CN113803115B - 涡轮叶片缘板阻尼器、涡轮叶片和航空发动机 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种涡轮叶片缘板阻尼器、涡轮叶片和航空发动机，其中涡轮叶片缘板阻尼器包括阻尼器本体(10)，阻尼器本体(10)包括第一阻尼块(11)和第二阻尼块(12)，第一阻尼块(11)设置于涡轮叶片的缘板(20)上所设置的凹槽(21)中，第二阻尼块(12)与第一阻尼块(11)连接且设置于凹槽(21)外，阻尼器本体(10)可动地安装于缘板(20)上，阻尼器本体(10)被配置为能够运动至使第一阻尼块(11)与凹槽(21)的内壁以及第二阻尼块(12)与凹槽(21)的外壁同时接触的位置。涡轮叶片包括涡轮叶片缘板阻尼器。航空发动机包括涡轮叶片。本发明可以增加阻尼器与缘板的接触面积，从而增大摩擦力，改善减振效果。

Description

涡轮叶片缘板阻尼器、涡轮叶片和航空发动机
技术领域
本发明涉及航空发动机技术领域，尤其涉及一种涡轮叶片缘板阻尼器、涡轮叶片和航空发动机。
背景技术
航空发动机的涡轮在高温、高速的恶劣环境下工作，工作状态下容易受到较大的振动载荷，对叶片的寿命产生影响，因此需要对涡轮叶片进行减振设计。
涡轮叶片包括叶身、缘板、伸根和榫头，缘板用于连接叶身和伸根。目前，对于涡轮叶片的减振，通常采用在叶片上设置叶冠、在叶身设置减振凸台或者在缘板上设置阻尼器等方式。带冠的叶片会引入较大的离心载荷，引起强度问题；而在叶身上设置减振凸台，除了会引起强度问题外，还会对流道的气流产生影响，影响涡轮工作效率，因此航空发动机涡轮尤其是高压涡轮部件较多采用在缘板上设置阻尼器的方式进行减振。
阻尼器具有片式、盒式或者块状结构，一般放置于缘板下方的空腔中，在预先施加的压力或者离心力作用下，阻尼器与缘板下缘接触，当叶片发生振动时，阻尼器与缘板之间存在相对的位移，从而发生摩擦吸收振动能量。目前的阻尼器存在减振效果不理想的问题。
需要说明的是，公开于本发明背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域技术人员所公知的现有技术。
发明内容
本发明实施例提供一种涡轮叶片缘板阻尼器、涡轮叶片和航空发动机，改善阻尼器的减振效果。
根据本发明的一个方面，提供一种涡轮叶片缘板阻尼器，包括阻尼器本体，阻尼器本体包括：
第一阻尼块，设置于涡轮叶片的缘板上所设置的凹槽中；和
第二阻尼块，与第一阻尼块连接且设置于凹槽外；
其中，阻尼器本体可动地安装于缘板上，阻尼器本体被配置为能够运动至使第一阻尼块与凹槽的内壁以及第二阻尼块与凹槽的外壁同时接触的位置。
在一些实施例中，第一阻尼块与凹槽的内壁之间的接触面为相对于涡轮叶片的径向方向倾斜的斜面；和/或，第二阻尼块与凹槽的外壁之间的接触面为垂直于涡轮叶片的径向方向的平面。
在一些实施例中，第一阻尼块的靠近涡轮叶片的一端被配置为能够封堵两个相邻涡轮叶片之间的间隙。
在一些实施例中，第一阻尼块和第二阻尼块之间设有卡槽，凹槽的远离涡轮叶片的叶身的一侧相对于缘板凸起而形成凸台，卡槽卡接于凸台上。
在一些实施例中，卡槽沿涡轮叶片的径向方向的高度大于凸台沿涡轮叶片的径向方向的厚度。
在一些实施例中，阻尼器本体设有空腔。
在一些实施例中，阻尼器本体还包括连接筋，连接筋连接于第一阻尼块和第二阻尼块之间，空腔自第一阻尼块经连接筋延伸至第二阻尼块。
在一些实施例中，第二阻尼块设有与空腔连通的冷气孔。
在一些实施例中，空腔中设有多个筋板。
根据本发明的另一个方面，提供一种涡轮叶片，包括上述的涡轮叶片缘板阻尼器。
根据本发明的又一个方面，提供一种航空发动机，包括上述的涡轮叶片。
基于上述技术方案，本发明实施例通过设置第一阻尼块和第二阻尼块，可以具有第一阻尼块与凹槽的内壁以及第二阻尼块与凹槽的外壁同时接触的状态，相比于相关技术中阻尼器和缘板只有一个表面接触的方案来说，可以增加阻尼器与缘板的接触面积，从而增大摩擦力，改善减振效果。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1为本发明涡轮叶片一个实施例的结构示意图。
图2为本发明涡轮叶片缘板阻尼器一个实施例的结构示意图。
图3为本发明涡轮叶片缘板阻尼器另一个实施例的结构示意图。
图4为本发明涡轮叶片缘板阻尼器一个实施例在非工作状态下与缘板的配合结构示意图。
图5为本发明涡轮叶片缘板阻尼器一个实施例在工作状态下与缘板的配合结构示意图。
图中：
10、阻尼器本体；20、缘板；30、叶身；40、榫头；
11、第一阻尼块；12、第二阻尼块；13、卡槽；14、空腔；15、连接筋；16、冷气孔；17、筋板；
21、凹槽；22、凸台。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“横向”、“纵向”、“前”、“后”、“左”、“右”、“上”、“下”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明保护范围的限制。
如图1～3所示，在本发明提供的涡轮叶片缘板阻尼器的一些实施例中，该阻尼器设置在涡轮叶片的缘板20上，涡轮叶片包括叶身30、缘板20、伸根和榫头40，缘板20用于连接叶身30和伸根，榫头40设置在伸根的下方，涡轮叶片通过榫头40安装在涡轮盘上。
阻尼器包括阻尼器本体10，阻尼器本体10包括第一阻尼块11和第二阻尼块12，第一阻尼块11设置于涡轮叶片的缘板20上所设置的凹槽21中，第二阻尼块12与第一阻尼块11连接且设置于凹槽21外，其中，阻尼器本体10可动地安装于缘板20上，阻尼器本体10被配置为能够运动至使第一阻尼块11与凹槽21的内壁以及第二阻尼块12与凹槽21的外壁同时接触的位置。
在上述实施例中，通过设置第一阻尼块11和第二阻尼块12，可以具有第一阻尼块11与凹槽21的内壁以及第二阻尼块12与凹槽21的外壁同时接触的状态，相比于相关技术中阻尼器和缘板只有一个表面接触的方案来说，可以增加阻尼器与缘板20的接触面积，从而增大摩擦力，改善减振效果。
在上述实施例中，凹槽21设置在缘板20上，包括至少两种情况：一是凹槽21的内壁和外壁均为缘板20的一部分，二是涡轮叶片的其他部件包括与缘板20一起形成凹槽21的部分。
在一些实施例中，第一阻尼块11和第二阻尼块12均为实心结构，以保证阻尼器的整体结构强度。第一阻尼块11和第二阻尼块12的最小厚度应不小于0.5mm。
在一些实施例中，第一阻尼块11与凹槽21的内壁之间的接触面为相对于涡轮叶片的径向方向倾斜的斜面。这样在第一阻尼块11发生振动时便于在斜面的引导作用下运动，有利于对两个相邻叶片之间的间隙进行封严，同时相比于平面来说可以增大第一阻尼块11与缘板20的接触面积，增大摩擦力，提高减振能力。
进一步地，从图4和图5可以看出，凹槽21的靠近涡轮叶片的叶身30的一侧自槽口至槽底逐渐靠近凹槽21的远离叶身30的一侧，这样设置的好处是使得凹槽21的开口面积自槽口至槽底逐渐减小，便于第一阻尼块11的安装，同时可以通过斜面引导第一阻尼块11的运动。
在一些实施例中，凹槽21的远离叶身30的一侧为垂直于涡轮叶片的径向方向的平面。在涡轮叶片处于非工作状态时，第一阻尼块11与凹槽21的远离叶身30的一侧相互接触，该接触面设置为平面，可以实现第一阻尼块11与凹槽21的平稳接触。
在一些实施例中，第二阻尼块12与凹槽21的外壁之间的接触面为垂直于涡轮叶片的径向方向的平面。这样设置有利于保证第一阻尼块11与凹槽21的内壁以及第二阻尼块12与凹槽21的外壁同时接触。
在一些实施例中，第一阻尼块11的靠近涡轮叶片的一端被配置为能够封堵两个相邻涡轮叶片之间的间隙。这样设置可以通过第一阻尼块11对两个相邻涡轮叶片之间的间隙进行封严，减少气动损失，提高涡轮的工作效率。
在一些实施例中，第一阻尼块11的靠近涡轮叶片的一端为三角形结构，且端部设有圆角，这样设置在涡轮叶片旋转时可以便于第一阻尼块11运动至封堵两个叶片之间间隙的位置，实现较好的封严效果。
在一些实施例中，第一阻尼块11和第二阻尼块12之间设有卡槽13，凹槽21的远离涡轮叶片的叶身30的一侧相对于缘板20凸起而形成凸台22，卡槽13卡接于凸台22上。
通过设置卡槽13，实现了通过卡槽13将阻尼器本体10安装于缘板20的效果，这种安装方式比较简单，而且可靠性高，还可以通过设置卡槽13减轻阻尼器的整体重量。
通过设置卡槽13，也可以便于实现将第一阻尼块11安装于凹槽21的内部，而将第二阻尼块12设置于凹槽21的外部。
在一些实施例中，卡槽13沿涡轮叶片的径向方向的高度大于凸台22沿涡轮叶片的径向方向的厚度。
从图4和图5可以看出，凸台22插入卡槽13中，且插入后凸台22与卡槽13的槽壁之间具有可活动间隙，以使阻尼器可以相对于缘板20运动。
在一些实施例中，阻尼器本体10设有空腔14。通过设置空腔14，可以降低阻尼器本体10的整体重量。
如图2和图3所示，空腔14可以为前后贯穿的通孔式结构。
在一些实施例中，阻尼器本体10还包括连接筋15，连接筋15连接于第一阻尼块11和第二阻尼块12之间，空腔14自第一阻尼块11经连接筋15延伸至第二阻尼块12。即空腔14贯穿于第一阻尼块11、连接筋15和第二阻尼块12之间，以尽可能地增大空腔14的体积，降低阻尼器的重量。
除了振动问题，涡轮叶片还面临高温的工作环境，通常涡轮叶片的叶身30上会设置气膜孔，以冷却涡轮叶片。
为了对阻尼器和缘板20也进行冷却，在一些实施例中，第二阻尼块12设有与空腔14连通的冷气孔16。通过设置冷气孔16，可以将用于冷却叶身30的冷气中的一部分通过冷气孔16输送至阻尼器和缘板20，从而对阻尼器和缘板20实现冷却，避免阻尼器和缘板20受到高温影响，提高阻尼器和缘板20的使用寿命。
冷气孔16设置于第二阻尼块12，而并非设置于第一阻尼块11，可以避免冷气直接通过第一阻尼块11上的冷气孔流出而无法达到冷却阻尼器和缘板20的作用。
在一些实施例中，如图3所示，空腔14中设有多个筋板17。通过设置筋板17，可以提高阻尼器本体10的结构强度，避免阻尼器本体10的结构强度太低而与涡轮叶片发生粘滞现象，提高阻尼器的使用寿命。
多个筋板17将空腔14分隔为多个小腔，每个小腔对应设置至少一个冷气孔16。
筋板17的数量和尺寸可以根据实际需要灵活调整。
在一些实施例中，阻尼器本体10可以采用高温镍基合金、陶瓷基复合材料等制成。
下面结合附图1～5对本发明涡轮叶片缘板阻尼器一个实施例的结构和工作过程进行说明：
如图1～3所示，阻尼器本体10包括第一阻尼块11和第二阻尼块12，第一阻尼块11插入凹槽21中，第二阻尼块12位于凹槽21的外部，阻尼器本体10通过卡槽13卡接在凸台22上。
第一阻尼块11和第二阻尼块12之间通过连接筋15连接，阻尼器本体10上设有贯穿第一阻尼块11、连接筋15和第二阻尼块12的空腔14，第二阻尼块12上设有与空腔14连通的冷气孔16。空腔14内设有多个筋板17，多个筋板17将空腔14分隔为多个小腔，每个小腔对应设置至少一个冷气孔16。
第一阻尼块11的上斜面与凹槽21的上斜面倾斜角度一致，第一阻尼块11的下表面和凸台22的上表面以及第二阻尼块12的上表面和凸台22的下表面均为与涡轮叶片的径向垂直的平面。
其中，“上”为靠近叶身30的方向，“下”为远离叶身30的方向。
在径向方向上，凹槽21的高度大于凸台22的厚度。
如图4所示，在涡轮叶片处于静止状态(非工作状态)时，第一阻尼块11的上斜面与凹槽21的上斜面之间具有间隙，第一阻尼块11的下表面与凸台22的上表面相互接触，第二阻尼块12的上表面和凸台22的下表面之间具有间隙。
如图5所示，在涡轮叶片处于旋转状态(工作状态)时，第一阻尼块11的上斜面与凹槽21的上斜面相互接触，第一阻尼块11的下表面与凸台22的上表面之间具有间隙，第二阻尼块12的上表面和凸台22的下表面相互接触。
当发动机转动时，涡轮叶片进入旋转状态，在离心载荷作用下，阻尼器发生径向位移，第一阻尼块11沿着凹槽21的上斜面滑动，当移动一定距离后，第一阻尼块11与相邻叶片发生接触，第一阻尼块11的端部圆角封堵两个相邻叶片之间的间隙，涡轮叶片持续转动，离心力始终施加在阻尼器上，因此在涡轮叶片的振动过程中，虽然涡轮叶片之间会发生一定的位移变化，阻尼器始终在离心力作用下，保持一定的密封效果，有效减少对涡轮流道中的气流损失，提高涡轮工作效率；同时，在离心载荷作用下，第一阻尼块11与凹槽21的上斜面接触，第一阻尼块11上升的高度与静止状态下第二阻尼块12的上表面和凸台22的下表面之间的间隙大小相同，因此此时第二阻尼块12的上表面和凸台22的下表面也发生接触。阻尼器通过两处接触的摩擦耗散振动能量，同时冷却气体可以通过冷气孔16到达阻尼器本体10和缘板20，对阻尼器和缘板20进行冷却，提高涡轮叶片的缘板20和阻尼器的寿命。
在该实施例中，阻尼器的结构比较简单，便于加工且装配方便；阻尼器与缘板的接触面积增多，减振效果更好；第一阻尼块还具有封严作用，避免叶间间隙对涡轮工作效率的影响；阻尼器本体设有空腔，空腔内设有筋板，减小质量的同时还能保证一定的结构刚度；第二阻尼块设有冷气孔，可以通过冷却空气能对缘板及阻尼器进行冷却。
基于上述的涡轮叶片缘板阻尼器，本发明还提出一种涡轮叶片，该涡轮叶片包括上述的涡轮叶片缘板阻尼器。
基于上述的涡轮叶片，本发明还提出一种航空发动机，该航空发动机包括上述的涡轮叶片。
上述各个实施例中涡轮叶片缘板阻尼器所具有的积极技术效果同样适用于涡轮叶片和航空发动机，这里不再赘述。
最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制；尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：在不脱离本发明原理的前提下，依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者对部分技术特征进行等同替换，这些修改和等同替换均应涵盖在本发明请求保护的技术方案范围当中。

Claims (10)

1.一种涡轮叶片缘板阻尼器，其特征在于，包括阻尼器本体(10)，所述阻尼器本体(10)包括：
第一阻尼块(11)，设置于涡轮叶片的缘板(20)上所设置的凹槽(21)中；和
第二阻尼块(12)，与所述第一阻尼块(11)连接且设置于所述凹槽(21)外；
其中，所述阻尼器本体(10)可动地安装于所述缘板(20)上，所述阻尼器本体(10)被配置为能够运动至使所述第一阻尼块(11)与所述凹槽(21)的内壁以及所述第二阻尼块(12)与所述凹槽(21)的外壁同时接触的位置；
所述第一阻尼块(11)和所述第二阻尼块(12)之间设有卡槽(13)，所述凹槽(21)的远离涡轮叶片的叶身(30)的一侧相对于所述缘板(20)凸起而形成凸台(22)，所述卡槽(13)卡接于所述凸台(22)上。
2.根据权利要求1所述的涡轮叶片缘板阻尼器，其特征在于，所述第一阻尼块(11)与所述凹槽(21)的内壁之间的接触面为相对于涡轮叶片的径向方向倾斜的斜面；和/或，所述第二阻尼块(12)与所述凹槽(21)的外壁之间的接触面为垂直于涡轮叶片的径向方向的平面。
3.根据权利要求1所述的涡轮叶片缘板阻尼器，其特征在于，所述第一阻尼块(11)的靠近涡轮叶片的一端被配置为能够封堵两个相邻所述涡轮叶片之间的间隙。
4.根据权利要求1所述的涡轮叶片缘板阻尼器，其特征在于，所述卡槽(13)沿涡轮叶片的径向方向的高度大于所述凸台(22)沿涡轮叶片的径向方向的厚度。
5.根据权利要求1所述的涡轮叶片缘板阻尼器，其特征在于，所述阻尼器本体(10)设有空腔(14)。
6.根据权利要求5所述的涡轮叶片缘板阻尼器，其特征在于，所述阻尼器本体(10)还包括连接筋(15)，所述连接筋(15)连接于所述第一阻尼块(11)和所述第二阻尼块(12)之间，所述空腔(14)自所述第一阻尼块(11)经所述连接筋(15)延伸至所述第二阻尼块(12)。
7.根据权利要求5所述的涡轮叶片缘板阻尼器，其特征在于，所述第二阻尼块(12)设有与所述空腔(14)连通的冷气孔(16)。
8.根据权利要求5所述的涡轮叶片缘板阻尼器，其特征在于，所述空腔(14)中设有多个筋板(17)。
9.一种涡轮叶片，其特征在于，包括如权利要求1～8任一项所述的涡轮叶片缘板阻尼器。
10.一种航空发动机，其特征在于，包括如权利要求9所述的涡轮叶片。
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