CN113227539A - 带叶片的转子系统及对应的维修方法 - Google Patents

带叶片的转子系统及对应的维修方法 Download PDF

Info

Publication number
CN113227539A
CN113227539A CN201880100339.5A CN201880100339A CN113227539A CN 113227539 A CN113227539 A CN 113227539A CN 201880100339 A CN201880100339 A CN 201880100339A CN 113227539 A CN113227539 A CN 113227539A
Authority
CN
China
Prior art keywords
dampers
group
rotor system
bladed rotor
outer body
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN201880100339.5A
Other languages
English (en)
Other versions
CN113227539B (zh
Inventor
周岳琨
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Siemens Energy Global GmbH and Co KG
Original Assignee
Siemens Energy Global GmbH and Co KG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Siemens Energy Global GmbH and Co KG filed Critical Siemens Energy Global GmbH and Co KG
Publication of CN113227539A publication Critical patent/CN113227539A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN113227539B publication Critical patent/CN113227539B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D5/00—Blades; Blade-carrying members; Heating, heat-insulating, cooling or antivibration means on the blades or the members
    • F01D5/02—Blade-carrying members, e.g. rotors
    • F01D5/10—Anti- vibration means
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D25/00—Component parts, details, or accessories, not provided for in, or of interest apart from, other groups
    • F01D25/04—Antivibration arrangements
    • F01D25/06—Antivibration arrangements for preventing blade vibration
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D5/00—Blades; Blade-carrying members; Heating, heat-insulating, cooling or antivibration means on the blades or the members
    • F01D5/02—Blade-carrying members, e.g. rotors
    • F01D5/027—Arrangements for balancing
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D5/00—Blades; Blade-carrying members; Heating, heat-insulating, cooling or antivibration means on the blades or the members
    • F01D5/12—Blades
    • F01D5/22—Blade-to-blade connections, e.g. for damping vibrations
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D5/00—Blades; Blade-carrying members; Heating, heat-insulating, cooling or antivibration means on the blades or the members
    • F01D5/12—Blades
    • F01D5/26—Antivibration means not restricted to blade form or construction or to blade-to-blade connections or to the use of particular materials
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D5/00—Blades; Blade-carrying members; Heating, heat-insulating, cooling or antivibration means on the blades or the members
    • F01D5/30—Fixing blades to rotors; Blade roots ; Blade spacers
    • F01D5/3007—Fixing blades to rotors; Blade roots ; Blade spacers of axial insertion type
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D29/00—Details, component parts, or accessories
    • F04D29/66—Combating cavitation, whirls, noise, vibration or the like; Balancing
    • F04D29/661—Combating cavitation, whirls, noise, vibration or the like; Balancing especially adapted for elastic fluid pumps
    • F04D29/666—Combating cavitation, whirls, noise, vibration or the like; Balancing especially adapted for elastic fluid pumps by means of rotor construction or layout, e.g. unequal distribution of blades or vanes
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D25/00—Component parts, details, or accessories, not provided for in, or of interest apart from, other groups
    • F01D25/04—Antivibration arrangements
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D5/00—Blades; Blade-carrying members; Heating, heat-insulating, cooling or antivibration means on the blades or the members
    • F01D5/12—Blades
    • F01D5/14—Form or construction
    • F01D5/16—Form or construction for counteracting blade vibration
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2230/00—Manufacture
    • F05D2230/60—Assembly methods
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2230/00—Manufacture
    • F05D2230/70—Disassembly methods
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2230/00—Manufacture
    • F05D2230/72—Maintenance
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2230/00—Manufacture
    • F05D2230/80—Repairing, retrofitting or upgrading methods
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2260/00—Function
    • F05D2260/96—Preventing, counteracting or reducing vibration or noise
    • F05D2260/961—Preventing, counteracting or reducing vibration or noise by mistuning rotor blades or stator vanes with irregular interblade spacing, airfoil shape
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2300/00—Materials; Properties thereof
    • F05D2300/60—Properties or characteristics given to material by treatment or manufacturing
    • F05D2300/603—Composites; e.g. fibre-reinforced
    • F05D2300/6033—Ceramic matrix composites [CMC]

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Turbine Rotor Nozzle Sealing (AREA)
  • Structures Of Non-Positive Displacement Pumps (AREA)

Abstract

一种用于涡轮机的带叶片转子系统(10)，包括安装在转子盘(12)上的周向叶片排(14)，并且包括多个平台下方阻尼器(30)。每个阻尼器(30)位于相邻的叶片平台(24)之间。多个阻尼器(30)包括第一组(H)的阻尼器(30)和第二组(L)的阻尼器(30)。第一组(H)的阻尼器(30)与第二组(L)的阻尼器(30)的区别在于阻尼器(30)中的截面材料分布对于相应的组(H，L)是唯一的。第一组(H)和第二组(L)的阻尼器(30)在周向方向上以周期性的方式交替地定位，以提供频率失谐来稳定叶片(14)的颤振。

Description

带叶片的转子系统及对应的维修方法
技术领域
本发明涉及涡轮机中的旋转叶片，并且特别地涉及具有交替频率失谐以用于改进的抗颤振性的叶片排。
背景技术
诸如燃气涡轮发动机的涡轮机包括沿着燃气涡轮发动机的涡轮区段中的热气体路径的多级导流元件。每个涡轮级包括沿涡轮区段的轴向方向布置的周向排的静叶片和周向排的旋转叶片。每排叶片可安装在相应的转子盘上，其中叶片从转子盘沿径向向外延伸到热气体路径中。叶片包括翼型件，该翼型件沿径向方向从翼型件的根部部分沿翼展方向延伸至其末梢。
在每个级的典型涡轮机叶片被设计成在空气动力学和机械学上是相同的。这些相同的叶片一起组装到转子盘中以形成带叶片转子系统。在发动机操作期间，带叶片的转子系统以系统模式振动。这种振动在大叶片中，诸如在低压涡轮级中可能更严重。在这些模式中，阻尼的重要来源是来自当叶片振动时作用在叶片上的空气动力。在某些条件下，在一些模式中的空气动力学阻尼可能变为负，这可能导致叶片颤振。当这种情况发生时，系统的振动响应趋向于指数地增长，直到叶片达到极限周期或断裂。即使叶片达到极限循环，它们的振幅仍然可能大到足以导致叶片由于高循环疲劳而失效。
交替的频率失谐可能导致系统模式失真，使得所得到的新的失谐系统模式是稳定的，即，它们都具有正的空气动力学阻尼。因此，期望能够设计具有一定量的预定交替失谐的叶片。通过使叶片排中的叶片在周向方向上以周期性方式在高频率与低频率之间交替，可在叶片中实现交替失谐。迄今为止，已经通过以周期性的方式在叶片排中改变翼型件的质量和/或几何形状来实现叶片的交替失谐。
然而，仍然存在改进的空间以更好地解决叶片振动的问题。
发明内容
简言之，本发明的方面涉及具有平台下方阻尼器的修改质量的一排叶片，以提供交替的频率失谐，用于改进的颤振阻力。
根据本发明的第一方面，提供了一种用于涡轮机的带叶片转子系统。带叶片的转子系统包括安装在转子盘上的周向叶片排。每个叶片包括平台、从平台径向向内延伸以用于将叶片安装到转子盘的根部、以及从平台沿翼展方向径向向外延伸的翼型件。在操作期间，相邻叶片的平台周向地对准，以限定用于工作流体流动路径的内径边界。该带叶片的转子系统还包括多个阻尼器，每个阻尼器位于相邻平台之间。多个阻尼器包括第一组的阻尼器和第二组的阻尼器。第一组的阻尼器与第二组的阻尼器的区别在于阻尼器中的截面材料分布对于相应组是唯一的。第一组和第二组的阻尼器以周期性的方式沿周向方向交替地定位，以提供频率失谐来稳定叶片的颤振。
根据本发明的第二方面，提供了一种用于维修带叶片的转子系统的方法。带叶片的转子系统包括安装在转子盘上的周向叶片排，每个叶片包括平台、从平台径向向内延伸以用于将叶片安装到转子盘上的根部、以及从平台沿翼展方向径向向外延伸的翼型件。带叶片的转子系统还包括多个阻尼器，每个阻尼器安装在相邻平台之间。该方法包括修改多个已安装的阻尼器的至少子集的质量或为多个已安装的阻尼器的至少子集提供替换阻尼器。结果，获得第一和第二组的阻尼器，其中第一组的阻尼器与第二组的阻尼器的区别在于阻尼器中的截面材料分布对于相应组是唯一的。该方法还包括安装这些修改的或替换的阻尼器，使得第一组和第二组的阻尼器在周向方向上以周期性的方式交替地定位，以提供频率失谐来稳定叶片的颤振。
附图说明
借助于附图更详细地示出了本发明。附图示出了优选的构造，并且不限制本发明的范围。
图1以轴向视图示意性地示出了包括平台下方阻尼器的带叶片的转子系统的一部分；
图2以透视图示意性地示出了实施平台下方阻尼器的失谐的本发明的实施例；
图3示意性地示出了具有变化截面材料分布的平台下方阻尼器的第一示例构造；
图4示出了图3中所示的阻尼器的截面图；
图5示意性地示出了具有变化截面材料分布的平台下方阻尼器的第二示例构造；
图6示出了图5中所示的阻尼器的截面图；
图7示出了根据具有变化截面材料分布的平台下方阻尼器的第三示例构造的阻尼器的截面图；
图8示出了根据具有变化截面材料分布的平台下方阻尼器的第四示例构造的阻尼器的截面图；以及
图9以图表的方式示出了一排涡轮机叶片中的交替失谐。
具体实施方式
在以下对优选实施例的具体实施方式中，参考了构成本具体实施方式的一部分的附图，并且其中通过说明而非通过限制的方式示出了可以实施本发明的具体实施例。应该理解的是，可以使用其他实施例，并且可以在不背离本发明的精神和范围的情况下进行改变。
在附图中，方向A表示平行于涡轮发动机的轴线的轴向方向，而方向R和C分别表示相对于涡轮发动机的所述轴线的径向方向和周向方向。
现在参考图1，示出了带叶片的转子系统10的一部分。带叶片的转子系统10包括安装在转子盘12上的周向叶片排14。每个叶片14包括翼型件16，其沿径向方向从平台24沿翼展方向延伸到翼型件末梢20。如本领域技术人员已知的，翼型件16可包括在前缘6和后缘(未示出)处接合的大致凹入的压力侧2和大致凸出的吸力侧4。叶片14经由附接结构安装在盘12上，该附接结构称为叶片根部，其从平台24径向向内延伸。在所示实施例中，根部18具有枞树形状，其配合到转子盘12中的对应成形的槽26中。在所示实施例的情况下，可以假定叶片排的每个叶片14具有基本相同的枞树附接。每个平台24包括径向内表面24a和径向外表面24b。在操作中，相邻叶片14的平台24周向地对准，而不必彼此接触。相邻平台24的径向外表面24b的周向对准形成了涡轮机的工作流体的内径流动路径边界。翼型件16径向向外延伸到流动路径中，并且从工作流体中提取能量，这导致叶片14围绕旋转轴线22旋转。
当翼型件16从工作流体中提取能量时，工作流体在翼型件16上施加加载力。加载力的变化可引起叶片14偏转和振动。这种振动可以具有宽的频率分量频谱，在叶片14的固有共振频率处具有最大的振幅。当叶片14未带有护罩时，振动主要与旋转方向、即周向方向相切。在流体流动的方向、即轴向方向上也可以存在次级振动分量。上述振动可以通过结合平台下方的阻尼器30而减小。每个阻尼器30可被构造为刚性元件，其跨越一对相邻平台24之间的间隙。当安装时，每个阻尼器30具有接触相邻平台24的径向内表面24a的径向向外面向的表面32。由此，阻尼器30向平台24施加摩擦力。该摩擦力减小了叶片之间的振动，并且从而减小了单个叶片的振动。传统上，叶片排的阻尼器30被设计成彼此相同。
所示实施例的基本构思涉及通过以交替模式修改阻尼器30的质量来设计带叶片的转子系统10以具有叶片频率的交替失谐。
图2示意性地示出了根据本发明的一方面的失谐的平台下方阻尼器30的布置。在此，带叶片的转子系统10的阻尼器30可以被分成分别标记为H和L的第一和第二组的阻尼器30。如本文所述的，第一组H的阻尼器30与第二组L的阻尼器30的区别在于，阻尼器30的截面材料分布对于相应的组H或L是唯一的。第一组H和第二组L的阻尼器30可以在周向方向上以周期性的方式交替地定位，以提供频率失谐来稳定叶片14的颤振。在本说明书中，术语“组”可以指单个阻尼器或多个相同的阻尼器。术语“交替地”可以指每隔一个阻尼器，或者包括具有类似振动特性的连续的一组阻尼器。在所示的实施例中，第一组H和第二组L的阻尼器30在周向方向上以两个一组的方式交替，图案为HHLLHH。在另外的实施例中，第一组H和第二组L的一组一个或多个阻尼器可以在叶片排中沿着周向方向以周期性的方式交替，例如以包括HHLLHH、HHHLLHHH、HHHLLLHHH等的模式交替。
图3和图4示出了第一示例性实施例，在该实施例中，第一组的阻尼器30,H是实心的，而第二组的阻尼器30,L是中空的，每个阻尼器在其中限定了内部腔体40。腔体40可以沿着阻尼器30的整个轴向长度L延伸。在一个实施例中，第一组H和第二组L的阻尼器30都由相同的材料制成。腔体40的尺寸可以适当地确定，以便实现第二组L的中空阻尼器30,L相对于第一组H的实心阻尼器30,H的材料阻尼的预定差异。基于两组H和L之间的阻尼器30的材料阻尼的变化，通过在带叶片的转子系统10的周向方向上以周期性方式交替地定位第一组H和第二组L的阻尼器30，可以实现期望的频率失谐，如上文所描述的。
在第二示例性实施例中，如图5和图6中所示，材料阻尼的改变可以通过使用实心阻尼器与由混合材料形成的阻尼器结合来实现。在该实施例中，第一组H的阻尼器30,H是实心的并且由单一材料均匀地形成，而第二组L的阻尼器30,L由混合材料形成。由混合材料形成的阻尼器在本文被称为“混合阻尼器”。在图5和图6中所示的实施例中，混合阻尼器30,L包括外部主体36，该外部主体具有形成于其中的轴向延伸的腔体40。外部主体36的构造可以类似于前述实施例(图3-图4)的中空阻尼器30,L的构造，其中腔体40是可见的。外部主体36具有表面32，当被安装时，所述表面摩擦接触相邻平台24的径向内表面24a。在该实施例中的混合阻尼器30,L还包括一个设置在形成于外部主体36中的腔体40中的插入件38。插入件38可以轴向插入穿过外部主体36的腔体40。随后，外部主体36的轴向端部可以例如通过焊接在轴向端部处的相应的盖(图中未示出)被封闭。
在本示例性实施例中，外部主体36和插入件38由不同的材料形成。在一个实施例中，混合阻尼器30,L的外部主体36可以由与实心阻尼器30,H材料相同的材料制成。插入件38的材料可以例如包括粘弹性材料，诸如陶瓷基复合材料(CMC)。可以选择插入件38的尺寸和材料，以便在第二组L的混合阻尼器30,L相对于第一组H的实心阻尼器30,H的材料阻尼方面提供预定的差异。基于两组H和L之间的阻尼器30的材料阻尼的变化，可以通过在带叶片的转子系统10的周向方向上以周期性方式交替地定位第一组H和第二组L的阻尼器30来实现期望的频率失谐，如上文所描述的。
在第三示例性实施例中，如图7中所示，第一组H和第二组L的阻尼器30都可以构造为混合阻尼器。如图所示，每组H和L的阻尼器30包括外部主体36，该外部主体在其中形成有轴向延伸的腔体40。外部主体36的构造可以类似于前述实施例(图5-图6)中所示的构造。外部主体36具有表面32，当被安装时，所述表面摩擦接触相邻平台24的径向内表面24a。每组H和L的每个混合阻尼器30还分别包括轴向延伸的插入件38a、38b，它们设置在形成于外部主体36中的腔体40中。外部主体36的材料与相应的插入件38a、38b的材料不同。第一组H的阻尼器30与第二组L的阻尼器30的区别在于，插入件38a、38b的材料对于相应的组H、L是唯一的，在这种情况下，外部主体36的材料对于两组H和L的阻尼器30可以是相同的。可以选择在第一组H和第二组L中使用的插入件38a、38b的材料，以在两组H和L的阻尼器30之间提供材料阻尼的预定差异。
在第四示例性实施例中，如图8中所示，材料阻尼的改变可以通过使用混合阻尼器与中空阻尼器的组合来实现。如前述实施例中所描述的，每个混合阻尼器30,H可以包括与相邻平台24的径向内表面24a摩擦接触的外部主体36。外部主体36具有形成于其中的轴向延伸的腔体40。轴向延伸的插入件38设置在形成于外部主体36中的腔体40中。插入件38由不同于外部主体36的材料形成。第二组L的阻尼器30,L是中空的，每个阻尼器在其中限定内部腔体40。混合阻尼器30,H和中空阻尼器30,L可以被构造成提供材料阻尼的预定差异，以实现期望的交替频率失谐。
在所有上述实施例中，第一组H的阻尼器30和第二组L的阻尼器30具有相同的外部几何形状。外部几何形状可以由例如阻尼器30的截面形状和轴向长度限定。在这些实施例中，通过改变两组H和L之间的阻尼器30的材料阻尼来实现交替失谐，而与阻尼器30与平台24的径向内表面24a之间的摩擦接触的性质无关。具有相同的阻尼器外部几何形状可以允许整排叶片具有一致的平台下方的几何形状，以及更简单的安装。
已经认识到，在操作期间，阻尼器的接触载荷是阻尼器沿着与平台接触的区域的截面形状的函数。因此，在另外的实施例中，第一组H的阻尼器30可以另外与第二组L的阻尼器30的区别在于，阻尼器30的外部几何形状对于相应的组H、L是唯一的。外部几何形状的变化可以包括阻尼器30的截面几何形状和/或轴向长度的变化。各种截面阻尼器几何形状可以包括但不限于半圆形形状、圆形形状、楔形形状或不对称形状等。此外，阻尼器截面可以在阻尼器30的轴向长度上是均匀的，或者可以沿着所述轴向长度变化。
本文所示的实施例涉及独立式叶片。在本说明书的上下文中，独立式叶片可以理解为无护罩叶片，即，包括从叶片平台径向向外沿翼展方向延伸到翼型件末梢的翼型件的可旋转叶片，而没有任何护罩在末梢处或在平台和翼型件末梢之间的任何点处附接到翼型件。然而，所示实施例是示例性的，并且本发明的方面可延伸到带护罩的叶片。
如本文所示，可在不修改翼型件的几何形状的情况下实现上述交替失谐。也就是说，在叶片14的周向排中的所有翼型件16可具有绕旋转轴线22的基本相同的截面几何形状。这使得更容易将翼型件设计成具有最佳空气动力学效率，因为必须考虑均匀的翼型件几何形状。此外，所示实施例使得能够对具有例如包含内部冷却通道的中空翼型件的叶片采用交替失谐。中空翼型件的设计比实心翼型件的设计更受限制。使用失谐的平台下方的阻尼器提供了对这种中空叶片实施交替失谐而不损害空气效率的可能性。
本发明的方面还可结合在维修升级方法中，由此可在现有的叶片排中引入有意的交替失谐，以改善叶片的抗颤振性。这可以通过如下来实现：修改现有阻尼器的至少子集的质量，或者通过提供替换阻尼器，从而实现上述发明构思中的一者或多者。如上所述，质量的修改可包括例如形成穿过现有实心阻尼器的轴向腔体以形成中空阻尼器。另外或替代地，如上所述，修改可包括由单一材料均匀形成的实心阻尼器形成混合阻尼器。这种修改可以包括形成穿过实心阻尼器的轴向腔体，并且随后在轴向腔体中设置插入件，该插入件由与实心阻尼器的材料不同的材料制成。
作为示例，为了有效地稳定颤振，平台下方的阻尼器的几何形状可被修改以实现高于制造公差约1.5-2%的失谐。图9以图表的方式示出了一排40个涡轮机叶片中的交替失谐。在本文中，奇数编号的叶片具有250Hz的频率，而偶数编号的叶片具有255Hz的频率。在该示例中，叶片频率的差为5Hz。因此，偶数编号的叶片的频率比奇数编号的叶片的频率高2%，即失谐量为2%。
尽管已经详细描述了具体实施例，但是本领域普通技术人员将理解，根据本公开的总体教导，可以开发对这些细节的各种修改和替代方案。因此，所公开的特定布置对于本发明的范围来说仅表示是说明性的，而不是限制性的，本发明的范围由所附权利要求及其任何和所有等同物的全部范围给出。

Claims (15)

1.一种用于涡轮机的带叶片转子系统(10)，包括：
安装在转子盘(12)上的叶片(14)的周向排，每个叶片(14)包括：
平台(24)；
根部(18)，其从所述平台(24)径向向内延伸，以用于将所述叶片(14)安装到所述转子盘(12)；以及
翼型件(16)，其从所述平台(24)沿翼展方向径向向外延伸;
其中，相邻叶片的平台(24)周向地对准，以限定用于工作流体流动路径的内径边界；以及
多个阻尼器(30)，每个阻尼器(30)位于相邻的平台(24)之间；
其中，所述多个阻尼器(30)包括第一组(H)的阻尼器(30)和第二组(L)的阻尼器(30)，其中，所述第一组(H)的阻尼器(30)与所述第二组(L)的阻尼器(30)的区别在于所述阻尼器(30)中的截面材料分布对于相应组(H，L)是唯一，并且
其中，所述第一组(H)的阻尼器(30)和所述第二组(L)的阻尼器(30)沿周向方向以周期性方式交替地定位，以提供频率失谐来稳定所述叶片(14)的颤振。
2.根据权利要求1所述的带叶片转子系统(10)，
其中，所述第一组(H)的所述阻尼器(30)是实心的，
并且所述第二组(L)的阻尼器(30)是中空的，每个阻尼器在其内限定内部腔体(40)。
3.根据权利要求2所述的带叶片转子系统(10)，其中，所述第一组(H)的所述阻尼器(30)和所述第二组(L)的所述阻尼器(30)由相同的材料制成。
4. 根据权利要求1所述的带叶片转子系统(10)，其中，
所述第一组(H)的所述阻尼器(30)是实心的并且由单一材料均匀地形成，并且
所述第二组(L)的所述阻尼器(30)由混合材料形成。
5. 根据权利要求4所述的带叶片转子系统(10)，其中，所述第二组(L)的所述阻尼器(30)包括：
外部主体(36)，其摩擦地接触所述相邻平台(24)的径向内表面(24a)，所述外部主体具有形成在其中的轴向延伸的腔体(40)，所述外部主体(36)由第一材料形成，以及
轴向延伸的插入件(38)，其设置在形成于所述外部主体(36)中的所述腔体(40)中，所述插入件(38)由不同于所述第一材料的第二材料形成。
6.根据权利要求5所述的带叶片转子系统(10)，其中，所述第二材料包括粘弹性材料。
7.根据权利要求6所述的带叶片转子系统(10)，其中，所述第二材料包括陶瓷基复合材料。
8.根据权利要求5所述的带叶片转子系统(10)，其中，所述第一组(H)的所述阻尼器(30)由所述第一材料均匀地形成。
9. 根据权利要求1所述的带叶片转子系统(10)，其中，所述第一组(H)的阻尼器(30)和所述第二组(L)的阻尼器(30)中的每者包括：
外部主体(36)，其摩擦地接触所述相邻平台(24)的径向内表面(24a)，所述外部主体(36)具有形成在其内的轴向延伸的腔体(40)，以及
轴向延伸的插入件(38a、38b)，所述插入件设置在形成于所述外部主体(36)中的所述腔体(40)中，所述插入件(38a、38b)由与所述外部主体(36)的材料不同的材料形成，
其中，所述第一组(H)的所述阻尼器(30)与所述第二组(L)的所述阻尼器(30)的区别在于所述插入件(38a、38b)的材料对于相应的组(H、L)是唯一。
10.根据权利要求1所述的带叶片转子系统(10)，
其中，所述第一组(H)的所述阻尼器(30)包括：
外部主体(36)，其摩擦地接触所述相邻平台(24)的径向内表面(24a)，所述外部主体(36)具有形成在其内的轴向延伸的腔体(40)，以及
轴向延伸的插入件(38)，其设置在形成于所述外部主体(36)中的所述腔体(40)中，所述插入件(38)由与所述外部主体(36)的材料不同的材料形成，
其中，所述第二组(L)的阻尼器(30)是中空的，每个阻尼器在其内限定内部腔体(40)。
11.根据权利要求1所述的带叶片转子系统(10)，其中，所述第一组(H)的阻尼器(30)和所述第二组的阻尼器(30)具有相同的外部几何形状。
12.根据权利要求1所述的带叶片转子系统(10)，其中，所述第一组(H)的所述阻尼器(30)与所述第二组(L)的所述阻尼器(30)的区别还在于，所述阻尼器(30)的外部几何形状对于相应的组(H，L)是唯一的。
13.根据权利要求1所述的带叶片转子系统(10)，其中，所述周向排是一排独立的叶片(14)。
14.根据权利要求1所述的带叶片转子系统(10)，其中，叶片的所述周向排(14)中的所有翼型件(16)具有绕旋转轴线(22)的基本相同的截面几何形状。
15.一种用于维修带叶片转子系统(10)的方法：
其中，所述带叶片转子系统(10)包括：
安装在转子盘(12)上的周向叶片排(14)，每个叶片(14)包括平台(24)、从所述平台(24)径向向内延伸以用于将所述叶片(14)安装到所述转子盘(12)的根部(18)、以及从所述平台(24)沿翼展方向径向向外延伸的翼型件(16)；以及
多个阻尼器(30)，每个阻尼器(30)安装在相邻的平台(24)之间；
其中所述方法包括：
修改多个已安装的阻尼器(30)的至少子集的质量或为所述多个已安装的阻尼器(30)的至少子集提供替换阻尼器(30)，
以便最终获得第一组(H)的阻尼器(30)和第二组(L)的阻尼器(30)，其中所述第一组(H)的阻尼器(30)与所述第二组(L)的阻尼器(30)的区别在于所述阻尼器(30)中的截面材料分布对于相应的组(H，L)是唯一的，以及
安装所修改的或替换的阻尼器(30)，使得所述第一组(H) 的阻尼器（30）和所述第二组(L)的阻尼器（30）在周向方向上以周期性方式交替定位，以提供频率失谐以稳定所述叶片（14）的颤振。
CN201880100339.5A 2018-12-20 2018-12-20 带叶片的转子系统及对应的维修方法 Active CN113227539B (zh)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PCT/US2018/066730 WO2020131062A1 (en) 2018-12-20 2018-12-20 Bladed rotor system and corresponding method of servicing

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN113227539A true CN113227539A (zh) 2021-08-06
CN113227539B CN113227539B (zh) 2023-08-29

Family

ID=65024088

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201880100339.5A Active CN113227539B (zh) 2018-12-20 2018-12-20 带叶片的转子系统及对应的维修方法

Country Status (5)

Country Link
US (1) US11401815B2 (zh)
EP (1) EP3880936B1 (zh)
JP (1) JP7267427B2 (zh)
CN (1) CN113227539B (zh)
WO (1) WO2020131062A1 (zh)

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102018221533A1 (de) * 2018-12-12 2020-06-18 MTU Aero Engines AG Turbomaschinen Schaufelanordnung
CN114704334A (zh) * 2022-03-31 2022-07-05 中国航发沈阳发动机研究所 一种涡轮叶片叶冠阻尼系统
US11959395B2 (en) 2022-05-03 2024-04-16 General Electric Company Rotor blade system of turbine engines

Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20010038793A1 (en) * 2000-05-08 2001-11-08 Herbert Brandl Blade arrangement with damping elements
CN1749531A (zh) * 2004-09-13 2006-03-22 联合工艺公司 透平叶片内装密封减振装置
FR2955142A1 (fr) * 2010-01-13 2011-07-15 Snecma Amortisseur de vibrations a pion entre talons d'aubes adjacentes en materiau composite d'une roue mobile de turbomachine.
CN102588001A (zh) * 2011-01-04 2012-07-18 通用电气公司 用于涡轮机叶片柄的销覆盖板和密封配置
CN103119248A (zh) * 2010-09-24 2013-05-22 西门子公司 叶片装置和所属的燃气轮机
CN103850729A (zh) * 2012-11-28 2014-06-11 通用电气公司 用于阻尼涡轮中的振动的系统
CN106499441A (zh) * 2015-09-03 2017-03-15 通用电气公司 用于涡轮叶片的阻尼器销
CN106499442A (zh) * 2015-09-03 2017-03-15 通用电气公司 用于涡轮叶片的阻尼器销
WO2018175356A1 (en) * 2017-03-22 2018-09-27 Siemens Aktiengesellschaft Alternately mistuned blades with modified under-platform dampers

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006214367A (ja) * 2005-02-04 2006-08-17 Mitsubishi Heavy Ind Ltd 動翼体
EP2484870A1 (de) * 2011-02-08 2012-08-08 MTU Aero Engines GmbH Turbomaschinenschaufel mit Stimmkörper sowie Verfahren zum Entwurf einer Turbomaschine
DE102013226015A1 (de) 2013-12-16 2015-07-16 MTU Aero Engines AG Schaufelgitter
DE102014214270A1 (de) 2014-07-22 2016-02-18 MTU Aero Engines AG Schaufelgitter für eine Turbomaschine
US10316673B2 (en) * 2016-03-24 2019-06-11 General Electric Company CMC turbine blade platform damper

Patent Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20010038793A1 (en) * 2000-05-08 2001-11-08 Herbert Brandl Blade arrangement with damping elements
CN1749531A (zh) * 2004-09-13 2006-03-22 联合工艺公司 透平叶片内装密封减振装置
FR2955142A1 (fr) * 2010-01-13 2011-07-15 Snecma Amortisseur de vibrations a pion entre talons d'aubes adjacentes en materiau composite d'une roue mobile de turbomachine.
CN103119248A (zh) * 2010-09-24 2013-05-22 西门子公司 叶片装置和所属的燃气轮机
CN102588001A (zh) * 2011-01-04 2012-07-18 通用电气公司 用于涡轮机叶片柄的销覆盖板和密封配置
CN103850729A (zh) * 2012-11-28 2014-06-11 通用电气公司 用于阻尼涡轮中的振动的系统
CN106499441A (zh) * 2015-09-03 2017-03-15 通用电气公司 用于涡轮叶片的阻尼器销
CN106499442A (zh) * 2015-09-03 2017-03-15 通用电气公司 用于涡轮叶片的阻尼器销
WO2018175356A1 (en) * 2017-03-22 2018-09-27 Siemens Aktiengesellschaft Alternately mistuned blades with modified under-platform dampers

Also Published As

Publication number Publication date
CN113227539B (zh) 2023-08-29
EP3880936A1 (en) 2021-09-22
WO2020131062A1 (en) 2020-06-25
JP2022513252A (ja) 2022-02-07
EP3880936B1 (en) 2023-10-18
JP7267427B2 (ja) 2023-05-01
US11401815B2 (en) 2022-08-02
US20220034229A1 (en) 2022-02-03

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US9341067B2 (en) Blade arrangement and associated gas turbine
EP3093435B1 (en) Rotor damper
EP0990771A1 (en) Trapped insert turbine airfoil
CN113227539B (zh) 带叶片的转子系统及对应的维修方法
US8221083B2 (en) Asymmetrical rotor blade fir-tree attachment
US9957818B2 (en) Removably attachable snubber assembly
US10767504B2 (en) Flexible damper for turbine blades
WO2018175356A1 (en) Alternately mistuned blades with modified under-platform dampers
CN112943376A (zh) 用于涡轮机转子叶片的阻尼器堆叠
EP3596312B1 (en) Snubbered blades with improved flutter resistance
CN110612382B (zh) 具有经改进的抗颤振性的带护罩的叶片
WO2017184138A1 (en) Preloaded snubber assembly for turbine blades
CN111936723B (zh) 具有一个或多个内部腔体的涡轮叶片的失谐
CN113530610A (zh) 具有叶顶凹坑的叶片
JP5357338B2 (ja) 翼の配列方法
JP5357338B6 (ja) 翼の配列方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant