特征在于，所述涡轮发动机还包括施加于所述阻尼器销的所述外表面的至少一部分的低摩擦耐磨涂层。
技术方案17. 根据技术方案16所述的涡轮发动机，其特征在于，所述低摩擦耐磨涂层施加于所述第一端部部分和所述第二端部部分。
技术方案18. 根据技术方案16所述的涡轮发动机，其特征在于，所述低摩擦耐磨涂层施加于所述环中的一个或更多个。
技术方案19. 根据技术方案9所述的涡轮发动机，其特征在于，所述涡轮发动机为燃气涡轮发动机。
本领域技术人员将在审阅说明书时更好地认识到此类实施例及其它实施例的特征和方面。
附图说明
包括针对本领域技术人员的其最佳模式的本发明的完整且开放的公开在说明书的其余部分中(包括参照附图)更具体地阐述，在该附图中：
图1示出了如可并入本发明的至少一个实施例的示例性燃气涡轮的功能图；
图2为根据本发明的至少一个实施例的示例性涡轮叶片的透视图；
图3为根据本发明的至少一个实施例的设置在沿周向相邻的涡轮叶片之间的阻尼器销的示意图；
图4为根据本发明的一个实施例的示例性阻尼器销的侧视图；
图5为根据本发明的一个实施例的如图4中所示的示例性阻尼器销的局部截面侧视图；以及
图6为根据本发明的一个实施例的如图4中所示的示例性阻尼器销的局部截面侧视图。
部件列表
10 燃气涡轮
12 入口区段
14 压缩机区段
16 燃烧区段
18 涡轮区段
20 排气区段
22 轴
24 转子轴
26 转子盘
28 转子叶片
30 外壳
32 热气体路径
34 热气体
36 翼型件
38 基部/平台
40 前缘
42 后缘
44 压力侧
46 吸入侧
48 斜面
50 斜面
52 根部分
54 柄
56 根结构
58 阻尼器销
60 凹槽/槽口
100 阻尼器销
102 第一端部部分
104 第二端部部分
106 轴向中心线
108 肩部
110 肩部
112 平支承表面
114 平支承表面
116 固持销
118(a) 端部部分
118(b) 端部部分
120(a) 开口
120(b) 开口
122 环
122(a) 环
122(b) 环
124 外表面
126 第一组环
128 第二组环。
具体实施方式
现在将详细参照本发明的本实施例，其一个或更多个实例在附图中示出。详细描述使用了数字和字母标记来表示附图中的特征。附图和描述中相似或类似的标记用于表示本发明的相似或类似的部分。如本文中使用的，用语"第一"、"第二"和"第三"可以可互换地使用，以将一个构件与另一个区分开，并且不意图表示独立构件的位置或重要性。
用语"上游"和"下游"是指相对于流体通路中的流体流的相对方向。例如，"上游"是指流体流自的方向，并且"下游"是指流体流至的方向。用语"径向地"是指大致垂直于特定构件的轴向中心线的相对方向，并且用语"轴向地"是指大致平行于和/或同轴地对准于特定构件的轴向中心线的相对方向。
各个实例经由阐释本发明提供，而不限制本发明。实际上，对本领域技术人员而言将显而易见的是，可在本发明中作出改型和变型，而不脱离其范围或精神。例如，示为或描述为一个实施例的部分的特征可用于另一个实施例上以产生又一个实施例。因此，意图是，本发明覆盖如归入所附权利要求和它们的等同物的范围内的此类改型和变型。尽管在本文中示出和描述了工业或陆基燃气涡轮，但如所示和本文中所述的本发明不限于陆基和/或工业燃气涡轮，除非在权利要求中另外指出。例如，如本文中所述的本发明可用于任何类型的涡轮机(包括但不限于蒸汽涡轮、飞行器燃气涡轮或船舶燃气涡轮)中。
现在参照附图，图1示出了燃气涡轮10的一个实施例的示意图。燃气涡轮10大体上包括入口区段12、设置在入口区段12下游的压缩机区段14、设置在压缩机区段14下游的燃烧器区段16内的多个燃烧器(未示出)、设置在燃烧器区段16下游的涡轮区段18，以及设置在涡轮区段18下游的排气区段20。此外，燃气涡轮10可包括联接在压缩机区段14与涡轮区段18之间的一个或更多个轴22。
涡轮区段18可大体上包括转子轴24，其具有多个转子盘26(示出了其中一个)，以及从转子盘26沿径向向外延伸且互连于其的多个转子叶片28。各个转子盘26继而可联接于延伸穿过涡轮区段18的转子轴24的一部分。涡轮区段18还包括外壳30，其沿周向包绕转子轴24和转子叶片28，由此至少部分地限定穿过涡轮区段18的热气体路径32。
在操作期间，工作流体如空气流过入口区段12并且到压缩机区段14中，其中空气被逐渐地压缩，因此将加压空气提供至燃烧区段16的燃烧器。加压空气与燃料混合，并且在各个燃烧器内焚烧，以产生燃烧气体34。燃烧气体34从燃烧器区段16流过热气体路径32到涡轮区段18中，其中能量(动能和/或热能)从燃烧气体34传递至转子叶片28，因此引起转子轴24旋转。机械旋转能接着可用于对压缩机区段14供能并且/或者生成电。离开涡轮区段18的燃烧气体34接着可从燃气涡轮10经由排气区段20排出。
图2示出了包括翼型件36、平台38、柄40和燕尾或安装部分42的常规涡轮叶片或轮叶28。图3提供了一对沿周向相邻的涡轮叶片28(a),28(b)的下游视图。如图2中所示，燕尾部42用于将涡轮叶片28装固于转子盘26(图1)的外周，如本领域中公知的。平台38限定用于流过涡轮区段18(图1)的热气体路径32的燃烧气体34的向内流动边界。在本发明的各种实施例中，阻尼器销44沿涡轮叶片平台38附近(即，其径向内侧)的一个轴向边缘(或斜面)46定位。将认识到的是，类似的阻尼器销44位于转子盘26(图1)上的相邻的各对涡轮叶片28(a),28(b)(图3)之间，如从图3显而易见的。在特定实施例中，如图2中所示，阻尼器销44位于沿涡轮叶片28的整个斜面46延伸的长形凹槽48(图1)中。
阻尼器销44用作振动阻尼器。当安装时，如图3中所示，阻尼器销44定位在相邻的涡轮叶片28(a),28(b)之间。在操作中，阻尼器销44摩擦地消散振动能，并且减小对应的振动幅度。由阻尼器销44除去的振动能的量随若干因素而变，其包括但不限于阻尼器销44的动态重量、阻尼器销44的几何形状和相邻涡轮叶片28(a),28(b)之间的反作用负载。
图4提供了根据本发明的一个实施例的示例性阻尼器销100的侧视图。图5提供了如图4中所示的阻尼器销100的局部截面侧视图。图6提供了根据本发明的一个实施例的阻尼器销100的局部截面侧视图。将理解的是，图4中所示的阻尼器销100可替代如图2和3中所示的阻尼器销44。
在一个实施例中，如图4,5和6中共同所示，阻尼器销100包括相对于阻尼器销100的轴向中心线106与第二端部部分104沿轴向间隔的第一端部部分102。在特定实施例中，第一端部部分102和第二端部部分104可相对于中心线106同轴地对准。
在特定实施例中，如图4-6中所示，阻尼器销100的第一端部部分102和/或第二端部部分104可为大致半圆柱形的。如图4中所示，第一端部部分102和/或第二端部部分104可分别包括肩部108,110。该构造产生平支承表面112,114，其适于在形成于涡轮叶片斜面46中的凹槽48的相对端部处依靠在加工的涡轮叶片平台表面或肩部上，由此向阻尼器销100提供支承，同时在机器操作期间防止不合乎需要的过度旋转。
如图5和6中所示，阻尼器销100还包括固持销116。固持销116将第一端部部分102联接于第二端部部分104。固持销116可与第一端部部分102和第二端部部分104同轴对准并且设置在它们之间。在特定实施例中，如图5中所示，固持销108的一个或两个端部部分118(a),118(b)可就座在分别由第一端部部分102和第二端部部分104限定的开口120(a),120(b)内。例如，在一个实施例中，端部118(a)就座在开口120(a)内，而另一端部118(b)固定地连接于第二端部部分104。在另一个实施例中，端部118(b)就座在开口120(b)内，而另一端部118(a)固定地连接于第一端部部分102。在这些构造中的任一个中，固持销108可与第一或第二端部部分102,104分开。在备选方案中，如图6中所示，固持销108的两个端部118(a),118(b)可固定地连接于第一端部部分102和第二端部部分104。
在各种实施例中，如图4-6中共同所示，阻尼器销100包括多个环122，其至少部分地沿周向包绕固持销108。环122可与第一端部部分102与第二端部部分104之间的固持销108同轴地对准并且沿其设置。第一端部部分102、第二端部部分104和多个环122限定阻尼器销100的大体弓形的外表面124。外表面124的至少一部分构造(形状和/或尺寸确定)成与限定在相邻涡轮叶片28(a),28(b)之间的凹槽48的内表面接触。在一个实施例中，顶部部分124的至少一部分可涂覆有低摩擦耐磨涂层。环122的形状、尺寸和材料可基于分析结果或通过测试结果选择。环122提供沿特定方向调节刚性同时沿备选方向保持刚性的能力。
在一个实施例中，如图4中所示，多个环122可包括由不同材料形成的两个或更多个环122(a)和122(b)。例如，环122(a)可由金属材料形成，而122(b)可由金属材料或复合材料或具有与环122(a)不同的阻尼或机械性质的其它材料形成。环122(a)和122(b)可放置成沿轴向相邻，或者可沿固持销108与彼此沿轴向间隔。
在一个实施例中，如图6中所示，多个环122可包括第一组环126和第二组环128。第一组环126中的各个环126具有大致等于第一端部部分102和第二端部部分104的直径的直径。第二组环128中的各个环128具有小于第一端部部分102和第二端部部分104和/或第一组环126中的环126的直径的直径。
图4-6中所示和本文中所述的阻尼器销100提供了优于现有阻尼器销的各种技术益处。例如，环提供自然频率调节工具用于避免涡轮叶片的共振模式激励，并且可实现独立模式调节选择，而不需要对涡轮叶片自身的修改。
该书面的描述使用实例以公开本发明(包括最佳模式)，并且还使本领域技术人员能够实践本发明(包括制造和使用任何装置或系统并且执行任何并入的方法)。本发明的可专利范围由权利要求限定，并且可包括本领域技术人员想到的其它实例。如果这些其它实例包括不与权利要求的字面语言不同的结构元件，或者如果这些其它实例包括与权利要求的字面语言无显著差别的等同结构元件，则这些其它实例意图在权利要求的范围内。

Claims (10)

1.一种用于使联接于转子轴(22)的相邻涡轮叶片(28)减振的阻尼器销(100)，所述阻尼器销(100)包括：
第一端部部分(102)，其与第二端部部分(104)沿轴向对准并且与其沿轴向间隔；
固持销(116)，其与所述第一端部部分(102)和所述第二端部部分(104)同轴地对准并且设置在它们之间，其中所述固持销(116)将所述第一端部部分(102)联接于所述第二端部部分(104)；以及
多个环(122)，其与所述第一端部部分(102)与所述第二端部部分(104)之间的所述固持销(116)同轴地对准并且沿其设置，其中所述第一端部部分(102)、所述第二端部部分(104)和所述多个环(122)限定所述阻尼器销(100)的大体弓形的外表面(124)，其构造成与限定在所述相邻涡轮叶片(28)之间的凹槽接触。
2.根据权利要求1所述的阻尼器销(100)，其特征在于，所述多个环(122)包括由不同材料形成的两个或更多个环(122)。
3.根据权利要求1所述的阻尼器销(100)，其特征在于，所述多个环(122)中的各个环(122)围绕所述固持销(116)沿周向延伸。
4.根据权利要求1所述的阻尼器销(100)，其特征在于，所述多个环(122)包括第一组环(122a)和第二组环(122b)，所述第一组环(122a)中的各个环(122)具有大致等于所述第一端部部分和所述第二端部部分(104)的直径的直径，所述第二组环(122b)中的各个环(122)具有小于所述第一端部部分和所述第二端部部分(104)的所述直径的直径。
5.根据权利要求1所述的阻尼器销(100)，其特征在于，所述固持销(116)就座在由所述第一端部部分(102)限定的开口内。
6.根据权利要求1所述的阻尼器销(100)，其特征在于，所述固持销(116)就座在由所述第二端部部分(104)限定的开口内。
7.根据权利要求1所述的阻尼器销(100)，其特征在于，长形外本体的所述第一端部部分(102)或所述第二端部部分(104)中的至少一个为半圆柱形的。
8.根据权利要求1所述的阻尼器销(100)，其特征在于，所述阻尼器销还包括施加于所述阻尼器销(100)的所述外表面(124)的至少一部分的低摩擦耐磨涂层。
9.一种涡轮发动机(10)，包括：
转子轴(22)，其在所述涡轮发动机(10)内沿轴向延伸；
相邻的一对涡轮叶片(28)，其联接于所述转子轴(22)，各个涡轮叶片(28)至少部分地限定凹槽，所述凹槽沿对应涡轮叶片(28)的斜面延伸；以及
阻尼器销(100)，其设置在所述凹槽内，所述阻尼器销(100)包括：
第一端部部分(102)，其与第二端部部分(104)沿轴向对准并且与其沿轴向间隔；
固持销(116)，其与所述第一端部部分(102)和所述第二端部部分(104)同轴地对准并且设置在它们之间，其中所述固持销(116)将所述第一端部部分(102)联接于所述第二端部部分(104)；以及
多个环(122)，其与所述第一端部部分(102)与所述第二端部部分(104)之间的所述固持销(116)同轴地对准并且沿其设置，其中所述第一端部部分(102)、所述第二端部部分(104)和所述多个环(122)限定所述阻尼器销(100)的大体弓形的外表面(124)，其构造成与限定在所述相邻涡轮叶片(28)之间的凹槽接触。
10.根据权利要求9所述的涡轮发动机(10)，其特征在于，所述多个环(122)包括由不同材料形成的两个或更多个环(122)。
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