CN113423920B - 具有阻尼螺母的涡轮机转子 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种涡轮机转子(1)，其特征在于，其包括螺纹部分(6)和阻尼螺母(8)，所述阻尼螺母旋拧到所述螺纹部分上，以便允许所述螺母和所述螺纹部分的螺纹(9)在所述转子(1)振动的情况下相互摩擦。所述螺母(8)包括能够轴向紧靠在所述螺纹部分的互补止挡件(5)上的止挡件(10)。

Description

具有阻尼螺母的涡轮机转子
技术领域
本发明涉及一种涡轮机转子以及一种用于管理涡轮机转子内的振动的方法。
背景技术
在涡轮机的操作期间，涡轮机转子的组件经受振动源的动力作用。
振动水平的控制为航空发动机制造商的主要问题，并且由于机械技术的发展和空气动力性能的提高，导致质量的显著减少和组件上应力的增加，振动水平的重要性正趋于增加。
尽管设计者试图尽可能地避免电机的操作范围中的重合或共振，但振动现象往往是不可避免的。最后，即使这些结构确实具有一定水平的固有或外部阻尼，但这通常难以量化且往往不足以保证可靠操作，尤其是在单件结构的情况下。
用于控制结构中的振动水平的最常见策略是提供阻尼。
在例如叶轮等截面组件的情况下，存在许多解决方案，并且不同分区之间的位移通过摩擦耗散能量。
在单件组件的情况下，存在较少的阻尼解决方案，因为所述单件组件不具有接合部或交接部，在所述接合部或交接部处，可通过摩擦耗散振动能量。
通常使用的第一种解决方案是在经受振动的单件组件的凹槽中添加环形开口金属环，以便通过摩擦实现阻尼。组件的振动移动在与环的交接部区域中产生摩擦，从而耗散能量。此类解决方案的缺点是其通过机械加工凹槽而减小组件的机械强度，并且此外，由于摩擦，环可能过早地磨损。
第二种已知解决方案是使用粘弹性、弹性或基于硅酮的阻尼涂层。在此情况下，通过涂层自身提供阻尼。确切地说，从申请人提交的文件FR 2 979 681中已知此类解决方案。
然而，在操作温度高时，无法使用此类解决方案。此外，在组件经受强离心力场时，这可能导致粘弹性涂层脱落，此类解决方案难以使用。
发明内容
本发明旨在以简单、便宜且可靠的方式弥补上文所提到的缺点。
为此目的，本发明涉及一种涡轮机转子，尤其用于飞机的涡轮机转子，其特征在于，其包括螺纹或螺丝部分和阻尼螺母，阻尼螺母旋拧到螺纹或螺丝部分上，以便允许螺母和螺纹或螺丝部分的螺纹在转子振动的情况下相互摩擦。
在接合螺纹处产生的摩擦耗散能量且抑制转子振动。本发明可应用于任何旋转部分或转子，尤其在所述转子为单件时。
螺母不用以固持组件，如典型地使用螺纹组合件的情况。
阻尼螺母优选地位于转子的具有要阻尼的振动移动的区域中。此区域可由数值分析定义，例如通过有限元分析，或通过实验室测试。
应注意，阻尼螺母的添加会导致组合件的固有频率的修改。可执行频率定位检查以确保固有频率的改变保持可接受。
此类阻尼解决方案可甚至在高温的环境中使用，其中螺母和螺纹或螺丝部分的磨损风险有限。此类解决方案可归因于其在离心力下操作的能力而用于具有高旋转速度的转子。
螺纹或螺丝部分可包含具有齿的端部区域。具有齿的部分在操作期间产生振动。本发明在此类部分中的实施使得有可能处理这些振动现象。
螺母的螺纹可定位成与外部齿轴向相对，使得允许振动的阻尼的摩擦发生在其中振动现象显著的外部齿附近。
与螺纹或螺丝部分接合的螺母的螺纹的数目可为至少五个。
这确保螺母的螺纹与螺纹或螺丝部分的螺纹之间的摩擦足够大以有效地耗散振动。螺纹的数目可取决于螺母和螺纹或螺丝部分的直径，以及取决于所使用的材料而变化。
螺母可包括能够轴向支承在螺纹或螺丝部分的互补止挡件上的止挡件。
所述止挡件允许螺母相对于螺纹或螺丝部分轴向定位且耗散额外能量，由此进一步改进振动阻尼。
术语‘轴向’是相对于转子的旋转轴线定义的，所述旋转轴线可与螺母的轴线和/或涡轮机的轴线相同。
螺母的止挡件可由径向延伸的凸缘形成，螺纹部分的止挡件由径向端部表面或肩部形成。
可弹性变形密封件可装配在转子的螺母与螺纹或螺丝部分之间。
密封件的变形允许耗散额外能量，因此进一步改进振动阻尼。
所述密封件可为O形环。
转子可包括中空可旋转轴杆和环形联接部分，所述环形联接部分安装在轴杆周围且可旋转地联接到所述轴杆上，环形联接部分形成螺纹或螺丝部分。
替代地，轴杆和联接部分可制造为一个整体件。
联接部分可旋拧到轴杆，其中轴向保持构件相对于轴杆轴向固持联接部分。
轴向保持构件可包括可轴向变形部件。所述可轴向变形部件为例如可变形密封件。轴向保持构件可包括螺母和锁紧螺母。可轴向变形部件可在一侧上轴向插入在螺母与锁紧螺母之间，并且在另一侧上轴向插入在联接部分之间，以便保持联接部件抵靠着轴杆的轴向止挡件轴向支承。可变形密封件可具有U形区段。
联接部分可包括围绕轴向保持构件的轴向延伸管状区域。
此类结构是紧凑的，同时允许容易地接入轴向保持构件以便促进组合件的组装和拆卸。
本发明还涉及一种用于管理涡轮机转子内的振动的方法，其特征在于，所述方法包括：将阻尼螺母旋拧到转子的螺纹或螺丝部分上，使得允许螺母和螺纹或螺丝部分的螺纹在转子振动的情况下相互摩擦。
可通过在操作中转子的振动分析而确定螺母的位置。
所述螺母可包括能够轴向支承在螺纹或螺丝部分的互补止挡件上的止挡件，螺母的止挡件由径向延伸的凸缘形成，螺纹部分的止挡件由径向端部表面或肩部形成，螺纹或螺丝部分包括端部区域，端部区域包括齿。
在参考附图阅读以下作为非限制性实例给出的描述时，将更好地理解本发明，并且将呈现本发明的其它细节、特征和优点。
附图说明
[图1]是根据本发明的一个实施例的转子的一部分的轴向截面视图；
[图2]是具有图1的转子的一部分的部分剖面的透视图；
[图3]是对应于图1的视图，说明本发明的另一实施例。
具体实施方式
图1和2说明根据本发明的第一实施例的涡轮机的转子1。后者包括轴线X的中空旋转轴杆2。环形联接部分3安装在轴杆2周围且可旋转地联接到所述轴杆上。部分3具有包括外部齿4、径向端部表面5和螺纹部分6的端部区域。联接部分的端部区域具有轴向定位在径向表面5与螺纹部分6之间的阶梯7。
术语‘上游’和‘下游’是相对于通过涡轮机的气流定义的。术语‘轴向’和‘径向’是相对于转子1的X轴定义的，所述转子的所述X轴在此情况下与涡轮机的X轴相同。
转子1还具有包括螺纹区域9的螺母8，所述螺纹区域与联接部分3的螺纹区域6协作。与螺纹区域6的螺纹接合的螺母8的螺纹的数目为至少五个。螺母8的螺纹9和螺纹区域6定位成与外部齿4轴向相对。
螺母8进一步包括径向向外延伸的凸缘10，其支承在联接部分3的端部的径向表面5上。
通过径向表面5上的凸缘10的摩擦而耗散额外能量，因此进一步改进振动的阻尼。
螺母8的径向内表面11为锥形且向下游扩张。
部分3可旋拧到轴杆2上。部分3可借助于轴向保持构件13轴向固持在旋拧的底部处或抵靠着轴杆2的轴向止挡件。这些构件13包括U形横截面和可轴向变形的密封件14、螺母15和锁紧螺母16。密封件14轴向插入在螺母15与由部分3的肩部形成的支承表面3a之间。因此，密封件14施加倾向于抵靠着轴杆2的对应轴向止挡件按压部分3的力。
部分3包括围绕轴向保持构件13的上游管状区域3b。
在操作期间，在转子1旋转时，组件3经受主要位于部分4、5和6中的局部振动。这些振动通过在螺母8和螺纹部分6的接合螺纹处产生的摩擦来阻尼，从而允许组件3的能量耗散和振动阻尼。
如图3中所说明，可弹性变形O形环12可容纳在螺母8与联接部分3的下游端部之间，所述O形环12部分地容纳在联接部分3的凹部7中。密封件12轴向定位在螺母8的凸缘10与螺纹部分9之间。
密封件12的变形允许耗散额外能量，由此进一步改进振动的阻尼。
在这些实施例中的每一个中，螺母8不用以固持组件，如典型地使用螺纹组合件的情况。阻尼螺母8优选地位于转子1的具有要阻尼的振动位移的区域中。此区域可由数值分析定义，例如通过有限元分析，或通过实验室测试。
应注意，阻尼螺母8的添加会导致组合件的固有频率的修改。可执行频率定位检查以确保固有频率的改变保持可接受。

Claims (10)

1.一种涡轮机转子，其特征在于，其包括围绕所述转子轴线的螺纹或螺丝部分和阻尼螺母，所述阻尼螺母旋拧到所述螺纹或螺丝部分上，以便允许所述阻尼螺母和所述螺纹或螺丝部分的螺纹在所述转子振动的情况下相互摩擦，所述阻尼螺母包括能够轴向支承在所述螺纹或螺丝部分的互补止挡件上的止挡件，以便当所述螺纹部分在旋转时，所述止挡件在所述互补止挡件上产生摩擦，所述阻尼螺母的所述止挡件由径向延伸的凸缘形成，所述螺纹部分的所述互补止挡件由端部表面或径向肩部形成，所述螺纹或螺丝部分包括端部区域，所述端部区域包括外部齿。
2.根据权利要求1所述的转子，其特征在于，所述阻尼螺母的所述螺纹定位成与所述外部齿轴向相对。
3.根据权利要求1或2所述的转子，其特征在于，与所述螺纹或螺丝部分接合的所述阻尼螺母的螺纹的数目为至少五个。
4.根据权利要求1或2所述的转子，其特征在于，可弹性变形密封件安装在所述转子的所述阻尼螺母与所述螺纹或螺丝部分之间。
5.根据权利要求4所述的转子，其特征在于，所述密封件为O形环。
6.根据权利要求1或2所述的转子，其特征在于，所述转子包括中空可旋转轴杆和环形联接部分，所述环形联接部分安装在所述轴杆周围且可旋转地联接到所述轴杆上，所述环形联接部分形成所述螺纹或螺丝部分。
7.根据权利要求6所述的转子，其特征在于，所述环形联接部分旋拧到所述轴杆上，其中轴向保持构件相对于所述轴杆轴向固持所述环形联接部分。
8.根据权利要求7所述的转子，其特征在于，所述环形联接部分包括围绕所述轴向保持构件的轴向延伸管状区域。
9.一种用于管理涡轮机转子内的振动的方法，其特征在于，所述方法在于将围绕所述转子轴线的阻尼螺母旋拧到所述转子的螺纹或螺丝部分上，使得允许所述阻尼螺母和所述螺纹或螺丝部分的螺纹在所述转子振动的情况下相互摩擦，所述阻尼螺母包括能够轴向支承在所述螺纹或螺丝部分的互补止挡件上的止挡件，以便当所述螺纹部分在旋转时，在所述止挡件与所述互补止挡件之间产生摩擦，所述阻尼螺母的所述止挡件由径向延伸的凸缘形成，所述螺纹部分的所述互补止挡件由端部表面或径向肩部形成，所述螺纹或螺丝部分包括端部区域，所述端部区域包括外部齿。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，通过在操作期间所述转子的振动分析而确定所述阻尼螺母的植入区域。
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