CN114320484A - 阻尼器和涡轮转子 - Google Patents
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Abstract
本发明的目的在于提供一种阻尼器，其质量和共振频率可调，以适应不同场合的叶片。为实现所述目的，根据一实施方式的阻尼器，设置在两叶片缘板下方且两叶片的柄部之间，其中，上层阻尼体具有上层顶面和上层底面，上层顶面包括两上层斜面；下层阻尼体具有下层顶面和下层底面，下层顶面包括两下层斜面；连接壁连接所述上层阻尼体的所述上层底面和所述下层阻尼体的所述下层顶面；其中，所述上层底面和所述下层顶面之间间隔开，所述两上层斜面、所述两下层斜面分别用于与两叶片的柄部摩擦接触；所述上层阻尼体和所述下层阻尼体内结合有与本体材料不同的填充材料。
Description
技术领域
本发明设计涡轮转子及其叶片间的阻尼器。
背景技术
涡轮转子包括叶盘和沿所述叶盘的周向设置的叶片，在两相邻的所述叶片的缘板下方且在柄部之间设置阻尼器。涡轮转子叶片是航空发动机和燃气轮机非常重要的关键件和易坏件。高压涡轮转子叶片工作环境较为恶劣，承受着高速旋转产生的巨大离心力、气体力和振动负荷等。振动疲劳断裂是工作叶片的主要破坏模式之一，涡轮叶片存在叶片振动疲劳失效的风险。为此，通过增加摩擦阻尼装置避免叶片因受迫振动导致共振，叶片振动时阻尼器与叶片相对运动，在接触面发生相对滑移，产生摩擦耗散叶片的振动能量，从而抑制叶片振动响应、降低振动应力。
由于阻尼器通常安装在叶片与叶片之间的缘板下，不同叶片的阻尼器，需要不同的阻尼质量，达到最优的减振效果，传统的阻尼器只能对应同一级叶片。
发明内容
本发明的目的在于提供一种阻尼器，其质量和共振频率可调，以适应不同场合的叶片。
本发明的另一目的在于提供一种涡轮转子，其包括前述阻尼器。
为实现所述目的，根据一实施方式的阻尼器，设置在两叶片缘板下方且两叶片的柄部之间，其中，上层阻尼体具有上层顶面和上层底面，上层顶面包括两上层斜面；下层阻尼体具有下层顶面和下层底面，下层顶面包括两下层斜面；连接壁连接所述上层阻尼体的所述上层底面和所述下层阻尼体的所述下层顶面；其中，所述上层底面和所述下层顶面之间间隔开，所述两上层斜面、所述两下层斜面分别用于与两叶片的柄部摩擦接触；所述上层阻尼体和所述下层阻尼体内结合有与本体材料不同的填充材料。
在一实施方式中，所述两上层斜面、所述两下层斜面沿轴向呈波浪状。
在一实施方式中，所述本体材料为镍基高温合金，所述填充材料为铁基高温合金多孔状结构或者陶瓷基复合材料或者铂铑合金。
根据一实施方式的涡轮转子，包括叶盘和沿所述叶盘的周向设置的叶片，在两相邻的所述叶片的缘板下方且在柄部之间设置阻尼器，所述叶片在所述柄部上沿该叶片的高度方向设置有间隔开的上凸起和下凸起，所述上凸起相对所述下凸起更靠近所述缘板。所述阻尼器为前述任一阻尼器。其中，对于两相邻的所述叶片，在所述涡轮转子工作过程中，所述两上层斜面与两相邻的缘板下侧面分别摩擦接触，所述两下层斜面与两相邻的上凸起的下侧面分别摩擦接触；在所述涡轮转子停止工作时，相对于所述工作过程，该阻尼器可径向向内移动，并通过所述下层底面由所述下凸起限位；所述上层阻尼体和所述下层阻尼体内填充有与本体材料不同的填充材料。
在一实施方式中，所述上凸起的上侧面与所述上层阻尼体的上层底面存在间隙；所述阻尼器的周向的端面与所述叶片的所述柄部的外表面存在间隙；所述下凸起的上侧面与所述下层阻尼体的下层顶面存在间隙。
此外，所述两上层斜面、所述两下层斜面、所述上凸起的所述下侧面以及所述缘板的所述下侧面分别沿轴向呈波浪状。
通过上下两层阻尼器的构型，提供可调阻尼器质量的设置空间，可以根据不同的设计需求，调整阻尼器的质量和频率，防止与叶片产生共振，与此同时增加了阻尼器与叶片缘板、凸起的接触面数量，增大摩擦，抑制叶片振动，以便达到最好的减振效果，
附图说明
本发明的上述的以及其他的特征、性质和优势将通过下面结合附图和实施例的描述而变得更加明显，其中：
图1是涡轮转子的局部的示意图。
图2是阻尼器的立体图。
具体实施方式
下述公开了多种不同的实施所述的主题技术方案的实施方式或者实施例。为简化公开内容，下面描述了各元件和排列的具体实例，当然，这些仅仅为例子而已，并非是对本发明的保护范围进行限制。例如在说明书中随后记载的第一特征在第二特征上方或者上面形成，可以包括第一和第二特征通过直接联系的方式形成的实施方式，也可包括在第一和第二特征之间形成附加特征的实施方式，从而第一和第二特征之间可以不直接联系。另外，这些公开内容中可能会在不同的例子中重复附图标记和/或字母。该重复是为了简要和清楚，其本身不表示要讨论的各实施方式和/或结构间的关系。进一步地，当第一元件是用与第二元件相连或结合的方式描述的，该说明包括第一和第二元件直接相连或彼此结合的实施方式，也包括采用一个或多个其他介入元件加入使第一和第二元件间接地相连或彼此结合。
图1示出了沿一个转子的叶盘的周向设置的两相邻叶片2。涡轮叶片是燃气涡轮发动机中涡轮段的重要组成部件。高速旋转的叶片负责将高温高压的气流吸入燃烧器，以维持引擎的工作。为了能保证在高温高压的极端环境下稳定长时间工作，涡轮叶片往往采用高温合金锻造，并采用不同方式来冷却例如内部气流冷却、边界层冷却、抑或采用保护叶片的热障涂层等方式来保证运转时的可靠性。在蒸汽涡轮发动机和燃气涡轮发动机中，叶片的金属疲劳是发动机故障最主要的原因。强烈的振动或者共振都有可能导致金属疲劳。在两相邻叶片2的柄部设置阻尼器1。通过阻尼器1提供叶片运动的阻力，耗减运动能量。后述阻尼器1的结构不限于涡轮转子，也适合其他转子。
如图1所示，叶片2包括翼型部20、柄部21和榫头25。在柄部21的径向外侧向周向两侧延伸出两缘板24，柄部21的周向两侧还延伸出上凸起22和下凸起23。上凸起22沿叶片的高度方向上更靠近缘板24。
如图1和图2所示。阻尼器1分两层，包括上层阻尼体3和下层阻尼体4。上层阻尼体3具有上层顶面31和上层底面32。上层顶面31包括两上层斜面。
下层阻尼体4具有下层顶面41和下层底面42。下层顶面41包括两下层斜面。
连接壁5连接上层阻尼体5的上层底面32和下层阻尼体4的下层顶面41。
上层底面32和下层顶面41之间间隔开。在转子处于工作状态时，上层顶面31的两上层斜面、下层顶面41的两下层斜面分别用于与两叶片的柄部摩擦接触。上层阻尼体3和下层阻尼体4内填充有与本体材料不同的填充材料61、62、63、64、65、66。结合后面的实施方式可理解到，在转子工作过程中，由于通过上下两层斜面对阻尼器起限位、增大摩擦的作用，可有效抑制叶片震动，与此同时，将阻尼器设置成上下两层阻尼体，阻尼体内局部空心，提供了填充其他材料的空间，改变阻尼器的质量，可根据不同的设计需求调节阻尼器质量，从而可根据不同叶片，改变阻尼器的材料，分别达到最优的减振效果。
如图2所示，上层顶面31的两上层斜面、下层顶面41的两下层斜面沿轴向呈波浪状，可以进一步增加阻尼器1与叶片2的接触面积，增大摩擦，增强对叶片振动的抑制效果。
对于两相邻的叶片2，在涡轮转子工作过程中，上层阻尼体5的上层底面32与两相邻的缘板24的下侧面分别摩擦接触，下层阻尼体4的下层顶面41与两相邻的上凸起22的下侧面分别摩擦接触。而在涡轮转子停止工作时，该阻尼器可径向向内移动，并通过下层底面由下凸起23限位。
相应地，叶片2的缘板24的下表面、上凸起22的下表面沿轴向也为波浪形形状。与上层顶面31的两上层斜面、下层顶面41的两下层斜面有更多的接触面积，增大摩擦，增强对叶片振动的抑制效果。
填充材料61、62、63、64、65、66可以是相同的不同于本体材料的材料，也可以是异于本体材料的且彼此不同的材料。在一个实施方式中，柱体材料为镍基高温合金，可以填充密度低的铁基高温合金多孔状结构，可以填充耐高温密度低的陶瓷基复合材料，也可以镍基高温合金填充密度高且耐高温的铂铑合金。
如图1所示，上凸起22的上表面与上层阻尼体3的上层底面32存在间隙5，以便在发动机运行过程中阻尼器1与叶片2能发生径向相对运动。阻尼器1的周向的端面，即图1和图2中左右侧的端面，与叶片2的柄部21的外表面存在间隙，以便在发动机运行过程中阻尼器1与叶片2能发生周向相对运动。
叶片2的下凸起23的上表面与下层阻尼体4的下层顶面41存在间隙，下凸起23一方面对阻尼器起限位、增大摩擦的作用，一方面允许阻尼器1的径向方向运动。
本发明虽然以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本发明，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以做出可能的变动和修改。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何修改、等同变化及修饰，均落入本发明权利要求所界定的保护范围之内。
Claims (7)
1.阻尼器，设置在两叶片缘板下方且两叶片的柄部之间，其特征在于，包括：
上层阻尼体，具有上层顶面和上层底面，上层顶面包括两上层斜面；
下层阻尼体，具有下层顶面和下层底面，下层顶面包括两下层斜面；
连接壁，连接所述上层阻尼体的所述上层底面和所述下层阻尼体的所述下层顶面；
其中，所述上层底面和所述下层顶面之间间隔开，所述两上层斜面、所述两下层斜面分别用于与两叶片的柄部摩擦接触；
所述上层阻尼体和所述下层阻尼体内结合有与本体材料不同的填充材料。
2.如权利要求1所述的阻尼器，其特征在于，所述两上层斜面、所述两下层斜面沿轴向呈波浪状。
3.如权利要求1所述的阻尼器，其特征在于，所述本体材料为镍基高温合金，所述填充材料为铁基高温合金多孔状结构或者陶瓷基复合材料或者铂铑合金。
4.涡轮转子，包括叶盘和沿所述叶盘的周向设置的叶片，在两相邻的所述叶片的缘板下方且在柄部之间设置阻尼器，其特征在于，
所述叶片在所述柄部上沿该叶片的高度方向设置有间隔开的上凸起和下凸起，所述上凸起相对所述下凸起更靠近所述缘板；
所述阻尼器包括：
上层阻尼体，具有上层顶面和上层底面，上层顶面包括两上层斜面；
下层阻尼体，具有下层顶面和下层底面，下层顶面包括两下层斜面，所述上层底面和所述下层顶面之间间隔开；
连接壁，连接所述上层阻尼体的所述上层底面和所述下层阻尼体的所述下层顶面；
其中，对于两相邻的所述叶片，在所述涡轮转子工作过程中，所述两上层斜面与两相邻的缘板下侧面分别摩擦接触，所述两下层斜面与两相邻的上凸起的下侧面分别摩擦接触；在所述涡轮转子停止工作时，相对于所述工作过程，该阻尼器可径向向内移动，并通过所述下层底面由所述下凸起限位；
所述上层阻尼体和所述下层阻尼体内填充有与本体材料不同的填充材料。
5.如权利要求4所述的涡轮转子，其特征在于，所述两上层斜面、所述两下层斜面、所述上凸起的所述下侧面以及所述缘板的所述下侧面分别沿轴向呈波浪状。
6.如权利要求4所述的涡轮转子，其特征在于，所述本体材料为镍基高温合金，所述填充材料为铁基高温合金多孔状结构或者陶瓷基复合材料或者铂铑合金。
7.如权利要求4所述的涡轮转子，其特征在于，所述上凸起的上侧面与所述上层阻尼体的上层底面存在间隙；所述阻尼器的周向的端面与所述叶片的所述柄部的外表面存在间隙；所述下凸起的上侧面与所述下层阻尼体的下层顶面存在间隙。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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