CN110418874B - 用于转子组件的桨片和阻尼套筒 - Google Patents

用于转子组件的桨片和阻尼套筒 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种转子组件(214)。该转子组件(214)包括周向间隔的多个桨片(204)。每个桨片(204)的翼型件(218)包括压力侧(244)、吸力侧(246)、从压力侧(244)延伸的压力侧凸块(228)、以及从吸力侧(246)延伸的吸力侧凸块(229)。该翼型件长度(249)大于以下中的一者：(i)40英寸，其中转子被配置用于在约3600rpm下操作，和(ii)48英寸，其中转子被配置用于在约3000rpm下操作。该转子组件(214)还包括多个套筒(230)。该套筒(230)中的每个套筒从第一端部(301)延伸到第二端部(303)。第一端部(301)联接到桨片(204)中的第一桨片的压力侧凸块(228)，并且第二端部(303)联接到桨片(204)中的相邻第二桨片的吸力侧凸块(229)。

Description

用于转子组件的桨片和阻尼套筒
背景技术
本公开的领域整体涉及旋转机器，并且更具体地讲，涉及用于转子组件的桨片和阻尼套筒。
至少一些已知的旋转机器包括联接到转子轴的至少一个转子组件。转子组件包括多个周向间隔开的桨片，这些桨片径向向外延伸以限定旋转机器的级。例如但不限于，转子组件是蒸汽涡轮机的一部分，或燃气涡轮发动机的压缩机或涡轮机区段的一部分。每个桨片包括朝向旋转机器的壳体径向向外延伸的翼型件。
至少一些已知的桨片翼型件(诸如但不限于后级桨片翼型件)的长度为40英寸或更大。在高转速下，诸如但不限于针对长度大于48英寸的翼型件的3000rpm或针对长度大于40英寸的翼型件的3600rpm，至少一些此类桨片特别容易受非同步振动的影响，该非同步振动可能与旋转机器操作期间的颤振、旋转失速或抖动相关联。至少一些此类桨片的操作寿命周期至少部分地受旋转机器操作期间的由非同步振动应力引起的疲劳的限制。
已经通过使用每个桨片与相邻桨片之间的刚性联接(诸如通过中跨护罩(或翼)将级的桨片联接在一起)来解决至少一些这种尺寸的已知桨片中的振动。例如，图1是具有翼型件的现有技术桨片18的透视图，该翼型件具有实心翼类型的中跨连接器20。中跨连接器20被配置为直接抵靠相邻桨片的中跨连接器20联接以减小操作期间的振动。然而，此类方法已经针对改进桨片联接而不是改进机械阻尼，并且至少在一些情况下不足以减轻具有较长翼型件的桨片中的非同步振动。
发明内容
在一个方面，提供了联接到转子的转子组件。转子组件包括周向间隔的多个桨片。桨片中的每一个包括在根端部与尖端部之间径向延伸的翼型件。翼型件包括压力侧、吸力侧、从压力侧延伸的压力侧凸块、以及从吸力侧延伸的吸力侧凸块。在根端部与尖端部之间限定的翼型件长度大于以下中的一者：(i)40英寸，其中转子被配置用于在约3600rpm下操作，和(ii)48英寸，其中转子被配置用于在约3000rpm下操作。转子组件还包括多个套筒。套筒中的每一个从第一端部延伸到第二端部。第一端部联接到桨片中的第一桨片的压力侧凸块，并且第二端部联接到桨片中的相邻第二桨片的吸力侧凸块。
在另一个方面中，提供了转子组件。转子组件包括周向间隔的多个桨片。桨片中的每一个包括在根端部与尖端部之间径向延伸的翼型件。翼型件包括压力侧、吸力侧、从压力侧延伸的压力侧凸块、以及从吸力侧延伸的吸力侧凸块。桨片中的每一个还包括联接到尖端部的盖。盖从吸力侧边缘周向延伸到压力侧边缘，并且桨片中的每个桨片的盖的吸力侧边缘被配置为抵靠桨片中的相邻桨片的盖的压力侧边缘联接。转子组件还包括多个套筒。套筒中的每一个从第一端部延伸到第二端部。第一端部联接到桨片中的第一桨片的压力侧凸块，并且第二端部联接到桨片中的相邻第二桨片的吸力侧凸块。
附图说明
图1是具有可与旋转机器一起使用的翼联接器的现有技术桨片的透视图；
图2是示例性旋转机器的示意图；
图3是可与图2所示的旋转机器一起使用的示例性转子组件的上游侧的透视图；
图4是可用于图3所示的转子组件中的桨片的示例性实施方案的第一透视图；
图5是可与图4所示的转子组件一起使用的示例性套筒的横截面侧视图；
图6是图5所示的套筒的横截面端视图；
图7是联接在图4所示的一对桨片之间的图5所示的套筒的横截面视图；
图8是可与图4所示的桨片一起使用的示例性压力侧凸块的透视图；以及
图9是联接到图3所示的转子组件中的两个相邻桨片中的每一个的示例性盖的顶视图。
具体实施方式
本文描述的实施方案包括转子组件，该转子组件包括多个桨片以及非刚性地联接在桨片的中跨凸块之间的多个阻尼套筒。在一些实施方案中，转子组件是以下中的一种情况：(i)联接到被配置用于在约3600rpm下操作的转子，并且桨片的翼型件长度大于40英寸，以及(ii)联接到被配置用于在约3000rpm下操作的转子，并且桨片的翼型件长度大于48英寸，并且套筒被选择为有助于阻尼桨片中的非同步振动。例如，在一些此类实施方案中，套筒和翼型件的质量比和/或密度比被选择为有助于阻尼桨片中的非同步振动。附加地或可替代地，桨片包括被配置为抵靠相邻桨片的盖联接的整体盖(即尖端部护罩)，并且盖被配置为进一步有助于与套筒配合地阻尼非同步振动。附加地或可替代地，套筒的端部被配置为与凸块配合以便在桨片从预扭曲的静止状态解开到操作状态时保持套筒，并且在操作期间定向套筒，从而减小与工作流体路径中存在套筒相关联的空气动力学损失。在某些实施方案中，在桨片列中使用具有不同重量的套筒，以有助于在较宽范围的振动频率和/或振幅上进行阻尼，和/或平衡桨片列。
除非另外指示，否则如本文所使用的近似语言，诸如“大体地”、“基本上”和“约”指示如本领域普通技术人员将认识到的，如此修饰的术语可以仅适用于近似程度，而不是绝对或完美程度。因此，由一个或多个术语(诸如“约”、“大约”和“基本上”)修饰的值不限于指定的精确值。在至少一些情况下，近似语言可以对应于用于测量值的仪器的精度。这里以及整个说明书和权利要求书中，可以识别范围限制。除非上下文或语言另有指示，否则这些范围可以组合和/或互换，并且包括其中包含的所有子范围。附加地，除非另外指示，否则术语“第一”、“第二”等在本文中仅用作标记，并且不旨在对这些术语所涉及的项目施加顺序、位置或分级要求。此外，例如，对“第二”项目的引用不要求或排除存在例如“第一”或较低编号的项目或“第三”或更高编号的项目。如本文所用，术语“上游”是指旋转机器的前端或入口端，并且术语“下游”是指旋转机器的下游端或排出口端。
图2是示例性旋转机器10的示意图。在示例性实施方案中，旋转机器10是单流式蒸汽涡轮机。在替代性实施方案中，旋转机器10是对流式蒸汽涡轮机。此外，本实施方案不仅限于用于蒸汽涡轮机，而是可以用于其他旋转机械系统(诸如燃气涡轮机)。可替代地，旋转机器10是任何其他涡轮发动机和/或旋转机器，包括但不限于燃气涡轮风扇飞机发动机、其他飞机发动机、风力涡轮机、压缩机和/或泵。
在示例性实施方案中，旋转机器10包括多个级12。每个级12包括联接到轴14的多个转子桨片204。应当注意，如本文所用，术语“联接”不限于部件之间的直接机械、电气和/或通信连接，但也可以包括多个部件之间的间接机械、电气和/或通信连接。每个级12的转子桨片204围绕轴14周向设置并从该轴径向向外延伸。每个级12包括使得旋转机器10能够如本文所述的那样操作的任何合适数量的转子桨片204。轴14通过轴承(未示出)支撑在轴14的相对端部30上。
壳体16围绕多个级12。在示例性实施方案中，多个隔膜42联接到壳体16，使得相应隔膜42定位在每个级12的上游。每个隔膜42包括一列分区44。分区44是大体翼型件形状的，并且围绕壳体16周向地设置并且从壳体径向向内延伸。可替代地，任何固定叶片或喷嘴组件，或没有固定叶片或喷嘴组件，设置在每个级12的上游。
旋转机械10包括高压蒸汽入口22和低压蒸汽排出口24。轴14可围绕中心轴线28旋转。在操作期间，高压和高温蒸汽40沿通道从蒸汽源(诸如锅炉等(未示出))通过HP蒸汽入口22进入工作流体路径216，沿下游方向32通过壳体16，其中它遇到桨片204。当蒸汽撞击桨片204时，它引起轴14围绕中心轴线28的旋转。因此，蒸汽40的热能通过级12转换为机械旋转能量。轴14的机械旋转能量可以用于驱动负载，诸如但不限于发电机和/或机械驱动应用。蒸汽40在低压蒸汽排出口24处离开壳体16。然后沿通道将蒸汽40引导到其中再加热蒸汽的锅炉(未示出)，和/或引导到系统的其他部件，例如低压涡轮机区段或冷凝器(未示出)。可替代地，桨片204包括在燃气涡轮机(未示出)的涡轮机区段或压缩机区段中，或者包括在任何合适的旋转机器中，如上所讨论。例如，但不作为限制，递送到涡轮机区段的工作流体可以是燃烧气体。
图3是可与旋转机器10一起使用的示例性转子组件214的上游侧的透视图。图4是桨片204的示例性实施方案的第一透视图。参考图2和图3，在示例性实施方案中，转子组件214包括多个桨片204，并且被配置用作旋转机器10的级12之一(如图1所示)。每个桨片204包括翼型件218，该翼型件在根端部248与尖端部220之间径向延伸，从而在其间限定长度249。桨片204还在前边缘264与后边缘266之间轴向延伸。更具体地，每个翼型件218限定压力侧244和相对的吸力侧246，其各自在前边缘264与后边缘266之间以及根端部248与尖端部220之间延伸。压力侧244是大体凹形的，并且吸力侧246是大体凸形的。
另外，在示例性实施方案中，每个桨片204包括联接到翼型件218的尖端部220并从其径向向外延伸的整体盖252。在示例性实施方案中，盖252被配置为使得在旋转机器10的操作期间，盖252与相邻桨片204的盖252接合，以基本上限制路径216中的工作流体从盖252径向向外泄漏。附加地，在一些实施方案中，接合盖252向转子组件214提供附加的机械支撑和振动阻尼，如本文将描述的。在替代性实施方案中，桨片204包括任何合适的盖或其他尖端部特征，或者没有尖端部特征。
在示例性实施方案中，每个桨片204还包括联接到根端部248的平台222。平台222至少部分地限定工作流体路径216的径向内边界。在示例性实施方案中，每个桨片204还包括从平台222径向向内延伸到基部部分270的燕尾榫区域226。燕尾榫区域226的形状被设置成有利于将桨片204牢固地联接到与轴14联接的转子盘206。更具体地，在示例性实施方案中，燕尾榫226的特征在于波状外表面，其形状被设置为大体轴向滑动到限定在转子盘中的互补形状槽(未示出)中以用于对应级12(如图1所示)。在替代性实施方案中，燕尾榫226具有使得桨片204能够如本文所述的那样运行的任何其他合适形状。
在与根端部248相距距离239处限定的根端部248与尖端部220之间的中间位置处，压力侧凸块228从翼型件218的压力侧244延伸，并且吸力侧凸块229从翼型件218的吸力侧246延伸。对于转子组件214中的每对桨片204，套筒230与第一桨片204的压力侧凸块228和相邻第二桨片204的吸力侧凸块229接合并在其间延伸，如本文将描述的。凸块228和229被配置为适应通过与套筒230的非刚性摩擦联接传递到桨片204的静态和振动负载。在替代性实施方案中，每个桨片204包括使得桨片204能够如本文所述的那样运行的任何合适结构。
图5是套筒230的示例性实施方案的横截面侧视图。图6是套筒230的横截面端视图。在示例性实施方案中，套筒230沿着纵向轴线305从第一端部301延伸到第二端部303，并且在其间限定长度308。在示例性实施方案中，第一端部301被配置为联接到桨片204的压力侧凸块228，并且第二端部303配置成联接到桨片204的吸力侧凸块229(如图4所示)。
套筒230包括外部宽度302、由内周边235限定的内部宽度304、以及在其间限定的壁厚度316。在示例性实施方案中，内周边235的横截面关于横向轴线315对称。同样在示例性实施方案中，内周边235的横截面包括具有主半径312的主弧形部分311，具有比主半径312更小的次半径314的次弧形部分313，以及一对中间部分338，每个中间部分从主弧形部分311的相应端延伸到次弧形部分313的相应端。在示例性实施方案中，中间部分338各自是大体线性的。可替代地，每个中间部分338具有使得套筒230能够如本文所述的那样运行的任何合适形状。主弧形部分311、次弧形部分313和中间部分338中的每一个在第一端部301与第二端部303之间纵向延伸。在替代性实施方案中，内周边235具有使套筒230能够如本文所述的那样运行的任何合适横截面。
在示例性实施方案中，套筒230的第一端部301和第二端部303中的每一个包括平坦端部部分340和弯曲端部部分346。更具体地，第一端部301的平坦端部部分340和第二端部303的平端端部340对角地相对，并且在其间限定对角线长度310。类似地，第一端部301的弯曲端部部分346和第二端部303的弯曲端部部分346对角地相对。同样在示例性实施方案中，每个平坦端部部分340相对于纵向轴线305以角度332定向，并且每个弯曲端部部分346限定半径322。第一端部301和第二端部303中的每一个还包括在平坦端部部分340与弯曲端部部分346之间延伸的中间端部348。在替代性实施方案中，第一端部301和第二端部303中的每一个具有使得套筒230能够如本文所述的那样运行的任何合适结构。
图7是联接在一对桨片204之间的套筒230的横截面视图。更具体地，图7所示的横截面是沿桨片径向轴线219在约距离239处截取(如图4所示)。桨片204和套筒230在图7中被示为处于旋转机械10的非操作状况(如图1所示)，即翼型件218的预扭曲由于操作力而未被解开。
在示例性实施方案中，套筒230被配置为与压力侧凸块228和吸力侧凸块229协作，以有助于转子组件214的改进的结构支撑和性能。具体地，套筒230被配置为有助于机械阻尼桨片204的翼型件218的非同步振动。例如，在某些实施方案中，套筒230的质量与翼型件218的质量的比率在约0.01％至约1.0％的范围内。与用于联接转子组件214中的桨片204的已知系统相比，在上述范围内的套筒与翼型件的质量比率在有助于机械阻尼翼型件218的非同步振动的方面提供了优点，诸如但不限于，当转子组件214被配置用于以约3600rpm旋转并且翼型件218的长度249大于40英寸，或者转子组件214被配置用于以约3000rpm旋转并且翼型件218的长度249大于48英寸时。具体地，在一些实施方案中，在约0.18％至约0.28％的范围内的套筒230的质量与翼型件218的质量的比率在有助于机械阻尼翼型件218的非同步振动的方面提供了特别的优点，诸如但不限于，当转子组件214被配置用于以约3600rpm旋转并且翼型件218的长度249大于40英寸，或者转子组件214被配置用于以约3000rpm旋转并且翼型件218的长度249大于48英寸时。在替代性实施方案中，套筒230的质量与翼型件218的质量的比率是使得转子组件214能够如本文所述的那样运行的任何合适值。
对于另一个示例中，在某些实施方案中，用于形成套筒230的第一材料的密度与用于形成翼型件218的第二材料的密度的比率在约0.5至约2.0的范围内。与用于联接转子组件214中的桨片204的已知系统相比，在上述范围内的套筒与翼型件的材料密度比率在有助于机械阻尼翼型件218的非同步振动的方面提供了优点，诸如但不限于，当转子组件214被配置用于以约3600rpm旋转并且翼型件218的长度249大于40英寸，或者转子组件214被配置用于以约3000rpm旋转并且翼型件218的长度249大于48英寸时。具体地，在一些实施方案中，在约1.5至约1.9的范围内的套筒材料与翼型件材料的密度比率在有助于机械阻尼翼型件218的非同步振动的方面提供了特别的优点，诸如但不限于，当转子组件214被配置用于以约3600rpm旋转并且翼型件218的长度249大于40英寸，或者转子组件214被配置用于以约3000rpm旋转并且翼型件218的长度249大于48英寸时。例如，但不作为限制，套筒230由钢制成，并且翼型件218由钛制成。在替代性实施方案中，套筒230和翼型件218中的每一个由具有使得转子组件214能够如本文所述的那样运行的任何合适密度的任何材料形成。
对于另一个示例，在某些实施方案中，凸块228和229与根端部248相距的距离239与翼型件218的长度249的比率在约50％到约75％的范围内。在一些此类实施方案中，在上述范围内的凸块距离与翼型件长度的比率在有助于机械阻尼翼型件218的非同步振动方面提供了优点，诸如但不限于，当转子组件214被配置用于以约3600rpm旋转并且翼型件218的长度249大于40英寸，或者转子组件214被配置用于以约3000rpm旋转并且翼型件218的长度249大于48英寸时。在替代性实施方案中，距离239与长度249的比率是使得转子组件214能够如本文所述的那样运行的任何合适值。
图8是示例性压力侧凸块228的端视图。参考图3至图8，凸块228和229中的每一个包括联接到翼型件218的基部部分223，以及从基部部分223周向延伸的远侧端部225。每个远侧端部225的尺寸被设置成接收在套筒230的内周边235内，使得套筒230在转子组件214的组装期间可滑动地联接在相邻桨片204的凸块228和229的相应远侧端部225上。更具体地，套筒230的内周边235在转子组件214的组装期间可在相邻桨片204的压力侧凸块228和吸力侧凸块229的远侧端部225的相应外周边227上滑动。在替代性实施方案中，凸块228和229中的每一个包括使得套筒230能够如本文所述的那样运行的任何合适结构。
此外，在示例性实施方案中，一个桨片204的压力侧凸块228和相邻桨片204的吸力侧凸块229的相应远侧端部225被成形为使得当套筒230联接到凸块228和229并且旋转机器10(如图1所示)不工作时，凸块228和229的相应轴线233偏移距离231(即未对准)，并且套筒230的纵向轴线305与两个凸块轴线233不平行(即未对准)。当旋转机器10操作时，由于桨片204在操作负载下解开，因此凸块228和229的相应轴线233彼此对准(未示出)，并且套筒230的纵向轴线305与凸块轴线233对准。此外，套筒230足够松散地接合凸块228和229，以使得在桨片204由于旋转机器100的操作而解开时，套筒230能够相对于凸块228和229旋转成对准。此外，内周边235的尺寸被设计成使得在轴线233对准后，套筒230在旋转机器10的操作期间保持与凸块228和229的接合。
在某些实施方案中，翼型件218的长度249等于或大于40英寸，并且套筒230由凸块228和229保持并与其协作以便在旋转机械10的操作期间有助于阻尼转子组件214的桨片204中的非同步振动。例如，在示例性实施方案中，每个套筒230被配置为联接到相应的凸块228和229，使得当旋转机器10不操作时，对角相对的弯曲端部部分346抵靠相应远侧端部225的远侧部分联接，并且对角相对的平坦端部部分340靠近凸块228和229的相应基部部分223联接。在某些实施方案中，抵靠相应远侧端部225的远侧部分联接的弯曲端部部分346有助于在桨片204由于旋转机器10的操作而解开时，套筒230相对于凸块228和229旋转成对准。此外，弯曲端部部分346进一步有助于在旋转机器10的操作期间通过凸块228和229保持套筒230，同时减小套筒230中包括的材料量。在替代性实施方案中，套筒230被配置为以使得套筒230能够如本文所述的那样运行的任何合适方式联接到凸块228和229。
附加地，在示例性实施方案中，套筒230以及凸块228和229被配置为将套筒230定向成使得当套筒230联接到凸块228和229时，主弧形部分311面向上游并且次弧形部分313面向下游。例如，凸块228和229中的每一个的外周边227限定被配置为与套筒230的横向轴线315对准的横向轴线215。凸块228和229中的每一个的外周边227的上游部分互补地成形为接收主半径312，并且凸块228和229中的每一个的外周边227的下游部分互补地成形为接收次半径314，使得当旋转机器100在操作时，套筒230保持在具有面向上游的主弧形部分311和面向下游的次弧形部分313的定向。可替代地，内周边235以任何合适的方式与凸块228和229互补地成形，以便在转子组件214的组装期间有助于套筒230的正确定向。在某些实施方案中，面向上游的主弧形部分311和面向下游的次弧形部分313有助于减小由于在工作流体路径216中的套筒230上的流动而导致的空气动力学损失(图3所示)。
另外，在示例性实施方案中，压力侧凸块228的远侧端部225的横向轴线215相对于垂直于桨片径向轴线219限定的平面221以凸块角241定向。类似地，吸力侧凸块229的远侧端部225的横向轴线215以基本相同的凸块角(未示出)定向，使得当套筒230联接到凸块228和229时，套筒230的横向轴线315也相对于平面221以凸块角241对准。在某些实施方案中，与平行于圆周方向221定向的套筒230相比，以凸块角241定向的凸块228和229以及套筒230进一步有助于在旋转机器10的操作期间减小由于在工作流体路径216中的凸块228和229以及套筒230上的流动而导致的空气动力学损失(图1所示)。例如，在某些实施方案中，对于在约5度至约10度的范围内的凸块角241，实现了减小的空气动力学损失。在特定实施方案中，对于约7度的凸块角241实现了减小的空气动力学损失。在替代性实施方案中，凸块角241是使得转子组件214能够如本文所述的那样运行的任何合适角度，包括零。
在替代性实施方案中，套筒230以及凸块228和229被配置为以使得转子组件214能够如本文所述的那样运行的任何合适方式定向套筒230。
图9是联接到转子组件214中的两个相邻桨片204中的每一个的示例性盖252(图3所示)的顶视图。在示例性实施方案中，每个盖252从前边缘400轴向延伸到后边缘401，并且从吸力侧边缘402周向延伸到压力侧边缘403。在示例性实施方案中，在旋转机器10的操作期间，转子组件214中的每个桨片204的盖252的吸力侧边缘402被配置为抵靠相邻桨片204的盖252的压力侧边缘403联接。
更具体地，在示例性实施方案中，吸力侧边缘402限定主吸力侧接触表面428，并且压力侧边缘403限定主压力侧接触表面436。相邻桨片204的主接触表面428和436被配置为在旋转机器10操作时抵靠彼此联接。例如，当旋转机器10不操作时，在主接触表面428和436之间限定间隙(未示出)，并且当旋转机器10转变到操作时，消除间隙。在示例性实施方案中，当旋转机器10不操作时，在除接触表面428和436之外的吸力侧边缘402和相邻压力侧边缘403的部分之间限定空隙间隙442。当旋转机器10转变到操作时，接触表面428和436被配置为相对于彼此滑动，使得在旋转机器10操作时，空隙间隙442增加。因此，当旋转机器10转变为操作时，盖252可以适应桨片204从预扭曲状况解开。在替代性实施方案中，吸力侧边缘402和压力侧边缘403中的每一个具有使得盖252能够如本文所述的那样运行的任何合适形状。
接触角408限定在每个接触表面428和436与垂直于轴12的中心轴线28的圆周方向之间(图2所示)。通过接触表面428和436在相邻盖252之间传递的力包括垂直于接触表面428和436的压缩分量以及平行于接触表面428和436的摩擦分量。在某些实施方案中，转子组件214被配置用于以约3600rpm旋转并且翼型件218的长度249大于40英寸，或者转子组件214被配置用于以约3000rpm旋转并且翼型件218的长度249大于48英寸，并且接触角408被选择为与套筒230(图3所示)协作以进一步有助于阻尼桨片204中非同步振动。更具体地，接触角408被选择为有助于接触表面428和436之间的相对滑动运动，以使得在转变为旋转机器10的操作期间能够解开桨片204，同时与套筒230协作以便通过限制操作期间的非同步振动响应来有助于改进机械阻尼。例如，但不作为限制，与其中接触角408不在选定范围内的相邻盖252之间的瞬态相互作用相比，具有选定接触角408的盖252有助于减小相邻盖252之间的瞬态相互作用对接触表面428和436之间的摩擦系数的灵敏度。对接触表面428和436之间的摩擦系数的灵敏度的降低减小了接触表面428和436中的每一个的磨损，有助于适应相邻盖252之间的瞬态相互作用，在转变为旋转机械10的操作期间有助于相邻桨片204的相邻翼型件218解开，和/或有助于保持套筒230并与其协作以有助于机械阻尼转子组件214的桨片204内的非同步振动。
例如，在某些实施方案中，在约30度至约65度的范围内的接触角408提供至少一些上述优点。此外，在一些此类实施方案中，在约40度至约55度的范围内的接触角408也提供至少一些上述优点。在替代性实施方案中，接触角408是使得转子组件214能够如本文所述的那样运行的任何合适角度。
应当理解，尽管接触表面428和436以及接触角408已经被描述为在盖252上实现，其具有大体“z”形的吸力侧边缘402和压力侧边缘403，但在替代性实施方案中，对于具有在吸力侧边缘402和/或压力侧边缘403(具有不同形状和/或不同数量的空隙表面)上实现的接触表面428和436的盖252获得了以上针对接触角408描述的优点。
再次参考图3、图5、图6和图7，在一些实施方案中，翼型件218具有任何合适长度249，并且转子组件214包括具有第一重量的至少一个套筒230，该第一重量与转子组件214中包括的其他套筒230的第二重量不同。例如，转子组件214中的套筒230由基本相同的材料形成并且具有基本相同的内部宽度304，并且至少一个套筒230的外部宽度302大于另一个套筒230的外部宽度302，使得至少一个套筒230的壁厚度316大于另一个套筒230的壁厚度316，由此致使至少一个套筒230相对于另一个套筒230是更重的。在一些此类实施方案中，至少一个套筒的壁厚度316相对于另一个套筒230的壁厚度316增加了高达约1.5的因数。在替代性实施方案中，至少一个套筒230的任何合适尺寸相对于另一个套筒230是不同的，使得至少一个套筒230比另一个套筒230更重。
附加地或可替代地，转子组件214中的套筒230具有基本相同的尺寸，并且至少一个套筒230至少部分地由比另一个套筒230更重的材料形成，由此致使至少一个套筒230相对于另一个套筒230是更重的。在一些此类实施方案中，用于形成至少一个套筒的材料的密度相对于用于形成另一个套筒230的材料的密度增加了高达约1.5的因数。
在一些此类实施方案中，包括其重量不同于其他套筒230的重量的至少一个套筒230的转子组件214有助于在旋转机器10(图2所示)的操作期间改进转子组件214中的任何翼型件长度249的桨片204的机械阻尼，同时保持桨片204的可接受结构性能和旋转机器10的可接受操作。例如，在一些此类实施方案中，转子组件214包括具有第一重量的第一多个套筒230以及具有比第一重量更小的第二重量的第二多个套筒230。第一重量被选择为有助于阻尼具有第一范围内的频率和/或振幅的对转子组件214的振动干扰，并且第二重量被选择为有助于阻尼具有与第一范围不同的第二范围内的频率和/或振幅的对转子组件214的振动干扰。因此，与具有全部为基本相同重量的套筒230的转子组件214相比，包括其重量不同于其他套筒230的重量的至少一个套筒230的转子组件214有利于在频率和/或振幅的更宽组合范围内对转子组件214中的桨片204进行机械阻尼。附加地或可替代地，第一和第二多个套筒230以有助于在旋转机器100的操作期间平衡转子组件214的图案布置。在一些此类实施方案中，第一和第二多个套筒230围绕转子组件214以连续图案布置，诸如但不限于“1-2-1-2-...”或“1-1-2-2-1-1-2-2-...”。
尽管已经根据具有第一重量的第一多个套筒230和具有第二重量的第二多个套筒230描述了此类实施方案，但本公开考虑了转子组件214中的具有任何合适数量的不同重量的套筒230。例如，在一些实施方案中，转子组件214包括具有第一重量的第一多个套筒230，具有比第一重量更小的第二重量的第二多个套筒230，以及具有比第二重量更小的第三重量的第三多个套筒230。在一些此类实施方案中，第一、第二和第三多个套筒230以有助于在旋转机器100的操作期间平衡转子组件214的顺序图案布置，诸如但不限于“1-2-3-1-2-3-...”。
上述实施方案包括转子组件，该转子组件包括多个桨片以及联接在桨片的中跨凸块之间的多个套筒。当预扭曲桨片由于旋转机器的操作而解开时，套筒与凸块的非刚性联接使得套筒能够相对于凸块旋转。实施方案提供优于至少一些已知转子组件的优点，这些已知转子组件具有被配置为在中跨处联接在一起的桨片。具体地，在一些实施方案中，转子组件是以下中的一种情况：(i)联接到被配置用于在约3600rpm下操作的转子，并且桨片的翼型件长度大于40英寸，以及(ii)联接到被配置用于在约3000rpm下操作的转子，并且桨片的翼型件长度大于48英寸，并且套筒被选择为有助于阻尼桨片中的非同步振动。例如，在一些此类实施方案中，套筒和翼型件的质量比和/或密度比被选择为有助于阻尼桨片中的非同步振动。因此，减小了由于操作期间的非同步振动应力而导致的桨片疲劳，并且对应地增加了桨片的使用寿命。
同样具体地，在某些实施方案中，桨片包括整体盖，并且每个盖的吸力侧边缘被配置为抵靠相邻桨片的盖的压力侧边缘联接，使得盖与套筒协作以便有助于阻尼桨片中的非同步振动。例如，在一些此类实施方案中，桨片之间的接触角(诸如处于锁定互补的z形配置)被选择为有助于阻尼桨片中的非同步振动。同样，减小了由于操作期间的非同步振动应力而导致的桨片疲劳，并且对应地增加了桨片的使用寿命。
同样具体地，在一些实施方案中，套筒的端部包括对角相对的弯曲部分，其有助于在转子组件的不同操作速度下通过凸块旋转和保持套筒，并减小套筒所需的材料量。同样具体地，在某些实施方案中，套筒的端部被配置为与凸块协作以在操作期间定向套筒，从而减小与工作流体路径中存在套筒相关联的空气动力学损失。同样具体地，在某些实施方案中，套筒中的至少一个的第一重量不同于另一个套筒的第二重量，从而有助于阻尼更宽范围的振动和/或改进转子组件的平衡，同时保持使用相同的桨片。
以上详细描述了转子组件的示例性实施方案。本公开不限于本文描述的特定实施方案，而是系统的部件可以独立地并且与本文描述的其他部件和/或步骤分开使用。例如，转子组件的桨片、套筒和盖的实施方案也可以与其他旋转机器结合使用，并且不限于仅与本文所述的蒸汽涡轮机一起实践。而是，示例性实施方案可以结合许多其他转子组件应用来实施和使用。
尽管各种实施方案的具体特征可能在一些附图中示出而在其他附图中未示出，但这仅是为了方便。此外，在以上描述中对“一个实施方案”的引用不旨在被解释为排除也包含所述特征的附加实施方案的存在。根据本公开的原理，可以结合任何其他附图的任何特征来引用和/或要求保护附图的任何特征。
本书面描述使用示例，包括最佳模式，以使得本领域的任何技术人员能够实践本公开，包括制造和使用任何装置或系统以及执行任何结合的方法。本公开的可专利范围由权利要求限定，并且可以包括本领域技术人员想到的其他示例。如果这些其他示例具有与权利要求的字面语言没有不同的结构元件，或者如果它们包括与权利要求的字面语言无实质差别的等效结构元件，则这些其他示例旨在权利要求的范围内。

Claims (10)

1.一种联接到转子的转子组件(214)，所述转子组件(214)包括：
周向间隔的多个叶片(204)，所述多个叶片(204)中的每个叶片包括在根端部(248)与尖端部(220)之间径向延伸的翼型件(218)，所述翼型件(218)包括压力侧(244)、吸力侧(246)、从所述压力侧(244)延伸的压力侧凸块(228)、以及从所述吸力侧(246)延伸的吸力侧凸块(229)，其中在所述根端部(248)和所述尖端部(220)之间限定的翼型件长度(249)大于以下中的一者：(i) 40英寸，其中所述转子被配置用于在3600rpm下操作，和(ii) 48英寸，其中所述转子被配置用于在3000rpm下操作；和
多个套筒(230)，所述多个套筒(230)中的每个套筒沿着所述多个套筒(230)中的所述每个套筒的纵向轴线从第一端部(301)延伸到第二端部(303)，所述第一端部(301)联接到所述多个叶片(204)中的第一叶片的所述压力侧凸块(228)，并且所述第二端部(303)联接到所述多个叶片(204)中的相邻第二叶片的所述吸力侧凸块(229)；
其中所述第一端部(301)和所述第二端部(303)中的每一者包括与所述纵向轴线正交的中间端部部分以及从所述中间端部部分相反地延伸的平坦端部部分(340)和弯曲端部部分(346)，并且其中所述第一端部(301)的所述弯曲端部部分(346)和所述第二端部(303)的所述弯曲端部部分(346)是对角相对的。
2.一种转子组件(214)，包括：
周向间隔的多个叶片，所述多个叶片中的每个叶片包括：
翼型件，所述翼型件在根端部与尖端部之间径向延伸，所述翼型件包括压力侧、吸力侧、从所述压力侧延伸的压力侧凸块、以及从所述吸力侧延伸的吸力侧凸块；和
盖，所述盖联接到所述尖端部，所述盖从吸力侧边缘周向延伸到压力侧边缘，所述多个叶片中的每个叶片的所述盖的所述吸力侧边缘被配置为抵靠所述多个叶片中的相邻一个叶片的所述盖的所述压力侧边缘联接；和
多个套筒，所述多个套筒中的每个套筒具有壁厚度并且从第一端部延伸到第二端部，所述第一端部联接到所述多个叶片中的第一叶片的所述压力侧凸块，并且所述第二端部联接到所述多个叶片中的相邻第二叶片的所述吸力侧凸块；
其中所述第一端部和所述第二端部中的每一者包括平坦端部部分和弯曲端部部分，其中所述弯曲端部部分具有大于所述壁厚度的半径，并且其中所述第一端部的所述弯曲端部部分和所述第二端部的所述弯曲端部部分是对角相对的。
3.根据权利要求1或权利要求2所述的转子组件(214)，其中所述压力侧凸块(228)和所述吸力侧凸块( 229)中的每一者包括：
基部部分(223)，所述基部部分联接到所述翼型件(218)；和远侧端部(225)，所述远侧端部从所述基部部分(223)周向延伸，所述压力侧凸块(228)和所述吸力侧凸块(229)中的每一者的所述远侧端部(225)相对于垂直于所述翼型件(218)的径向轴线(219)限定的平面以凸块角(241)定向。
4.根据权利要求1所述的转子组件(214)，其中所述多个叶片(204)中的每个叶片还包括联接到所述尖端部(220)的盖(252)，所述盖(252)从吸力侧边缘(402)周向延伸到压力侧边缘(403)。
5.根据权利要求2或4所述的转子组件(214)，其中所述吸力侧边缘(402)限定主吸力侧接触表面(428)，并且所述压力侧边缘(403)限定主压力侧接触表面(436)，所述主吸力侧接触表面(428)被配置为抵靠所述主压力侧接触表面(436)可滑动地联接。
6.根据权利要求5所述的转子组件(214)，其中在所述接触表面(428, 436)中的每个接触表面与圆周方向之间限定的接触角(408)在30度至65度的范围内。
7.根据权利要求5所述的转子组件(214)，其中所述多个套筒(230)的质量与所述翼型件(218)的质量的比率在0.01%至1.0%的范围内。
8.根据权利要求1或权利要求2所述的转子组件(214)，其中所述多个套筒(230)中的至少一个套筒具有第一重量，所述第一重量不同于所述多个套筒(230)中的另一个套筒的第二重量。
9.根据权利要求8所述的转子组件(214)，其中所述至少一个套筒(230)的壁厚度(316)大于所述多个套筒(230)中的所述另一个套筒的壁厚度(316)。
10.根据权利要求8所述的转子组件(214)，其中用于形成所述至少一个套筒(230)的材料的密度大于用于形成所述套筒(230)中的所述另一个套筒的材料的密度。
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