CN116848314A - 具有改进的振动行为的涡轮机转子 - Google Patents

Abstract

包括环绕中心轴线(X‑X)延伸的主体(10)的组件(1)，主体(10)具有外表面(14)，多个叶片(20)从所述外表面延伸，每个叶片(20)具有叶片根部(22)和叶片尖端(24)，所述叶片根部(22)和叶片尖端(24)相对于中心轴线(X‑X)限定了叶片(20)的内径向端和外径向端，叶片(20)具有相对于中心轴线(X‑X)径向地测量的相同叶片高度(H)，其特征在于，每个叶片(20)通过其叶片根部(22)经由具有非零连接高度的连接部(30)连接到主体(10)，使得对于多个叶片(20)，两个连续叶片(20)的连接高度不同。

Description

具有改进的振动行为的涡轮机转子

技术领域

本公开涉及叶片元件的领域，并且特别地应用于叶轮，特别是对于涡轮机转子的情况。

现有技术

本公开特别地涉及特别地涡轮机中采用的叶轮或叶片盘，例如涡轮喷气发动机。事实上，叶轮是受到振动现象影响的元件，所述振动现象可能对系统的运行产生重大影响。区分了两种类型的现象：同步现象和异步现象。

同步现象源于系统的转子和定子之间的相互作用。定子元件的几何形状在部件旋转时产生激振尾流。振动频率是旋转速度的整数倍。

异步现象对应于纯气动激励：频率与转速无关。如果转速是自诱导的，例如在颤振的情况下，则转速对叶片装置的破坏性特别大。

为了限制异步现象，已知使用蓄意失谐，其涉及形成具有不同振动特性的叶片组，例如不同的刚度和质量，这限制了不同叶片之间的能量传输，从而限制了自诱导颤振的风险。

然而，通常的蓄意失谐的解决方案对气动性能产生强烈的负面影响，这并不令人满意。此外，在某些情况下，可以观察到同步现象的增加，其自然地因此不令人满意。

因此，本公开寻求至少部分地响应这些问题。

发明内容

为此，本公开涉及一种涡轮机转子，其包括环绕中心轴线延伸的主体，主体具有外表面，多个叶片从所述外表面延伸，每个所述叶片具有叶片根部和叶片尖端，所述叶片根部和叶片尖端相对于中心轴线限定了叶片的内径向端和外径向端，所述叶片具有相对于中心轴线径向地测量的相同叶片高度，其特征在于，每个叶片通过其叶片根部经由具有非零连接高度的连接部连接到主体，使得对于多个所述叶片，两个连续叶片的连接高度不同。

根据一个示例，对于每个叶片，连接部的连接高度介于叶片高度的2％和13％。

根据一个示例，两个连续叶片的连接部的连接高度之差介于叶片高度的1％和5％。

根据一个示例，两个连续叶片的连接部的连接高度之差介于叶片高度的2％和3％。

根据一个示例，叶片与主体的连接高度根据正弦轮廓而变化。

根据一个示例，叶片与主体的连接高度根据三角形轮廓而变化。

根据一个示例，主体是具有中心凹陷的环形主体。

根据一个示例，对于每个叶片，通过具有圆形部分横截面的倒角实现了主体和叶片根部之间的连接部。

根据一个示例，对于每个叶片，实现了主体和叶片根部之间的连接，以具有可变曲率半径。

根据一个示例，主体和叶片形成单件式叶片盘。

本公开还涉及一种涡轮机，其包括如先前限定的涡轮机转子。

附图说明

在阅读了通过非限制性示例给出的本发明的不同实施例的以下给出的详细描述后，将更好地理解本发明及其优点。

图1是根据本发明应用的一个示例的单件式叶片盘的视图。

图2是根据本发明应用的一个示例的单件式叶片盘的另一视图。

图3的图表示出了根据本发明一个方面的组件的最小曲率半径的演变示例。

图4的图表示出了根据本发明一个方面的组件的最小曲率半径演变的另一示例。

图5示意性地示出了连接高度的限定。

在多个附图中，公共元件标记有相同的附图标记。

具体实施方式

图1和2是根据本发明一个方面的组件1的两个视图，其在此处示出为单件式叶片盘1的形式。如图所示的单件式叶片盘1是本发明应用的一个示例，特别是对于涡轮机转子。如在阅读说明书后将会理解的，本发明可更广泛地应用于一种包括具有多个叶片的主体，并受到振动现象影响的部件。单件式叶片盘1包括【主体】10和多个叶片20。

如图所示的主体10是环绕限定纵向方向的中心轴线X-X延伸的环形主体。如图所示的主体10包括相对于纵向轴线延伸至内径的内表面12以及相对于中心轴线X-X延伸至外径的外表面14。

叶片20相对于中心轴线X-X，从主体10的外表面14径向地延伸。

对于每个叶片20限定了叶片根部22和叶片尖端24，所述叶片根部22和叶片尖端24分别限定了叶片20相对于中心轴线X-X的内径向端和外径向端。叶片20通常示出相对于中心轴线X-X相同的外半径，特别地在应用于旋转元件的情况下，外半径是中心轴线X-X和叶片尖端24之间的距离。

叶片20和主体10之间的链接具有连接部30，以避免产生应力集中的锐角。

通常，叶片20和连接部30在主体10的整个外周上等同。

然而，本公开提出了一种不同的方法，并且提出了改变将叶片20连接到主体10的连接部30的几何形状。

对于每个连接部30限定了连接高度。连接高度对应于沿径向方向测量的，在连接部的外径向端与其沿径向方向在内流上的突出之间的距离。图5示意性地示出了连接高度H相对于连接部30及其突出30P的限定的示例。

从图2可以特别地看出，对于每个叶片20，对应于所考虑的连接部30的连接高度根据相关联叶片20相对于中心轴线X-X的角位置而演变。连接高度对应于相对于轴线X-X沿径向方向测量的所考虑的连接部30的高度。更准确地，链接叶片20的根部的连接部30的连接高度在主体10的整个外周上不恒定。

根据一个示例，通过改变链接叶片20的根部的连接部30的最小曲率半径实现了连接高度的该变化。

为了改变连接高度，连接部30可具有不同的形状。它们通常具有可变或恒定的连接高度，或者可能具有可变或恒定的曲率半径，或者例如可具有连接高度可变或可能曲率半径可变的一个或多个部分，以及连接高度可变或恒定或可能曲率半径恒定的一个或多个部分。

根据一个示例，连接部30形成具有圆形部分横截面的倒角，最小曲率半径然后等于倒角的半径，然后连接高度通常等于倒角的半径。

图3和4图示了经由不同叶片20的最小曲率半径演变的连接高度演变的两个示例，此处相对于叶片20的高度H，即所考虑叶片20的叶片根部22和叶片尖端24之间的最大距离，测量最小曲率半径值，叶片20通常具有等同高度。

不同叶片20的连接高度演变的变型形成了如图3和4所示的模式，其表征为失谐模式。

此处可以限定不同的失谐模式。

在图3图示的示例中，连接部30形成正弦模式。在图4图示的示例中，连接部30形成三角形模式。应该理解的是，特别地根据叶片20的数量以及根据所考虑的失谐模式采用的不同值的数量设计了这些模式。还应当理解的是，这些模式的示例不是限制性的。

从这些附图可以看出，连接高度，或者通常不同连接部30的最小曲率半径，通常具有介于高度H的2％和13％，或者甚至介于高度H的5％和13％的值。

通常实现了不同连接部30的连接高度或可能地最小曲率半径，使得对于两个连续叶片20，连接高度之差，或可能它们各自连接部30的最小曲率半径之差介于H的1％和5％，或例如介于H的2％和3％。因此，两个连续的叶片20的连接部30从不相等。

从附图可以看出，对于每个调谐模式，限定了几个最小连接高度值，或者可能几个最小曲率半径值。在所示的示例中，区分了4个最小连接高度值，或者更准确地，最小曲率半径值。应该理解的是，值的数量可以变化，并且通常大于2。

已经观察到的是，此类最小连接高度的变化，或者可能地不同连接部30的最小曲率半径的变化，允许将同步响应水平降低约10％到30％。此外，在流速和效率方面对组件的影响最小，甚至忽略不计，因此这种失谐模式的实施并不影响组件的可操作性。

因此，本公开允许通过修改叶片20和主体10之间的连接部30的几何形状来实现失谐。如所提出的不同连接部30的连接高度或可能地最小曲率半径的变化

允许在相邻叶片之间具有足够恒定的频率间隙，以确保异步振动稳定性，同时改进同步响应的鲁棒性。

例如，本发明可应用于涡轮机部件，诸如单件式叶片盘，或更通常地应用于包括具有多个叶片并受到振动现象影响的主体的任何部件。

本发明特别地可适用于形成涡轮机转子的涡轮机部件，所述涡轮机部件相对于涡轮机的定子沿中心轴线X-X旋转移动。

尽管已经通过参考特定的示例性实施例描述了本发明，但很明显的是，在不脱离由权利要求限定的本发明的通用范围的情况下，可以对这些实施例进行修改和改变。特别地，图示/提及的不同实施例的单独特征可以组合成额外的实施例。因此，说明书和附图应当认为是说明性而非限制性的。

同样很明显的，参考方法描述的所有特征都可以单独或组合地转置到装置，相反，参考装置描述的所有特征都可以单独地或组合地转置到方法。

Claims (11)

1.一种涡轮机转子(1)，其包括环绕中心轴线(X-X)延伸的主体(10)，主体(10)具有外表面(14)，多个叶片(20)从所述外表面延伸，

每个所述叶片(20)均具有叶片根部(22)和叶片尖端(24)，所述叶片根部(22)和叶片尖端(24)相对于所述中心轴线(X-X)限定了所述叶片(20)的内径向端和外径向端，所述叶片(20)具有相对于所述中心轴线(X-X)径向测量的相同的叶片高度(H)，

其特征在于，

每个所述叶片(20)均通过其叶片根部(22)经由具有非零连接高度的连接部(30)连接到所述主体(10)，使得对于多个所述叶片(20)，两个连续叶片(20)的连接高度不同。

2.根据权利要求1所述的涡轮机转子(1)，其中，对于每个叶片(20)，连接部(30)的连接高度介于叶片高度(H)的2％与13％之间。

3.根据权利要求1或2所述的涡轮机转子(1)，其中，两个连续叶片(20)的连接高度之差介于叶片高度(H)的1％与5％之间。

4.根据权利要求3所述的涡轮机转子(1)，其中，两个连续叶片(20)的连接高度之差介于叶片高度(H)的2％与3％之间。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的涡轮机转子(1)，其中，叶片(20)至主体(10)的连接高度的演变根据正弦轮廓而变化。

6.根据权利要求1至4中任一项所述的涡轮机转子(1)，其中，叶片(20)至主体(10)的连接高度的演变根据三角形轮廓而变化。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的涡轮机转子(1)，其中，主体(10)是具有中心凹陷的环形主体。

8.根据权利要求1至7中任一项所述的涡轮机转子(1)，其中，对于每个叶片(20)，通过具有圆形部分横截面的倒角实现主体(10)与叶片根部(22)之间的连接部(30)。

9.根据权利要求1至7中任一项所述的涡轮机转子(1)，其中，对于每个叶片(20)，实现了主体(10)与叶片根部(22)之间的连接部(30)，以具有可变的曲率半径。

10.根据权利要求1至9中任一项所述的涡轮机转子(1)，其中，主体(10)与叶片(20)形成一单件的叶片盘。

11.一种涡轮机，包括根据前述权利要求中任一项所述的涡轮机转子(1)。