CN110159366A - 用于轴向振动模式的摩擦轴阻尼器 - Google Patents

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Abstract

摩擦轴阻尼器包括弹性凸出部，其以弹簧力压靠转子的部分(如驱动轴)的内表面。中心主体可由凸出部定位在驱动轴的表面内，凸出部从中心主体向外延伸，且可滑动地接合驱动轴的内表面。轴的扩大区段或室可包绕且沿轴向收容阻尼器。沿轴向间隔开的成组的弹性指状部可将主体定位在轴内，且指状部的径向内端可固定至主体，且指状部的径向外端可沿轴的内表面定位且自由滑动。两个沿轴向间隔开的环形偏转限制器可围绕主体放置，其中在偏转限制器与轴的内表面之间存在小间隙C。阻尼器可为多叶形波状弹簧，其具有通过支柱附接至主体的多叶形边沿。阻尼器可为具有峰部的多叶形波状弹簧。

Description

用于轴向振动模式的摩擦轴阻尼器
技术领域
本发明大体上涉及经历轴向振动模式的旋转机器的轴的阻尼。
背景技术
燃气涡轮发动机和其它类型的涡轮机通常用于驱动负载(如发电机)。将涡轮连接至此燃气涡轮发动机的压缩机的轴可经历轴向振动。发动机的旋转部分中的常规摩擦阻尼器可能由于高转子速度(产生过大的离心力而允许阻尼器滑移)而不工作。期望提供摩擦阻尼器来阻尼燃气涡轮发动机的轴向振动。期望提供摩擦阻尼器来阻尼燃气涡轮发动机和用于驱动负载(如发电机)的其它类型的涡轮机的燃气涡轮发动机轴向振动。
发明内容
摩擦轴阻尼器组件包括摩擦轴阻尼器，其具有弹性凸出部，该弹性凸出部以弹簧力压靠转子的部分的内表面。
摩擦轴阻尼器组件还可包括作为驱动轴的转子以及摩擦轴阻尼器，该摩擦轴阻尼器包括通过从中心主体向外延伸且附接或连接至中心主体的弹性凸出部定位在驱动轴内的中心主体。弹性凸出部可滑动地接合驱动轴的内表面。驱动轴的扩大区段或室可包绕且沿轴向收容(trap)摩擦轴阻尼器。
中心主体可由至少两组沿轴向间隔开的弹性指状部定位在驱动轴内。指状部的径向内端可固定且附接至中心主体，且指状部的径向外端可沿驱动轴的内表面定位且自由地沿轴向滑动。指状部可具有螺旋形状或对数螺旋形状。
摩擦轴阻尼器组件可包括围绕中心主体的至少两个沿轴向间隔开的环形偏转限制器，以及在偏转限制器与驱动轴的内表面之间的小间隙C。环形偏转限制器中的各个可包括从约束中心主体的环形毂沿径向向外延伸的径向轮辐，并且径向轮辐沿径向向外延伸至环形边沿。
摩擦轴阻尼器还可包括多叶形波状弹簧，其具有通过支柱附接或连接至中心主体的多叶形边沿、附接至中心主体的支柱的径向内端，以及附接至多叶形边沿的支柱的径向外端。多叶形边沿可具有波形形状，且多叶形边沿可包括叶、径向内谷部(trough)和径向外峰部(crest)。径向外峰部可相对于驱动轴的内表面定位且沿驱动轴的内表面自由滑动。支柱的径向外端可附接至径向内谷部。
摩擦轴阻尼器可设置在将涡轮区段驱动地连接至燃气涡轮发动机的压缩机区段的驱动轴内。发电机也可由驱动轴驱动地连接至涡轮区段，且摩擦轴阻尼器可定位在驱动轴的扩大区段或室中和发电机中。
摩擦轴阻尼器的备选实施例包括多叶形波状弹性，其具有波状形状、叶、径向内谷部和径向外峰部。峰部是弹性凸出部，且相对于内表面定位且沿内表面自由滑动。多叶形波状弹簧可至少部分地位于发动机转子的部分内。转子的部分可包括具有相对于非旋转密封台(land)密封的刀刃式密封件的旋转迷宫式密封件，且多叶形波状弹簧可在旋转密封件内。
技术方案1. 一种摩擦轴阻尼器组件包括摩擦轴阻尼器，其包括以弹簧力压靠转子的部分的内表面的弹性凸出部。
技术方案2. 根据技术方案1所述的摩擦轴阻尼器组件，其特征在于，所述摩擦轴阻尼器组件还包括：
所述转子，其包括驱动轴，
所述摩擦轴阻尼器，其包括由所述弹性凸出部定位在所述驱动轴内的中心主体，所述弹性凸出部从所述中心主体向外延伸且附接或连接至所述中心主体，以及
所述弹性凸出部可滑动地接合所述驱动轴的内表面。
技术方案3. 根据技术方案2所述的摩擦轴阻尼器组件，其特征在于，所述摩擦轴阻尼器组件还包括包绕且沿轴向收容所述摩擦轴阻尼器的所述驱动轴的扩大区段或室。
技术方案4. 根据技术方案2所述的摩擦轴阻尼器组件，其特征在于，所述摩擦轴阻尼器组件还包括弹性凸出部，其包括将所述中心主体定位在所述驱动轴内的至少两组沿轴向间隔开的弹性指状部。
技术方案5. 根据技术方案4所述的摩擦轴阻尼器组件，其特征在于，所述摩擦轴阻尼器组件还包括固定且附接至所述中心主体的所述指状部的径向内端，以及沿所述驱动轴的内表面定位且自由地沿轴向滑动的所述指状部的径向外端。
技术方案6. 根据技术方案5所述的摩擦轴阻尼器组件，其特征在于，所述摩擦轴阻尼器组件还包括具有螺旋形形状或对数螺旋形形状的指状部。
技术方案7. 根据技术方案5所述的摩擦轴阻尼器组件，其特征在于，所述摩擦轴阻尼器组件还包括围绕所述中心主体的至少两个沿轴向间隔开的环形偏转限制器，以及在所述偏转限制器与所述驱动轴的所述内表面之间的小间隙C。
技术方案8. 根据技术方案7所述的摩擦轴阻尼器组件，其特征在于，所述摩擦轴阻尼器组件还包括所述环形偏转限制器中的各个，其包括从约束所述中心主体的环形毂沿径向向外延伸的径向轮辐，并且所述径向轮辐沿径向向外延伸至环形边沿。
技术方案9. 根据技术方案7所述的摩擦轴阻尼器组件，其特征在于，所述摩擦轴阻尼器组件还包括包绕且沿轴向收容所述摩擦轴阻尼器的所述驱动轴的扩大区段或室。
技术方案10. 根据技术方案2所述的摩擦轴阻尼器组件，其特征在于，所述摩擦轴阻尼器组件还包括：
所述摩擦轴阻尼器，其包括多叶形波状弹簧，所述多叶形波状弹簧具有通过支柱附接或连接至所述中心主体的多叶形边沿，
附接至所述中心主体的所述支柱的径向内端，以及
附接至所述多叶形边沿的所述支柱的径向外端。
技术方案11. 根据技术方案10所述的摩擦轴阻尼器组件，其特征在于，所述摩擦轴阻尼器组件还包括：
具有波状形状的所述多叶形边沿，
包括叶、径向内谷部和径向外峰部的所述多叶形边沿，以及
相对于所述驱动轴的所述内表面定位且沿所述驱动轴的所述内表面自由滑动的所述径向外峰部。
技术方案12. 根据技术方案11所述的摩擦轴阻尼器组件，其特征在于，所述摩擦轴阻尼器组件还包括附接至所述径向内谷部的所述支柱的所述径向外端。
技术方案13. 根据技术方案12所述的摩擦轴阻尼器组件，其特征在于，所述摩擦轴阻尼器组件还包括包绕且沿轴向收容所述摩擦轴阻尼器的所述驱动轴的扩大区段或室。
技术方案14. 根据技术方案1所述的摩擦轴阻尼器组件，其特征在于，所述摩擦轴阻尼器组件还包括：
所述摩擦轴阻尼器，其包括多叶形波状弹簧，
具有波状形状的所述多叶形波状弹簧，
包括叶、径向内谷部和径向外峰部的所述多叶形波状弹簧，以及
所述峰部，其为所述弹性凸出部，且相对于所述内表面定位且沿所述内表面自由滑动。
技术方案15. 一种燃气涡轮发动机，包括：
成下游串流关系且约束成围绕纵向中心线或轴线的压缩机区段、燃烧器区段和涡轮区段；
约束成围绕所述纵向中心线或轴线的转子；以及
摩擦轴阻尼器，其包括弹性凸出部，所述弹性凸出部以弹簧力压靠所述转子的部分的内表面。
技术方案16. 根据技术方案15所述的燃气涡轮发动机，其特征在于，所述燃气涡轮发动机还包括：
所述转子，其包括驱动轴，
所述摩擦轴阻尼器，其包括由所述弹性凸出部定位在所述驱动轴内的中心主体，所述弹性凸出部从所述中心主体向外延伸且附接或连接至所述中心主体，以及
可滑动地接合所述驱动轴的内表面的所述弹性凸出部。
技术方案17. 根据技术方案16所述的发动机，其特征在于，所述发动机还包括所述摩擦轴阻尼器，所述摩擦轴阻尼器包括由弹性凸出部定位在所述驱动轴内的中心主体，所述弹性凸出部从所述中心主体向外延伸且附接或连接至所述中心主体，且可滑动地接合所述驱动轴的内表面。
技术方案18. 根据技术方案17所述的发动机，其特征在于，所述发动机还包括包绕且沿轴向收容所述摩擦轴阻尼器的所述驱动轴的扩大区段或室。
技术方案19. 根据技术方案18所述的发动机，其特征在于，所述发动机还包括：
由至少两组沿轴向间隔开的弹簧指状部定位在所述驱动轴内的所述中心主体，
固定且附接至所述中心主体的所述指状部的径向内端，以及
沿所述驱动轴的内表面定位且自由地沿轴向滑动的所述指状部的径向外端。
技术方案20. 根据技术方案18所述的发动机，其特征在于，所述发动机还包括：
围绕所述中心主体的至少两个沿轴向间隔开的环形偏转限制器，以及在所述偏转限制器与所述驱动轴的所述内表面之间的小间隙C，
所述环形偏转限制器中的各个，其包括从约束所述中心主体的环形毂沿径向向外延伸的径向轮辐，以及
沿径向向外延伸至环形边沿的所述径向轮辐。
技术方案21. 根据技术方案17所述的发动机，其特征在于，所述发动机还包括：
所述摩擦轴阻尼器，其包括多叶形波状弹簧，所述多叶形波状弹簧具有通过支柱附接或连接至所述中心主体的多叶形边沿，
附接至所述中心主体的所述支柱的径向内端，以及
附接至所述多叶形边沿的所述支柱的径向外端。
技术方案22. 根据技术方案20所述的发动机，其特征在于，所述发动机还包括：
具有波状形状的所述多叶形边沿，
包括叶、径向内谷部和径向外峰部的所述多叶形边沿，以及
所述径向外峰部，其相对于所述驱动轴的所述内表面定位且沿所述驱动轴的所述内表面自由滑动。
技术方案23. 根据技术方案22所述的发动机，其特征在于，所述发动机还包括附接至所述径向内谷部的所述支柱的所述径向外端。
技术方案24. 根据技术方案18所述的发动机，其特征在于，所述发动机还包括驱动地连接至所述驱动轴的发电机，以及位于所述发电机中的所述摩擦轴阻尼器的所述扩大区段或室。
技术方案25. 根据技术方案15所述的发动机，其特征在于，所述发动机还包括：
所述摩擦轴阻尼器，其包括多叶形波状弹簧，
具有波状形状的所述多叶形波状弹簧，
包括叶、径向内谷部和径向外峰部的所述多叶形波状弹簧，以及
所述峰部，其为弹性凸出部，且相对于所述内表面定位且沿所述内表面自由滑动。
技术方案26. 根据技术方案25所述的发动机，其特征在于，所述发动机还包括至少部分地位于所述转子的部分内的所述多叶形波状弹簧。
技术方案27. 根据技术方案26所述的发动机，其特征在于，所述发动机还包括所述转子的所述部分，其包括旋转迷宫式密封件，所述密封件具有相对于非旋转密封台密封的刀刃式密封件。
附图说明
根据优选且示例性的实施例的本发明在结合附图呈现的以下详细描述中被更具体地描述，在附图中：
图1为具有用于轴向振动模式的摩擦轴阻尼器的示例性实施例的燃气涡轮发动机的示意性横截面视图图示。
图1A为具有在发动机轴1中的图1中示出的摩擦轴阻尼器的示例性实施例的燃气涡轮发动机的示意性横截面视图图示。
图2为图1中示出的摩擦轴阻尼器的放大的示意性横截面视图。
图3为图1中示出的摩擦轴阻尼器的放大的示意性透视图图示。
图4为图1中示出的第二示例性摩擦轴阻尼器的放大的示意性透视图。
图5为图1中示出的第三示例性摩擦轴阻尼器的放大的示意性透视图。
图6为图1中示出的摩擦轴阻尼器的弹簧臂或指状部的第一形状的示意性横截面视图。
图7为图1中示出的摩擦轴阻尼器的弹簧臂或指状部的第二形状的示意性横截面视图。
图8为图1中示出的摩擦轴阻尼器的弹簧臂或指状部的第三形状的示意性横截面视图。
图9为具有用于轴向振动模式的摩擦轴阻尼器的示例性实施例的第二示例性燃气涡轮发动机的示意性横截面视图图示。
图10为具有用于轴向振动模式的摩擦轴阻尼器的示例性实施例的涡轮螺旋桨燃气涡轮发动机的示意性横截面视图图示。
图11为具有沿转子的内表面自由滑动的多叶形波状弹簧的摩擦轴阻尼器的备选实施例的示意性横截面视图。
图12为图11中示出的波状弹簧的三叶式实施例的示意性透视图。
图13为图11中示出的波状弹簧的四叶式实施例的示意性透视图。
部件列表
10. 燃气涡轮发动机/涡轮螺旋桨发动机/涡扇/涡轮喷气机
12. 中心线或轴线
14. 摩擦轴阻尼器组件
16. 核心发动机
18. 压缩机区段
20. 燃烧器区段
22. 涡轮区段
23. 摩擦轴阻尼器
24. 内表面
26. 中心主体
28. 组
30. 指状部
31. 风扇或螺旋桨组件
34. 内端
36. 外端
37. 螺旋桨叶片
38. 外轴
39. 内轴
40. 前偏转限制器
42. 后偏转限制器
44. 高压涡轮
46. 高压压缩机
48. 低压涡轮
50. 低压压缩机
52 径向轮辐
54 环形毂
55. 燃烧区段
56. 环形边沿
58. 区段或室
60. 多叶形波状弹簧
62. 多叶形边沿
64. 支柱
66. 叶
68. 谷部
70. 峰部
72. 弹性凸出部
75. 涡轮区段
90. 螺旋桨
92. 变速箱
96. 转子
100. 密封件
102. 刀刃式密封件
104. 密封台
110. 套筒
120. 发电机
140. 驱动轴
C 小间隙。
具体实施方式
图1中示意性示出了示例性燃气涡轮发动机10，其约束成围绕纵向中心线或轴线12，且包括成下游串流关系的：压缩机区段18、燃烧器区段20和涡轮区段22。驱动轴140将涡轮区段22驱动地连接至压缩机区段18。发动机10可构造为辅助动力单元(APU)，其包括由驱动轴140驱动的发电机120。图1-3中示出的摩擦轴阻尼器组件14被提供以阻尼轴140中的轴向振动。摩擦轴阻尼器组件14包括位于驱动轴140内且以弹簧力压靠驱动轴140的内表面24的摩擦轴阻尼器23。阻尼器23通过响应于轴中的轴向振动而滑动很少量同时以弹簧力压靠驱动轴140的内表面24从而导致能量的消散来起作用。这用于阻尼振动。
阻尼器23包括中心主体26，其由两组28指状部30定位在驱动轴140内。中心主体26在本文中在形状方面被示为圆柱形，但可具有另一形状，如环形。各个组28具有围绕中心主体26等距间隔开的多个指状部30，如，本文中示出的三个指状部30。指状部30在指状部30的径向内端34处固定和附接至中心主体26。指状部30的径向外端36沿驱动轴140的内表面24定位且自由地沿轴向滑动。如图3中示出的，指状部30的示例性实施例在形状方面为螺旋形的，且为弹性的。螺旋可为对数螺旋。指状部30可为弹性的，以在组装时提供相对于内表面24的初始径向预载，以及在操作期间由于离心力引起的低水平附加径向负载。弹性限定为能够在伸展、挤压或扭转之后恢复到原始尺寸和形状。弹性指状部30可由弹性金属(如薄弹性钢)制成。图6-8示意性地示出第一示例性形状、第二示例性形状和第三示例性形状，其可用于在图1-3中示出的摩擦轴阻尼器23的弹簧臂或指状部30。
阻尼器23还可包括至少两个沿轴向间隔开的环形偏转限制器40，其在图1-3中被示出为环形前偏转限制器40和环形后偏转限制器42。环形偏转限制器与驱动轴140的内表面24之间的小间隙C用以防止由于不平衡引起的过大偏转。偏转限制器可包括从约束中心主体26的环形毂54沿径向向外延伸至环形边沿56的径向轮辐52。驱动轴140的扩大区段或室58可包绕且沿轴向收容阻尼器23。
图4-5中示出了阻尼器23的备选实施例。对数螺旋由多叶形波状弹簧60替换，弹簧60提供相对于驱动轴140的内表面24的预载(图1-2中示出的)。多叶形波状弹簧60包括通过支柱64附接或连接至中心主体26的多叶形边沿62。支柱64的径向内端34附接至中心主体26，且支柱64的径向外端36附接至多叶形边沿62。多叶形边沿62具有波形形状，且包括叶66和沿径向内谷部68和径向外峰部70。
三叶式多叶形边沿62在图4中被示出，且四叶式多叶形边沿62在图5中被示出。径向外峰部70沿驱动轴140的内表面24定位且自由滑动。支柱64的径向内端34附接至中心主体26。如图4和图5中示出的，支柱64的径向外端36可附接至径向内谷部68。叶的尺寸和数量可调节以控制一定速度下(at speed)的径向负载。多叶形波状弹簧60提供指状部30和环形偏转限制器40两者的功能性。指状部30和径向外峰部70是弹性凸出部72，其从中心主体26向外延伸且附接或连接至中心主体26，且可滑动地接合驱动轴140的内表面24。
图10中示意性示出了示例性涡轮螺旋桨发动机10，其约束成围绕纵向中心线或轴线12，且包括成下游串流关系的：压缩机区段18、燃烧器区段20和涡轮区段22。
外轴38将高压涡轮44驱动地连接至高压压缩机46。内轴39经由变速箱92将低压涡轮48驱动地连接至低压压缩机50和螺旋桨90。包括螺旋桨90的螺旋桨叶片37的螺旋桨组件31然后生成推力、输出马力、升力或其它力以移动周围设备或将能量提供至周围设备(例如，固定翼或旋翼飞行器、辅助动力单元、船舶或工业动力单元等)。
发动机10可构造为如图1中示出的涡扇或涡轮喷气机。图9中示意性示出了发动机10，其构造为辅助动力单元(APU)、空气涡轮起动机、陆基或海基发电单元，或用于陆地、海洋或空中设备的燃气涡轮发动机，包括陆地和海洋交通工具、导弹推进以及旋翼或固定翼飞行器。
涡轮区段75中的涡轮转子经由驱动轴140联接至压缩机区段18中的一个或多个压缩机，以及风扇或推进器组件31。发动机10包括发电机120，其由下者驱动：成下游串流的压缩机区段18、燃烧区段55和涡轮区段75。压缩机区段18、燃烧区段55和涡轮区段75一起限定核心发动机16。发电机120提供能量来最初驱动压缩机区段18和涡轮区段75以将空气给送至燃烧区段55用于起动/点燃。发电机120可将能量提供至一个或多个辅助系统，包括计算机装置或控制器、泵、液压致动器或气动致动器、环境控制系统、热管理系统，或发动机10和周围设备(例如，飞行器)的照明系统。上文公开的阻尼器23可设置在驱动轴140的放大区段或室58中。例如，阻尼器23可如图1中示出的那样定位在发电机120中，或如图1A中示出的那样在发电机120与压缩机区段18之间。
图11中示出的阻尼器23的另一个备选实施例是多叶形波状弹簧60，其相对于本文列举为旋转迷宫式密封件100的转子96的部分的内表面24提供预载，该密封件100具有相对于密封台104密封的刀刃式密封件102。多叶形波状弹簧60至少部分地位于发动机转子96的部分内。多叶形波状弹簧60在本文中被示为沿径向至少部分地位于旋转密封件100内。多叶形波状弹簧60具有波形形状，且包括叶66和径向内谷部68和径向外峰部70。在图12中示出三叶式波状弹黄60，且在图13中示出四叶式波状弹簧60。径向外峰部70沿旋转密封件100的内表面24定位且自由滑动。径向外峰部70是弹性凸出部72，其可滑动地接合旋转密封件100的内表面24。
尽管本文描述了被认作是本发明的优选和示例性实施例的内容，但根据本文中的教导，本发明的其它改型对本领域技术人员将为显而易见的，且因此期望在所附权利要求中保护归入本发明的真实精神和范围内的所有此类改型。
因此，期望由美国专利证书保护的是如以下权利要求限定和辨别的本发明。

Claims (10)

1.一种摩擦轴阻尼器组件包括摩擦轴阻尼器，其包括以弹簧力压靠转子的部分的内表面的弹性凸出部。
2.根据权利要求1所述的摩擦轴阻尼器组件，其特征在于，所述摩擦轴阻尼器组件还包括：
所述转子，其包括驱动轴，
所述摩擦轴阻尼器，其包括由所述弹性凸出部定位在所述驱动轴内的中心主体，所述弹性凸出部从所述中心主体向外延伸且附接或连接至所述中心主体，以及
所述弹性凸出部可滑动地接合所述驱动轴的内表面。
3.根据权利要求2所述的摩擦轴阻尼器组件，其特征在于，所述摩擦轴阻尼器组件还包括包绕且沿轴向收容所述摩擦轴阻尼器的所述驱动轴的扩大区段或室。
4.根据权利要求2所述的摩擦轴阻尼器组件，其特征在于，所述摩擦轴阻尼器组件还包括弹性凸出部，其包括将所述中心主体定位在所述驱动轴内的至少两组沿轴向间隔开的弹性指状部。
5.根据权利要求4所述的摩擦轴阻尼器组件，其特征在于，所述摩擦轴阻尼器组件还包括固定且附接至所述中心主体的所述指状部的径向内端，以及沿所述驱动轴的内表面定位且自由地沿轴向滑动的所述指状部的径向外端。
6.根据权利要求5所述的摩擦轴阻尼器组件，其特征在于，所述摩擦轴阻尼器组件还包括具有螺旋形形状或对数螺旋形形状的指状部。
7.根据权利要求5所述的摩擦轴阻尼器组件，其特征在于，所述摩擦轴阻尼器组件还包括围绕所述中心主体的至少两个沿轴向间隔开的环形偏转限制器，以及在所述偏转限制器与所述驱动轴的所述内表面之间的小间隙C。
8.根据权利要求7所述的摩擦轴阻尼器组件，其特征在于，所述摩擦轴阻尼器组件还包括所述环形偏转限制器中的各个，其包括从约束所述中心主体的环形毂沿径向向外延伸的径向轮辐，并且所述径向轮辐沿径向向外延伸至环形边沿。
9.根据权利要求7所述的摩擦轴阻尼器组件，其特征在于，所述摩擦轴阻尼器组件还包括包绕且沿轴向收容所述摩擦轴阻尼器的所述驱动轴的扩大区段或室。
10.根据权利要求2所述的摩擦轴阻尼器组件，其特征在于，所述摩擦轴阻尼器组件还包括：
所述摩擦轴阻尼器，其包括多叶形波状弹簧，所述多叶形波状弹簧具有通过支柱附接或连接至所述中心主体的多叶形边沿，
附接至所述中心主体的所述支柱的径向内端，以及
附接至所述多叶形边沿的所述支柱的径向外端。
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