CN1550642A - 用于涡轮机叶片的振动阻尼器装置 - Google Patents

Abstract

一个阻尼器销钉(40)布置在涡轮机转子的相邻叶片(10)之间。一个第一叶片有环向延伸的支座(24)，以此限定出一对轴向间隔的表面，涡轮机冷态时阻尼器销钉就停留在其上。相邻的叶片有截槽(30)与平台相邻，以提供一斜面(32)覆盖在阻尼器销钉的通常相应的斜面(48)上。阻尼器销钉在凹槽内微松装配，当涡轮机迅速转动时，阻尼器销钉的斜面和凹槽斜面协同作用，将阻尼器销钉挤向第一叶片，从而阻尼器销钉与叶片都接触并消除振动。

Description

用于涡轮机叶片的振动阻尼器装置

技术领域

本发明涉及涡轮机，它具有围绕叶轮环向间置的叶片；本发明尤其涉及一种叶片阻尼器装置，它包括布置在相邻叶片之间的销钉，用于减缓叶片的振动。

背景技术

众所周知，涡轮机一般包括一个转子，例如，包含多个叶轮，每个叶轮上固定多个环向间置的叶片。典型的叶片包括一个翼片、一个平台，一个根部和一个鸠尾榫，鸠尾榫容纳在涡轮机叶轮上的槽或开口中，从而将叶片卡紧在叶轮上。当然，翼片伸入气道，例如燃气轮机的热气道，并把气体的热能转化为旋转机械能。在发动机运行过程中，振动被引入到涡轮机叶片中，如果不消除振动则可能导致叶片的过早失效。

已经有很多不同型式的振动阻尼器被提出并被构造用来减小或消除叶片的振动。例如，参见美国专利号6,354,803；5,156,528；6,390,775；6,478,544；5,827,047；以及6,450,769。尽管这些专利中所公开的振动阻尼器可能对某些类型涡轮机的振动缓冲是有用的，但它们似乎对于具有短根部和翼尖没有护罩的叶片并不完全适用或有效。因此，期待提出一种对这种涡轮机叶片特别有用的包括一个销钉的阻尼器装置，而且这种装置和销钉对其它涡轮机叶片也是适用的。

发明内容

应该意识到，叶片上的短根部具有很小的平台移动，从而引起较小的有效阻尼。反之，当假设根部具有相同的宽度和厚度时，对于较长的根部，相反的结论也是成立的。平台振动的偏移量与根部长度相对于整个叶片长度的比率直接相关。对于这样一级的叶片，其根部长度与总长度的比率远低于典型级为1的叶片比率，低比率导致了低的平台偏移幅度，因此导致阻尼器效能潜力较低。对尖端上有护罩的叶片，护罩提供了附加阻尼，这降低了在有护罩叶片上使用短根部的风险。然而，对于叶片无护罩且是短根部级别的涡轮机叶片，不充分阻尼的风险就增大了。

根据本发明的优选实施例，提供了一种装置，例如，每对相邻的叶片之间有一个居于两者间的阻尼器销钉，减小了全速满载、全速空载时振动的应力幅度，随即使叶片的寿命增加，对短根部无护罩叶片尤其有用。为了实现上述目标，在一个优选实施例中，每个叶片在其环向的两个相对的面上，也就是与翼片压力面和负压面相应的面上，提供了一种构造来锁住相邻叶片间的阻尼器销钉。特别地，一个第一叶片包括一个支座，更为可取的是一对大体上轴向间隔的支座，沿大体上环向的方向从第一叶片伸出，越过平台的边缘伸向相邻的第二叶片。更为可取的是，支座从叶片的负压面伸出。与此相邻的第二叶片包括一个位于第二叶片平台下面的沿大致轴向延伸的截槽。第二叶片的截槽、第一叶片上的支承面和大致沿径向延伸的面在每对叶片之间限定了一个基本上轴向延伸的且位于第二叶片平台下面的大致三角形凹槽。凹槽包括一个由第二叶片形成的斜面。一个细长的阻尼器销钉布置在凹槽中，具有大致三角形的截面形状，并且在凹槽内微松地装配。

涡轮机在冷态时，阻尼器销钉通常停留在第一叶片的支座上。一旦获得全速运行，阻尼器销钉通常沿径向向外移动。阻尼器销钉和第二叶片的配合斜面压挤阻尼器销钉，使之与第一叶片的径向面相接触。于是，阻尼器销钉分别与第一和第二叶片的径向面和斜面相接触。这种摩擦接触能够消除两个叶片的振动。叶片与阻尼器销钉的连接面最好也加工成可提供二者之间改进的面配合，并增强振动消除性能。凹槽也在轴向上向外开口，使阻尼器在安装时可见。重要的是，当涡轮机被装配时，要确保所有的阻尼器销钉已经安装。否则，较高的振动幅度造成较高的应力可导致叶片因高循环疲劳而失效。而且，这种三角形构造，尤其是这种截面大致为直角三角形的凹槽和阻尼器销钉构造提供了一种抗旋转特性，这有助于在运行时无障碍地准确定位阻尼器销钉。这种凹槽和阻尼器的构造由此提高了耐磨性、增加了耐用性、有效的降低了振动应力、抑制了由于高循环疲劳而导致的失效。

根据本发明的一个优选实施例，提供了一种用于涡轮机叶轮的叶片装置，它包含一对环向相邻的叶片，其各有一个翼片、一个平台、一个根部和一个鸠尾榫，成形为鸠尾榫是为了将叶片卡紧到涡轮机叶轮上，叶片对当中的第一叶片包括至少一个第一支座，该支座从叶片的一面沿环向方向延伸并越过第一叶片平台的边缘，支座包括一个支承面；叶片对当中的第二叶片有一截槽，其开口在大体环向方向上朝向第一叶片，并且位于第二叶片平台的下面；截槽包括一个大体沿径向外伸并朝向第一叶片的斜面，第一叶片包括一个毗邻支座的大体径向延伸的面，该径向延伸面和第一叶片的支承面与第二叶片截槽的斜面一起构成了一个位于叶片对之间的凹槽，凹槽在第二叶片下面；一个阻尼器销钉装配在相邻叶片之间的凹槽中，阻尼器销钉可以在支承面上的第一安放位和与第一叶片径向延伸面及第二叶片凹槽斜面相接触的第二安放位之间的凹槽中移动，用于消除叶片的振动。

根据本发明进一步的优选实施例，提供了一种用于涡轮机叶轮的叶片装置，它包含一对环向相邻的叶片，其各有一个翼片、一个平台、一个根部和一个鸠尾榫，成形为鸠尾榫是为了将叶片卡紧到涡轮机叶轮上，叶片对当中的第一叶片包括从其一侧面朝大体环向方向延伸出来的第一和第二支座，并越过第一叶片平台的边缘，支座包括第一和第二支承面，叶片对当中的第二叶片有一截槽，其开口在大体环向方向上朝向第一叶片，并且位于第二叶片平台的下面，截槽包括一个大体沿径向外伸并朝向第一叶片的斜面，第一叶片包括一个连接面，该连接面和第一叶片的支承面与第二叶片截槽的斜面一起构成了一个位于叶片对之间的凹槽，凹槽在第二叶片下面；一个阻尼器销钉布置在相邻叶片之间的凹槽中，至少一个阻尼器销钉的止档布置在支座之间以防止阻尼器销钉沿相对轴向的位移，阻尼器销钉可以在支承面上的第一安放位和与第一叶片连接面及第二叶片凹槽斜面相接触的第二安放位之间的凹槽中移动，用于消除叶片的振动。

附图说明

图1是根据本发明一个优选实施例的、表示叶片与销钉结合时的叶片的局部透视图；

图2是表示相邻叶片之间阻尼器销钉的截面图，基本上是轴向的视图；

图3是阻尼器销钉优选实施例的透视图；

图4是图1中沿4-4放大的横截面断面图，表示了相邻叶片间凹槽中的阻尼器销钉在消除振动时的工作位置；

图5与图3相似，表示了阻尼器销钉改进的形状。

具体实施方式

现在参考附图，尤其是图1，其中表示了一个叶片，通常标记为10，它包括一个翼片12，一个平台14，一个根部16和一个鸠尾榫18。应该意识到，所描述的叶片10是卡紧在涡轮机转子上并围绕转子环向间置的很多叶片中的其中一个。例如，典型的燃气轮机有很多叶轮，其具有轴向或轻微偏离轴向的鸠尾槽形状的开口用来容纳叶片10的鸠尾榫18，从而提供了一种包括翼片12的、围绕转子的环向间置叶片的阵列。从图1和图2看，每个叶片平台的相对和相邻的环向边形成了开槽面20和22。如前面指出的那样，翼片12伸入到气体流中并通过转子的转动将流体的热能转变为机械能。

如图2所示，这一装置包括环向相邻的第一和第二叶片，分别标记为12a和12b。第一叶片12a的开槽面20沿平台14的侧面延伸入根部16。翼片12的负压面21上的根部16包括一对大致轴向间置的支座24，支座24伸出超过了开槽面20的横向边。每个支座24包括一个与叶片平台和根部的两个相对的轴向端相邻的、大致环向延伸的支架或称支承面26(图1)。叶片12a负压面上的支座24之间的区域通常是敞开的，并与开槽面20大致平行。从而，支座24在叶片的大致相对的轴向端提供了支承面26，其从叶片负压面沿环向伸向相邻的叶片。

如图2所示，相邻的叶片即第二叶片12b包括一个截槽30，其大致位于叶片12b压力面上的叶片平台14的下面，截槽30还可能包括第二叶片平台14和根部16的一部分。截槽30沿叶片12b的压力面成形，其拖曳边23示于图2中。应该意识到，截槽包括在叶片整个轴向长度上延伸的斜面32，斜面32在径向上呈角度地外伸且朝向相邻的第一叶片。斜面32终止于过渡曲面区34。第二叶片的截槽30与第一叶片的支承面26构成了两个毗邻叶片的轴向端处的一对凹槽36。

现参考图3，所示的是通常标记为40的阻尼器销钉，其容纳于相邻叶片之间所构成的凹槽36中。阻尼器销钉40包括一个细长的、横截面大致呈三角形的部分，如图2和图4所示。阻尼器销钉40的下部提供了一对轴向间隔的止档44。安装后，这对止档44通常径向内突，两者之间的间距小于涡轮机叶片支座24之间的距离。止档44之间的阻尼器销钉的横截面大致是等边三角形，而相对止档44轴向外伸的阻尼器销钉40尾端部46则具有大致直角形的横截面构造，三角形的斜边和底边50、52分别位于大体上的径向和切向。

从图2来看，应该意识到，阻尼器销钉40的尾端部46容纳在由第二叶片上的截槽32与第一叶片上的支承面26和大致径向的开槽面20所构成的凹槽36中。因此，尾端部46的构造与凹槽36的构造大体一致。然而，应该意识到尾端部46和凹槽36之间是微松装配，可使凹槽中的阻尼器销钉径向外移。此外，当截槽30的斜面32与构成阻尼器销钉40上的斜边表面48两者之间相接合时，阻尼器销钉40可能移向第一叶片。也就是说，当转子获得全速时，因为尾端部46与凹槽36之间的松接触，阻尼器销钉40因离心力而径向外移，导致表面48和斜面32接触并迫使阻尼器销钉的径向面50与开槽面20相接触。因此，当转子全速旋转时，两个叶片12a、12b通过阻尼器销钉而联接。

从图2来看，应该意识到，阻尼器销钉在叶片的至少一端、最好是两个轴向端都是外露的，也就是可以在轴向看见销钉。从而能够可视地确定阻尼器销钉已经被安装在转子装置的相邻叶片之间。也应该意识到，止档44阻止安装好的阻尼器销钉40从凹槽36中轴向移出。尽管图示的是一对止档44，应该意识到在需要的时候可以使用一个单独的止档，其延伸的距离与双止档44之间的间距相当。

参考图5，表示了另外一种阻尼器销钉形状，通常标记为60。阻尼器销钉60包括与描述过的阻尼器销钉40相同的外表面结构。然而，这种形式的阻尼器销钉60可以有一个中空型芯62，例如，一个通道64在相对的两端之间延伸并且贯穿阻尼器销钉的整个长度。还可以是设置一对轴向对齐的通道，并且阻尼器销钉60的实心部分位于阻尼器销钉的相对两端间的这对通道之间。

涡轮机运行时，阻尼器销钉一般位于支座24上，特别是当涡轮机不运行时，阻尼器销钉停留在支承面26上。然而，由于阻尼器销钉上的离心力作用，凹槽中阻尼器销钉的松装配使得阻尼器销钉端46迅速从支承面26上升起，阻尼器销钉40的表面48和斜面32彼此接触。这种接触也挤压阻尼器销钉使其在环向上移动，从而使阻尼器销钉的底边50与开槽面20接触。由于阻尼器销钉的底边50和表面48与两涡轮机叶片12a和12b相接触，于是通过阻尼器销钉和叶片之间的摩擦连接使叶片的振动被消除。

尽管已经对本发明和目前最实用和最优选实施例一起进行了描述，应该认识到本发明不限于所公开的实施方式，而是与之相反，各种改进和等同的结构也都包含在所附权利要求的精神和范围内。

Claims (10)

1.一种用于涡轮机叶轮的叶片装置，包括：

一对环向相邻的叶片(12a，12b)，其各有一个翼片(12)、一个平台(14)、一个根部(16)和一个鸠尾榫(18)，成形为鸠尾榫是为了将叶片卡紧到涡轮机叶轮上；

所述叶片对当中的第一叶片(12a)包括至少一个第一支座(24)，该支座从叶片的一侧面沿基本上环向方向延伸并越过第一叶片平台的边缘，支座包括一个支承面(26)；

所述叶片对当中的第二叶片(12b)有一个截槽(30)，其开口在大体环向方向上朝向第一叶片，并且位于第二叶片平台的下面，截槽包括一个大体沿径向方向外伸并朝向第一叶片的斜面(32)，第一叶片包括一个毗邻支座的大体径向延伸的面(20)，该径向延伸面和第一叶片的支承面与第二叶片截槽的斜面一起构成了一个位于叶片对之间的凹槽(36)，凹槽在第二叶片下面；

一个阻尼器销钉(40)装配在相邻叶片之间的凹槽中，阻尼器销钉可以在支承面上的第一安放位和与第一叶片径向延伸面及第二叶片凹槽斜面相接触的第二安放位之间的凹槽中移动，用于消除叶片的振动。

2.如权利要求1所述的装置，其特征在于所述的阻尼器销钉和所述凹槽两者尺寸的设定使得阻尼器销钉的第三表面(52)能够从所述支承面上升起以响应涡轮机叶轮的旋转。

3.如权利要求1所述的装置，包括一个在所述第一叶片上的第二支座(24)，它与第一支座轴向间置并有一个第二支承面以支承阻尼器销钉；至少一个阻尼器销钉止档(44)布置在支座间，以阻止阻尼器销钉在至少一轴向上的位移。

4.如权利要求1所述的装置，包括一个第二支座(24)，它大体上与第一叶片上的第一支座轴向间置，并有一个第二支承面以支承阻尼器销钉；一对阻尼器销钉的止档(44)布置在支座表面间，以阻止阻尼器销钉在相对轴向上的位移。

5.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述凹槽都在所述叶片通常的轴向面上开口，因而露出了阻尼器销钉的一端，以便从叶片和叶轮的轴向外部可以看到阻尼器销钉。

6.如权利要求1所述的装置，其特征在于所述的阻尼器销钉和凹槽大致是三角形的，各自的配对表面(50，24，52，20)相对构造成的形状防止阻尼器销钉绕与涡轮机叶轮的旋转轴线大致平行的轴线而旋转。

7.如权利要求1所述的装置，其特征在于所述第一和第二叶片的、限定了所述凹槽的表面(20，26，32)是机加工面。

8.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述第二叶片的凹槽安置在相应翼片的其压力面所在的那一侧。

9.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述支座(24)从所述第一叶片的、对应于第一翼片的负压面的一侧伸出。

10.一种用于涡轮机叶轮的叶片装置，包括：

一对环向相邻的叶片(12a，12b)，其各有一个翼片(12)、一个平台(14)、一个根部(16)和一个鸠尾榫(18)，成形为鸠尾榫是为了将叶片卡紧到涡轮机叶轮上；

所述叶片对当中的第一叶片(12a)包括从其一侧面朝大体环向方向延伸出来的第一和第二支座(24)，并越过第一叶片平台的边缘，支座包括第一和第二支承面(26)；

所述叶片对当中的第二叶片(12b)有一截槽(30)，其开口在大体环向方向上朝向第一叶片，并且位于第二叶片平台的下面，截槽包括一个大体沿径向外伸并朝向第一叶片的斜面(32)，第一叶片包括一个连接面(20)，该连接面(20)和第一叶片的支承面(26)与第二叶片截槽的斜面(32)一起构成了一个位于叶片对之间的凹槽(36)，凹槽在第二叶片下面；

一个阻尼器销钉(40)装配在相邻叶片之间的凹槽中，至少一个阻尼器销钉的止档(44)布置在支座之间以防止阻尼器销钉沿相对轴向的位移，阻尼器销钉可以在支承面上的第一安放位和与第一叶片接触面及第二叶片凹槽斜面相接触的第二安放位之间的凹槽中移动，用于消除叶片的振动。

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