CN113605993A - 一种带有阻尼减振块的高压涡轮动叶组 - Google Patents
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Abstract
本发明属于燃气轮机设备技术领域，具体涉及一种带有阻尼减振块的高压涡轮动叶组。本发明将阻尼减振块置于相邻的高压涡轮动叶伸根之间的空腔中，当发动机工作时，阻尼减振块随高压涡轮动叶一起转动，其自身产生的离心力提供阻尼减振块与高压涡轮动叶之间摩擦接触的正应力，在叶片发生振动时，通过叶片与阻尼减振块之间的接触摩擦来消耗振动量，从而降低振动应力。本发明结构简单可靠、减振效果良好、调控简单方便、环境适应性强，不受发动机温度场和流场的影响，不必对高压涡轮叶片的结构参数做出较大的改动，能有效地增加叶片阻尼，增大高压涡轮动叶工作的安全裕度，提高涡轮叶片的使用寿命和燃气轮机的安全运行可靠性。
Description
技术领域
本发明属于燃气轮机设备技术领域，具体涉及一种带有阻尼减振块的高压涡轮动叶组。
背景技术
燃气轮机是复杂且精密的高科技产品，被誉为制造业“皇冠上的明珠”。随着现代燃气轮机技术的发展，燃气轮机涡轮进口温度不断提高，涡轮叶片的工作环境变的愈加恶劣。高压涡轮动叶工作在高温、高压、高速旋转的环境中，承受着自身高速旋转带来的离心力、主流燃气冲击产生的气动力以及叶片自身温度场分布不均匀造成的热应力，其受力十分复杂，工作过程中经常会由于叶片表面的气动压力随时间的波动，激起叶片自身的剧烈振动，导致叶片出现疲劳裂纹，造成叶片高周疲劳断裂，严重影响燃气轮机的寿命和安全可靠运行。
目前，燃气轮机涡轮叶片的减振方法一般是通过改变涡轮叶片的几何结构参数、增大叶冠预扭角、采用不同叶片材料等方法来调整涡轮叶片的刚度和固有频率，从而在叶片工作的转速区间，避开导致叶片共振的激振因素，但这种方法调整过程需要进行多轮次的设计和计算，而且调整后的减振效果有限，存在较大的局限性，往往难以解决燃气轮机在不同工况下涡轮叶片的振动问题。
综上所述，燃气轮机在工作过程中由于气流力的存在，高压涡轮动叶容易产生强迫振动，叶片在大的振动应力下易发生高周疲劳失效，造成叶片断裂，而现有的减振措施对叶片的减振效果调整有限。
发明内容
本发明的目的在于解决现有的燃气轮机高压涡轮动叶在气流力的激振作用下，易产生强迫振动，叶片发生高周疲劳断裂，影响燃气轮机的寿命和安全可靠性运行的问题，提供一种带有阻尼减振块的高压涡轮动叶组。
本发明的目的通过如下技术方案来实现：包括第一高压涡轮动叶1、第二高压涡轮动叶2和阻尼减振块3，所述的第一高压涡轮动叶1的叶背侧伸根1-7处前后两侧分别设有第一凸台1-10和第二凸台1-11，第一凸台1-10的上表面1-2与第一高压涡轮动叶1的叶背侧下缘板前部表面1-1组成第一槽1-3，第二凸台1-11的上表面1-5与第一高压涡轮动叶1的叶背侧下缘板后部表面1-4组成第二槽1-6；所述的阻尼减振块3整体为三棱柱形实心结构，包括第一表面3-1、第二表面3-2、第三表面3-3和前后两底面，第二表面3-2与第三表面3-3通过第一棱角3-4连接；所述的阻尼减振块3设置在第一高压涡轮动叶1和第二高压涡轮动叶2之间，阻尼减振块3的第一表面3-1与第二高压涡轮动叶2的叶盆侧下缘板表面2-1相互接触，阻尼减振块3的第一棱角3-4的前后两端分别设置在第一槽1-3和第二槽1-6中。
本发明还可以包括：
所述的第一高压涡轮动叶1和第二高压涡轮动叶2结构相同，且均为无叶冠并具有冷却结构。
所述的第一棱角3-4上开设有缺口，缺口尺寸根据第一高压涡轮动叶1的叶背侧伸根1-7的具体形状进行设计，确保阻尼减振块3与第一高压涡轮动叶1的叶背侧伸根1-7之间留有间隙。
所述的第一槽1-3和第二槽1-6的角度相等，均大于第一棱角3-4的角度，使阻尼减振块3可在一定范围内自由活动。
所述的阻尼减振块3的长度大于第二高压涡轮动叶2的叶盆侧下缘板的宽度，且小于第一高压涡轮动叶1的叶背侧下缘板的宽度。
所述的第一凸台1-10和第二凸台1-11的几何尺寸相等；所述的第二高压涡轮动叶2的叶盆侧下缘板表面2-1与沿第二高压涡轮动叶2的叶高方向成20度的夹角；所述的第一高压涡轮动叶1的叶背侧下缘板前部表面1-1与沿第一高压涡轮动叶1的叶高方向成23.5度的夹角；所述的第一高压涡轮动叶1的叶背侧下缘板后部表面1-4与沿第一高压涡轮动叶1的叶高方向成23.5度的夹角；所述的第一槽1-3和第二槽1-6的角度均为92度。
本发明的有益效果在于：
本发明将阻尼减振块置于相邻的高压涡轮叶片伸根之间的空腔中，当发动机工作时，阻尼减振块随高压涡轮动叶一起转动，其自身产生的离心力提供阻尼减振块与高压涡轮动叶之间摩擦接触的正应力，在叶片发生振动时，通过叶片与阻尼减振块之间的接触摩擦来消耗振动量，从而降低振动应力。本发明结构简单可靠、减振效果良好、调控简单方便、环境适应性强，不受发动机温度场和流场的影响，不必对高压涡轮叶片的结构参数做出较大的改动，就能有效地增加叶片阻尼，且通过改变阻尼减振块的结构参数，就能调节摩擦耗能情况，增大高压涡轮动叶工作的安全裕度，提高涡轮叶片的使用寿命和燃气轮机的安全运行可靠性。本发明可有效地解决燃气轮机高压涡轮动叶在工作过程中由于气流力的存在，产生强迫振动，在大的振动应力下易发生高周疲劳失效的问题。
附图说明
图1为第一高压涡轮动叶与阻尼减振块的装配示意图。
图2为一种带有阻尼减振块的高压涡轮动叶组的俯视图。
图3为图2的A-A剖视图。
图4为图3沿A向无第二高压涡轮动叶2的结构示意图。
图5为图3沿B向无第一高压涡轮动叶1的结构示意图。
图6为图5的C向视图。
图7为第一高压涡轮动叶1的叶背侧结构示意图。
图8为阻尼减振块的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步描述。
本发明解决了现有的燃气轮机高压涡轮动叶在气流力的激振作用下，易产生强迫振动，发生高周疲劳断裂，影响燃气轮机的寿命和安全可靠性运行的问题，设计了一种用于高压涡轮动叶的阻尼减振结构。本发明中阻尼减振块为棱柱形实心结构，设置在两个相邻高压涡轮动叶之间，高压涡轮动叶的叶背侧伸根处设置两个凸台，高压涡轮动叶叶盆侧缘板与叶片沿叶高方向成一定角度，用于阻尼减振块的定位。
一种带有阻尼减振块的高压涡轮动叶组，包括第一高压涡轮动叶1、第二高压涡轮动叶2和阻尼减振块3，所述的第一高压涡轮动叶1的叶背侧伸根1-7处前后两侧分别设有第一凸台1-10和第二凸台1-11，第一凸台1-10的上表面1-2与第一高压涡轮动叶1的叶背侧下缘板前部表面1-1组成第一槽1-3，第二凸台1-11的上表面1-5与第一高压涡轮动叶1的叶背侧下缘板后部表面1-4组成第二槽1-6；所述的阻尼减振块3整体为三棱柱形实心结构，包括第一表面3-1、第二表面3-2、第三表面3-3和前后两底面，第二表面3-2与第三表面3-3通过第一棱角3-4连接；所述的阻尼减振块3设置在第一高压涡轮动叶1和第二高压涡轮动叶2之间，阻尼减振块3的第一表面3-1与第二高压涡轮动叶2的叶盆侧下缘板表面2-1相互接触，阻尼减振块3的第一棱角3-4的前后两端分别设置在第一槽1-3和第二槽1-6中。
本发明与现有技术相比具有以下效果：
1、本发明的阻尼减振块3属于一种干摩擦阻尼器结构，阻尼减振块置于相邻高压涡轮叶片伸根之间的空腔中，当发动机工作时，阻尼减振块随高压涡轮动叶一起转动，其自身产生的离心力提供阻尼减振块与高压涡轮动叶之间摩擦接触的正应力，在叶片发生振动时，通过叶片与阻尼块之间的接触摩擦来消耗振动量，从而降低振动应力。
2、本发明结构简单可靠、减振效果良好、调控简单方便、环境适应性强，不受发动机温度场和流场的影响，不必对高压涡轮叶片的结构参数做出较大的改动，就能有效地增加叶片阻尼，且通过改变阻尼减振块的结构参数，就能调节摩擦耗能情况，增大高压涡轮动叶工作的安全裕度，提高涡轮叶片的使用寿命和燃气轮机的安全运行可靠性。
3、本发明结构简单，拆装方便，可靠性高，可有效地解决燃气轮机高压涡轮动叶在工作过程中由于气流力的存在，产生强迫振动，在大的振动应力下易发生高周疲劳失效的问题。
实施例1：
结合图4和图7，第一高压涡轮叶片1叶背侧伸根处存在第一凸台1-10和第二凸台1-11，两个凸台的几何尺寸相等，用于阻尼减振块3的定位，防止阻尼减振块3发生脱落。结合图8，阻尼减振块3为棱柱形实心结构。
结合图1至图8，第一高压涡轮动叶1的叶背侧下缘板前部表面1-1、后部表面1-4均与叶片沿叶高方向成一定的角度；第二高压涡轮动叶2的叶盆侧下缘板表面2-1与叶片沿叶高方向成一定的角度。第一高压涡轮叶片1叶背侧下缘板第一表面1-1和第二表面1-2形成第一槽1-3，第一高压涡轮叶片1叶背侧下缘板第四表面1-4和第五表面1-5形成第二槽1-6。阻尼减振块3设置在两个相邻高压涡轮动叶1和2之间，阻尼减振块的第一表面3-1与第二高压涡轮叶片2的叶盆侧下缘板表面2-1相互接触，阻尼减振块的第二表面3-2与第三表面3-3所形成的棱角3-4与第一槽1-3、第二槽1-6相互接触。
实施例2：
第一高压涡轮动叶1和第二高压涡轮动叶2结构相同，且均为无叶冠具有复杂冷却结构的叶片。
实施例3：
结合图5至图8，阻尼减振块3存在一个R15的圆形缺口，该缺口尺寸是根据第一高压涡轮动叶1叶背侧伸根1-7的具体形状进行设计的，可以确保阻尼减振块3与伸根1-7之间留有一定的间隙，确保冷却空气流路的通畅，防止阻尼减振块3与伸根1-7在工作过程中发生挤压。
实施例4：
结合图7，第一高压涡轮叶片1叶背侧下缘板第一表面1-1和第二表面1-2所成的第一槽1-3与第一高压涡轮叶片1叶背侧下缘板第四表面1-4和第五表面1-5所成的第二槽1-6的角度均为92度，大于阻尼减振块第二表面3-2与第三表面3-3所形成的棱角3-4的角度，阻尼减振块可在一定范围内自由活动。
实施例5：
结合图6和图7，阻尼减振块3的长度L大于第二高压涡轮动叶2叶盆侧下缘板宽度L1，起到对阻尼减振块3的限位作用，防止阻尼减振块3发生沿叶片周向的窜动。同时地，阻尼减振块3的长度L且小于第一高压涡轮动叶1叶背侧下缘板宽度L2，进而阻尼减振块3可在伸根1-7区域内的一定范围内自由活动，防止阻尼减振块3与伸根1-7在工作过程中发生挤压。
实施例6：
结合图3和图5，第二高压涡轮动叶2的叶盆侧下缘板表面2-1与叶片沿叶高方向成20度的夹角，以确保叶盆侧下缘板表面2-1与阻尼减振块的第一表面3-1在叶片工作过程中能充分接触，增加阻尼。在叶片工作过程中阻尼减振块3在离心力的作用下第一表面3-1与叶盆侧下缘板表面2-1之间相互摩擦接触，增加叶片阻尼，消耗振动量，从而降低振动应力，增大高压涡轮动叶工作的安全裕度。
结合图3、图4和图7，第一高压涡轮动叶1的叶背侧下缘板第一表面1-1和第四表面1-4与叶片沿叶高方向成23.5度的夹角，以确保叶背侧下缘板第一表面1-1和第四表面1-4与阻尼减振块的第二表面3-2在叶片工作过程中能充分接触，增加阻尼。在叶片工作过程中阻尼减振块3在离心力的作用下第二表面3-2与叶背侧下缘板第一表面1-1和第四表面1-4之间相互摩擦接触，增加叶片阻尼，消耗振动量，从而降低振动应力，增大高压涡轮动叶工作的安全裕度。
第一高压涡轮动叶1、第二高压涡轮动叶2与阻尼减振块3均采用镍基高温合金材料制造，以保证耐温需求。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种带有阻尼减振块的高压涡轮动叶组，包括第一高压涡轮动叶(1)、第二高压涡轮动叶(2)和阻尼减振块(3)，其特征在于：所述的第一高压涡轮动叶(1)的叶背侧伸根(1-7)处前后两侧分别设有第一凸台(1-10)和第二凸台(1-11)，第一凸台(1-10)的上表面(1-2)与第一高压涡轮动叶(1)的叶背侧下缘板前部表面(1-1)组成第一槽(1-3)，第二凸台(1-11)的上表面(1-5)与第一高压涡轮动叶(1)的叶背侧下缘板后部表面(1-4)组成第二槽(1-6)；所述的阻尼减振块(3)整体为三棱柱形实心结构，包括第一表面(3-1)、第二表面(3-2)、第三表面(3-3)和前后两底面，第二表面(3-2)与第三表面(3-3)通过第一棱角(3-4)连接；所述的阻尼减振块(3)设置在第一高压涡轮动叶(1)和第二高压涡轮动叶(2)之间，阻尼减振块(3)的第一表面(3-1)与第二高压涡轮动叶(2)的叶盆侧下缘板表面(2-1)相互接触，阻尼减振块(3)的第一棱角(3-4)的前后两端分别设置在第一槽(1-3)和第二槽(1-6)中。
2.根据权利要求1所述的一种带有阻尼减振块的高压涡轮动叶组，其特征在于：所述的第一高压涡轮动叶(1)和第二高压涡轮动叶(2)结构相同，且均为无叶冠并具有冷却结构。
3.根据权利要求1或2所述的一种带有阻尼减振块的高压涡轮动叶组，其特征在于：所述的第一棱角(3-4)上开设有缺口，缺口尺寸根据第一高压涡轮动叶(1)的叶背侧伸根(1-7)的具体形状进行设计，确保阻尼减振块(3)与第一高压涡轮动叶(1)的叶背侧伸根(1-7)之间留有间隙。
4.根据权利要求1或2所述的一种带有阻尼减振块的高压涡轮动叶组，其特征在于：所述的第一槽(1-3)和第二槽(1-6)的角度相等，均大于第一棱角(3-4)的角度，使阻尼减振块(3)可在一定范围内自由活动。
5.根据权利要求3所述的一种带有阻尼减振块的高压涡轮动叶组，其特征在于：所述的第一槽(1-3)和第二槽(1-6)的角度相等，均大于第一棱角(3-4)的角度，使阻尼减振块(3)可在一定范围内自由活动。
6.根据权利要求1或2所述的一种带有阻尼减振块的高压涡轮动叶组，其特征在于：所述的阻尼减振块(3)的长度大于第二高压涡轮动叶(2)的叶盆侧下缘板的宽度，且小于第一高压涡轮动叶(1)的叶背侧下缘板的宽度。
7.根据权利要求3所述的一种带有阻尼减振块的高压涡轮动叶组，其特征在于：所述的阻尼减振块(3)的长度大于第二高压涡轮动叶(2)的叶盆侧下缘板的宽度，且小于第一高压涡轮动叶(1)的叶背侧下缘板的宽度。
8.根据权利要求4所述的一种带有阻尼减振块的高压涡轮动叶组，其特征在于：所述的阻尼减振块(3)的长度大于第二高压涡轮动叶(2)的叶盆侧下缘板的宽度，且小于第一高压涡轮动叶(1)的叶背侧下缘板的宽度。
9.根据权利要求5所述的一种带有阻尼减振块的高压涡轮动叶组，其特征在于：所述的阻尼减振块(3)的长度大于第二高压涡轮动叶(2)的叶盆侧下缘板的宽度，且小于第一高压涡轮动叶(1)的叶背侧下缘板的宽度。
10.根据权利要求9所述的一种带有阻尼减振块的高压涡轮动叶组，其特征在于：所述的第一凸台(1-10)和第二凸台(1-11)的几何尺寸相等；所述的第二高压涡轮动叶(2)的叶盆侧下缘板表面(2-1)与沿第二高压涡轮动叶(2)的叶高方向成20度的夹角；所述的第一高压涡轮动叶(1)的叶背侧下缘板前部表面(1-1)与沿第一高压涡轮动叶(1)的叶高方向成23.5度的夹角；所述的第一高压涡轮动叶(1)的叶背侧下缘板后部表面(1-4)与沿第一高压涡轮动叶(1)的叶高方向成23.5度的夹角；所述的第一槽(1-3)和第二槽(1-6)的角度均为92度。
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| PB01 | Publication | ||
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