CN114704334A - 一种涡轮叶片叶冠阻尼系统 - Google Patents

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吴云伍
董越
李莹
王威
陈育志
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Abstract

本申请提供了一种涡轮叶片叶冠阻尼系统，包括：叶片，所述叶身的顶端具有叶冠，所述叶冠上至少具有两个封严齿，相邻两个所述封严齿之间具有空间，在所述空间内具有与所述封严齿延伸方向相同的固定部，所述固定部内具有沿着固定部长度方向延伸的叶冠阻尼槽；阻尼块，安装在固定部的叶冠阻尼槽内，其中，所述阻尼块具有阻尼安装孔，阻尼安装孔的延伸方向也与叶冠的延伸方向相同；阻尼销，所述阻尼销两端的端头为圆球状、中间部位为圆柱状，且所述端头与中间部位之间圆滑过渡，所述阻尼销安装在相邻两个叶片的叶冠阻尼槽内。本申请提供的涡轮叶片阻尼系统，可简化涡轮叶片结构、提高阻尼器减振效果，提高涡轮叶片减振和抗高周疲劳效能。

Description

一种涡轮叶片叶冠阻尼系统
技术领域
本申请属于航空发动机技术领域，特别涉及一种涡轮叶片叶冠阻尼系统。
背景技术
燃气涡轮发动机中，涡轮叶片是发动机性能提升的主要“推手”，同时也是制约发动机使用寿命、安全性与可靠性的关键因素。随着材料抗蠕变性能的大幅度提升，由有害振动引起的叶片高周疲劳失效断裂已成为叶片损伤的首要破坏模式，而通过涡轮叶片阻尼减振可以减少叶片高周疲劳失效断裂。
涡轮叶片阻尼阻尼设计的难点主要在于阻尼器既要提供足够的附加阻尼以达到良好的减振效果，又不能带来结构上的较大应力集中导致叶片应力提升，同时阻尼结构又应具备良好的耐磨性、加工性和装配性，以及定检过程中的可检查性。影响阻尼器阻尼减振效果的主要因素为阻尼功，即接触正压力与接触面相对位移的乘积，因此阻尼器应首要考虑提升接触面正压力和振动过程中的接触面相对位移，同时工程上容易实现。
现有技术中存在一些叶片阻尼减振系统，例如专利号CN201610314551.4公开了具有带槽道的销的涡轮叶片阻尼系统，专利号CN200810095076.1公开了用于涡轮机叶片的阻尼器。
然而现有技术中的叶片阻尼减振方案主要存在如下缺点：
1)涡轮叶片阻尼器均位于缘板下方，半径较低，相同转速和振幅下，接触面正压力和相对滑动位移较小，导致阻尼功较低，阻尼效果不显著；
2)涡轮叶片阻尼器占用伸根较大的空间，并设置专用的结构装配阻尼器，使伸根结构变得更加复杂，进一步导致加工难度增加，引起应力集中，降低可靠性；
3)涡轮叶片阻尼器与叶片缘板直接进行接触，在相对运动过程中不断磨损叶片，破坏了叶片本身的结构完整性；
4)涡轮叶片阻尼器与叶片的接触状态不稳定，接触无法满足多自由度的接触条件；
5)涡轮叶片阻尼器封闭在伸根腔内，前后各有挡板，无法通过孔探等检查方式对阻尼器结构完整性进行检查，只能通过分解检查，检查方式复杂繁琐、周期长、综合成本高。
发明内容
本申请的目的是提供了一种涡轮叶片叶冠阻尼系统，以解决或减轻背景技术中的至少一个问题。
本申请的技术方案是：一种涡轮叶片叶冠阻尼系统，包括：
叶片，所述叶身的顶端具有叶冠，所述叶冠上至少具有两个封严齿，相邻两个所述封严齿之间具有空间，在所述空间内具有与所述封严齿延伸方向相同的固定部，所述固定部内具有沿着固定部长度方向延伸的叶冠阻尼槽；
阻尼块，安装在固定部的叶冠阻尼槽内，其中，所述阻尼块具有阻尼安装孔，阻尼安装孔的延伸方向也与叶冠的延伸方向相同；
阻尼销，所述阻尼销两端的端头为圆球状、中间部位为圆柱状，且所述端头与中间部位之间圆滑过渡，所述阻尼销安装在相邻两个叶片的叶冠阻尼槽内。
进一步的，所述固定部内的叶冠阻尼槽为非贯通槽，所述叶冠阻尼槽自所述固定部的两端向中间延伸而在所述固定部的中部形成隔板或隔墙。
进一步的，自所述固定部的两端向中间延伸的叶冠阻尼槽以中部的隔板或隔墙形成对称结构。
进一步的，所述阻尼安装孔在径向截面上成椭圆形，所述椭圆形的长轴周向设置，椭圆形的短轴径向设置。
进一步的，所述阻尼安装孔的椭圆形短轴长度与所述阻尼销的最大轮廓相同。
进一步的，所述固定部内的叶冠阻尼槽为梯形，且与所述叶冠阻尼槽相适配的阻尼块的外形也为梯形。
进一步的，所述叶冠阻尼槽的根部为圆形。
进一步的，所述阻尼销的长度为叶冠阻尼槽深度的两倍，当所述阻尼销安装在相邻两个叶片的叶冠阻尼槽时，所述阻尼销平均分布在两个叶片的叶冠阻尼槽中。
进一步的，还包括：轮盘，所述轮盘用于承载叶片，其中，所述轮盘呈环形，所述轮盘的边缘周向设有多个榫槽，所述叶片的榫头安装在榫槽内。
本申请提供的涡轮叶片阻尼系统，可简化涡轮叶片结构、提高阻尼器减振效果，提高涡轮叶片减振和抗高周疲劳效能。
附图说明
为了更清楚地说明本申请提供的技术方案，下面将对附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述的附图仅仅是本申请的一些实施例。
图1为本申请的涡轮叶片叶冠阻尼系统示意图。
图2为本申请的阻尼销示意图。
图3为本申请的阻尼系统安装后俯视图。
图4为本申请的阻尼系统剖面示意图。
图5为本申请的阻尼系统轴向、径向错位示意图。
图6为本申请的阻尼系统周向错位示意图。
附图标记：
1-叶片
11-叶冠
12-封严齿
13-缘板
14-固定部
141-叶冠阻尼槽
15-伸根
16-榫头
2-阻尼块
21-阻尼安装孔
3-阻尼销
31-端头
32-中间部
4-轮盘
41-榫槽
具体实施方式
为使本申请实施的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行更加详细的描述。
如图1所示，本申请提供的新型涡轮叶片叶冠阻尼系统，可适用于燃气涡轮叶片阻尼减振、抗高周疲劳结构设计，主要包括叶片1、阻尼块2和阻尼销3及轮盘4。
叶片1的中部为叶身，在叶身的顶端具有叶冠11，叶冠11上至少具有两个封严齿12，两封严齿12之间具有预定间隙或空间，在该间隙或空间内具有与封严齿12延伸方向相同的固定部14，固定部14内具有沿着固定部14长度方向延伸的叶冠阻尼槽141。其中，固定部14内的叶冠阻尼槽141通常为非贯通状态，而是叶冠阻尼槽141自固定部14的两端向中间延伸，在固定部14的中部形成隔板或隔墙。自固定部14的两端向中间延伸的叶冠阻尼槽141通常与中间部位的隔板或隔墙为对称结构(中心对称)。在叶身的底端具有缘板13，在缘板13的外侧还具有伸根15及与伸根15连接到榫头16。
阻尼块2安装在固定部14的叶冠阻尼槽141内。阻尼块2具有阻尼安装孔21，阻尼安装孔21的延伸方向也与叶冠的延伸方向相同。其中，阻尼安装孔21在径向截面上成椭圆形，椭圆形的长轴周向设置、椭圆形的短轴径向设置，阻尼安装孔21的椭圆形短轴长度与阻尼销3的最大轮廓相同。在本申请优选实施例中，固定部14为板状结构构成，其弯折后形成的外形为梯形，其内的叶冠阻尼槽141也为梯形，相应的，阻尼块2的外形也为梯形。
如图2所示，阻尼销3整体上呈中间细、两端粗的狗骨状结构，即阻尼销两端的端头31为圆球状、中间部32为圆柱状，端头31与中间部32之间圆滑过渡。阻尼销3的最大轮廓为阻尼销3两端端头31的球面处。阻尼销3的长度大致约为叶冠阻尼槽141深度的两倍，当阻尼销3安装在相邻两个叶片1的叶冠阻尼槽141时，阻尼销3平均分布在两个叶片1的叶冠阻尼槽141中。
轮盘4是叶片1的承载装置，其呈环形，在轮盘4的边缘周向设有多个榫槽41，叶片1的榫头16可安装在榫槽41内。
安装时，阻尼块2分别插入叶冠11两侧的叶冠阻尼槽141中，阻尼销3一侧穿入叶片盆侧的阻尼块2的阻尼安装孔21内，另一侧穿入相邻叶片1背侧的阻尼块2的阻尼安装孔21内，完成对叶冠阻尼的安装。装配完成后的叶冠俯视图如图3所示，剖面图如图4所示。叶冠阻尼安装完成后，将叶片1的榫头16插入轮盘4的榫槽41中，完成叶片1与轮盘4的装配。
阻尼系统工作时，首先根据装配关系对组件进行安装，叶片1在燃气涡轮载荷环境中发生振动，振动使得叶冠11相对轮盘4产生多个自由度(径向、周向、轴向)的相对错动，进一步使相邻两个叶片1的叶冠11发生相对错动。如图5所示的相邻叶片叶冠间的轴向、径向错动示意图，此时阻尼销3的端头球面与阻尼块2的阻尼安装孔21内部安装面发生相对转动。如图6所示的相邻叶片叶冠间的周向错动示意图，此时阻尼销3的端头球面与阻尼块2的阻尼安装孔21内部安装面发生相对滑动，从而实现为叶片提供阻尼，降低叶片振动响应。
本申请的阻尼系统相对于现有技术的阻尼方案来说，该阻尼系统位于叶冠，半径较高，在相同转速和振幅下，接触面正压力和相对滑动位移较大，有较大的阻尼功，阻尼效果显著；阻尼结构位于叶冠，不占用伸根空间，可降低伸根长度，提高可靠性；该阻尼结构通过阻尼销与阻尼块之间的摩擦来实现阻尼效果，不直接与叶片接触，保证了叶片结构完整性，且阻尼销、阻尼块可单独进行更换，成本低；阻尼结构通过阻尼销的端头球面与阻尼安装孔内端面进行接触，接触状态稳定，球面接触自由度高；阻尼结构位于叶冠，可通过孔探直接观察到阻尼状态，不需分解涡轮组件，检查方式简单高效，综合成本低。
本申请提供的涡轮叶片阻尼系统，可简化涡轮叶片结构、提高阻尼器减振效果，提高涡轮叶片减振和抗高周疲劳效能。
以上所述，仅为本申请的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (9)

1.一种涡轮叶片叶冠阻尼系统，其特征在于，包括：
叶片，所述叶身的顶端具有叶冠，所述叶冠上至少具有两个封严齿，相邻两个所述封严齿之间具有空间，在所述空间内具有与所述封严齿延伸方向相同的固定部，所述固定部内具有沿着固定部长度方向延伸的叶冠阻尼槽；
阻尼块，安装在固定部的叶冠阻尼槽内，其中，所述阻尼块具有阻尼安装孔，阻尼安装孔的延伸方向也与叶冠的延伸方向相同；
阻尼销，所述阻尼销两端的端头为圆球状、中间部位为圆柱状，且所述端头与中间部位之间圆滑过渡，所述阻尼销安装在相邻两个叶片的叶冠阻尼槽内。
2.如权利要求1所述的涡轮叶片叶冠阻尼系统，其特征在于，所述固定部内的叶冠阻尼槽为非贯通槽，所述叶冠阻尼槽自所述固定部的两端向中间延伸而在所述固定部的中部形成隔板或隔墙。
3.如权利要求2所述的涡轮叶片叶冠阻尼系统，其特征在于，自所述固定部的两端向中间延伸的叶冠阻尼槽以中部的隔板或隔墙形成对称结构。
4.如权利要求1所述的涡轮叶片叶冠阻尼系统，其特征在于，所述阻尼安装孔在径向截面上成椭圆形，所述椭圆形的长轴周向设置，椭圆形的短轴径向设置。
5.如权利要求4所述的涡轮叶片叶冠阻尼系统，其特征在于，所述阻尼安装孔的椭圆形短轴长度与所述阻尼销的最大轮廓相同。
6.如权利要求1所述的涡轮叶片叶冠阻尼系统，其特征在于，所述固定部内的叶冠阻尼槽为梯形，且与所述叶冠阻尼槽相适配的阻尼块的外形也为梯形。
7.如权利要求6所述的涡轮叶片叶冠阻尼系统，其特征在于，所述叶冠阻尼槽的根部为圆形。
8.如权利要求7所述的涡轮叶片叶冠阻尼系统，其特征在于，所述阻尼销的长度为叶冠阻尼槽深度的两倍，当所述阻尼销安装在相邻两个叶片的叶冠阻尼槽时，所述阻尼销平均分布在两个叶片的叶冠阻尼槽中。
9.如权利要求1所述的涡轮叶片叶冠阻尼系统，其特征在于，还包括：轮盘，所述轮盘用于承载叶片，其中，所述轮盘呈环形，所述轮盘的边缘周向设有多个榫槽，所述叶片的榫头安装在榫槽内。
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