CN206928974U - 叶片阻尼器、涡轮及航空发动机 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种叶片阻尼器、涡轮及航空发动机，其中叶片阻尼器设置在两个相邻涡轮叶片之间，并通过该阻尼器与涡轮叶片之间的摩擦力来实现减振的目的，该阻尼器的外表面设有凸起，凸起的顶部与待接触面相互接触，以使待接触面和阻尼器的外表面之间形成间隙，阻尼器的外表面设有冷却孔，通过冷却孔能够向间隙内输送冷却气流。本实用新型通过在阻尼器外表面设置凸起，并且凸起的顶部与待接触面相互接触，使得待接触面与阻尼器的外表面之间形成了间隙，而阻尼器的外表面还设有冷却孔，因此可将冷却气流通过该冷却孔输送至该间隙内，以实现对涡轮叶片的冷却，克服了现有技术中因阻尼器的阻挡而无法对叶片进行冷却的问题，可以有效降低叶片的温度。

Description

叶片阻尼器、涡轮及航空发动机

技术领域

本实用新型涉及涡轮叶片减振技术领域，尤其涉及一种叶片阻尼器、涡轮及航空发动机。

背景技术

航空发动机和燃气轮机等机器所使用的轴流式涡轮转子叶片在工作过程中，由于叶片表面的气动压力随时间的波动，会激起对叶片的振动，如果不采用有效的措施来降低振动水平，则会降低转子叶片的工作寿命，甚至会因叶片振动的应力过大而导致叶片断裂，对发动机造成损伤。

为解决上述问题，现有技术中普遍采用的方法是在叶片中加入阻尼装置，通过阻尼装置消耗振动能量，降低叶片振动水平。目前，比较常用的阻尼装置为缘板阻尼器。

一般地，缘板阻尼器设置为具有一定的质量，转子在旋转过程中产生的阻尼器受离心力影响，压紧在两个相邻叶片缘板之间。当叶片发生振动时，叶片缘板与阻尼器之间因离心力而存在摩擦力，叶片缘板与阻尼器之间的相对滑动将因摩擦力而消耗振动能量，从而降低叶片振动量。叶片缘板与阻尼器之间的相对滑动消耗的能量越大，叶片减振效果越好。

对于缘板阻尼器来说，叶片缘板与阻尼器之间的相对滑动所消耗的能量与摩擦力的大小直接相关，而摩擦力的大小又受阻尼器离心力及阻尼器与叶片缘板之间的摩擦系数的影响，其中离心力由阻尼器质量、质心和发动机转速决定，阻尼器与缘板之间的摩擦系数则由材料和表面状况决定。

缘板阻尼器存在以下几个问题：

1、虽然阻尼器的质量增加会增大叶片系统的离心力，阻尼器摩擦力也随离心力的增大而增大，但是，缘板阻尼器结构因其叶片缘板与榫头之间的空间限制，难以设置较大质量；

2、叶片的振动应力并非与转速正相关，在叶片多个共振转速范围内，缘板阻尼器难以全部提供合适的摩擦力以降低叶片振动；

3、依靠离心力作用的缘板阻尼器，因相邻叶片缘板之间的间隙较小，在工作过程中阻尼器的重心会偏向某一个叶片缘板，从而使阻尼器在离心力作用下全部压紧在这个叶片上，进而导致阻尼器与另一个相邻叶片缘板不接触，不具有减振的作用；

4、叶片缘板的温度较高，但因阻尼器的阻挡，难以较好地对缘板进行冷却。

需要说明的是，公开于本实用新型背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本实用新型的总体背景的理解，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。

实用新型内容

本实用新型的目的是提出一种叶片阻尼器、涡轮及航空发动机，以解决现有技术中的阻尼器难以对涡轮叶片进行冷却的问题。

为实现上述目的，本实用新型提供了一种叶片阻尼器，设置在两个相邻涡轮叶片之间，并通过该阻尼器与所述涡轮叶片之间的摩擦力来实现减振的目的，该阻尼器的外表面设有凸起，所述凸起的顶部与待接触面相互接触，以使所述待接触面和所述阻尼器的外表面之间形成间隙，所述阻尼器的外表面设有冷却孔，通过所述冷却孔能够向所述间隙内输送冷却气流。

进一步地，所述冷却气流在所述间隙内的冲击距离与所述冷却孔的半径之比为2～5。

进一步地，所述冷却孔设置在所述阻尼器的外表面的未设置所述凸起的位置。

进一步地，所述阻尼器至少部分地具有弹性，以通过弹性力保持所述阻尼器与所述待接触面之间的紧密接触。

进一步地，所述阻尼器为空心结构，并且所述阻尼器设有开口，以使所述阻尼器在受到挤压时能够发生弹性变形。

进一步地，所述阻尼器的壁厚小于1mm。

进一步地，所述阻尼器采用镍基高温合金材料或陶瓷基复合材料制成。

进一步地，所述凸起包括多个，多个所述凸起间断布置或者连续布置。

进一步地，所述凸起包括多个，多个所述凸起连续布置，并形成至少一个长条形的凸块。

进一步地，所述凸起为实心结构或空心结构。

进一步地，所述阻尼器采用板件折弯而成，所述凸起由所述阻尼器的板体向外拱起而形成。

进一步地，所述凸起与所述待接触面之间的接触为面接触。

进一步地，所述阻尼器的外表面涂设有耐磨涂层。

为实现上述目的，本实用新型还提供了一种涡轮，包括涡轮叶片和上述的叶片阻尼器。

进一步地，所述涡轮叶片包括叶片本体、榫头以及连接在所述叶片本体和所述榫头之间的伸根，所述阻尼器设置在两个相邻所述涡轮叶片的相邻所述伸根之间。

进一步地，所述阻尼器的与所述伸根相互接触的部分具有弹性。

进一步地，所述涡轮叶片还包括位于所述叶片本体和所述伸根之间的缘板，所述伸根的侧面设有托板，所述阻尼器安装在所述缘板的下方且位于所述托板的上方。

进一步地，所述阻尼器的外表面包括顶面、底面、第一侧面和第二侧面，所述顶面通过所述凸起与作为所述待接触面的所述缘板的下表面相互接触，所述底面通过所述凸起与作为所述待接触面的所述托板的上表面相互接触，所述第一侧面与作为所述待接触面的两个相邻所述涡轮叶片中的一个的所述伸根的侧面相互接触，所述第二侧面与作为所述待接触面的两个相邻所述涡轮叶片中的另一个的所述伸根的侧面相互接触。

进一步地，所述第一侧面和/或所述第二侧面为曲面。

为实现上述目的，本实用新型还提供了一种航空发动机，包括上述的叶片阻尼器或上述的涡轮叶片。

基于上述技术方案，本实用新型通过在阻尼器的外表面设置凸起，并且凸起的顶部与待接触面相互接触，使得待接触面与阻尼器的外表面之间形成了间隙，而阻尼器的外表面还设有冷却孔，因此可以将冷却气流通过该冷却孔输送至该间隙内，以实现对涡轮叶片的冷却，克服了现有技术中因阻尼器的阻挡而无法对叶片进行冷却的问题，可以有效降低叶片的温度。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本实用新型的进一步理解，构成本申请的一部分，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。在附图中：

图1为本实用新型涡轮叶片一个实施例的结构示意图。

图2为本实用新型叶片阻尼器一个实施例的结构示意图。

图3为本实用新型叶片阻尼器一个实施例的侧视图。

图中：

1、2-涡轮叶片；3-阻尼器；

10、20-叶片本体，11、21-缘板；12、22-榫头；13、23-伸根；14、24-托板；

31-顶面；32-第一侧面；33-第二侧面；34-底面；35、36-凸起；37-开口；38-冷却孔。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，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实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型的实施例，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，都属于本实用新型保护的范围。

在本实用新型的描述中，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实用新型和简化描述，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实用新型保护范围的限制。

参考图1和图2所示，在本实用新型所提供的叶片阻尼器的一个实施例中，阻尼器3设置在两个相邻的涡轮叶片1、2之间，并且阻尼器3与待接触面相互接触，这样在两个相邻涡轮叶片1、2发生相对位移时，阻尼器3与待接触面之间就会产生摩擦力，该摩擦力会消耗振动能量，从而实现叶片减振的目的。其中，待接触面可以为涡轮叶片1、2的表面，也可以为设置在涡轮叶片1、2上的其他部件的表面，只要在两个相邻涡轮叶片1、2发生相对滑动时能够使阻尼器3的外表面与待接触面之间产生摩擦力即可，下文将对此进行详细描述。

该阻尼器3的外表面设有凸起35、36，凸起35、36的顶部与待接触面相互接触，以使待接触面和阻尼器3的外表面之间形成间隙，或者该间隙也可以称为腔室，阻尼器3的外表面设有冷却孔38，通过冷却孔38能够向上述的间隙内输送冷却气流，以对涡轮叶片1、2进行冷却。

在上述实施例中，通过在阻尼器3的外表面设置凸起35、36，并且凸起35、36的顶部与待接触面相互接触，使得待接触面与阻尼器3的外表面之间形成了间隙，而阻尼器3的外表面还设有冷却孔38，因此可以将冷却气流通过该冷却孔38输送至该间隙内，以实现对涡轮叶片的冷却，克服了现有技术中因阻尼器的阻挡而无法对叶片进行冷却的问题，可以有效降低叶片的温度，提高叶片的使用寿命，并提高叶片运行的可靠性和安全性。

在上述实施例中，由于设置了凸起35、36，因此在待接触面与阻尼器3的外表面之间形成了间隙，该间隙具有一定的高度，因此冷却气流穿过冷却孔38后具有一定的冲击距离，优选地，冷却气流在间隙内的冲击距离与冷却孔38的半径之比为2～5，该设置可以使冷却气流具有一定的射流空间，冷却效果更好。

在上述实施例中，其中，凸起的设置个数可以根据需要灵活设置。凸起的具体设置位置也可以有多种选择，只要能够使得待接触面与阻尼器3的外表面之间能够形成间隙即可。

比如，冷却孔38可以设置在凸起35、36的侧面，只要能够将冷却气流输送至上述的间隙即可。优选地，冷却孔38设置在阻尼器3的外表面的未设置凸起35、36的位置，或者说，冷却孔38设置在任意两个凸起之间所形成的凹槽中，这样设置可以使冷却气流直接射击在待接触面上，冷却效果更好。

作为本实用新型叶片阻尼器的一个优选实施例，阻尼器3至少部分地具有弹性，以通过弹性力保持阻尼器3与待接触面之间的紧密接触，这样可以使阻尼器3与待接触面之间始终保持紧密接触，而且这种紧密接触不随涡轮叶片转速的变化而变化，可以在发动机各转速范围内均对涡轮叶片实现有效的阻尼作用，达到减振效果。

通过弹性力保持阻尼器3与待接触面之间的紧密接触，还可以使得阻尼器3的至少两个侧面能够同时与两个叶片保持紧密接触，避免现有技术中的阻尼器因重心设置不合理导致重心位置偏向其中一个叶片并远离另一个叶片而出现的不能产生阻尼的问题。

阻尼器3可以部分地具有弹性，也可以整体地具有弹性，只要能够实现上述的保持紧密接触的阻尼作用即可。

为使阻尼器3具有弹性，阻尼器3可以采用弹性材料制成，也可以采用其他结构设置，以使其具有一定的弹性。

如图2和图3所示，阻尼器3为空心结构，并且阻尼器3设有开口37，以使阻尼器3在受到挤压时能够发生弹性变形。空心结构和开口37的设置，可以使得阻尼器3具备一定的弹性变形能力；空心结构的设置还可以降低阻尼器3的重量，降低涡轮叶片和涡轮盘的承载能力；通过设置空心结构，还可以方便引入冷却气流。

优选地，阻尼器3可以采用镍基高温合金材料或陶瓷基复合材料制成。

由于缘板11、21和伸根13、23以及托板14、24所形成的空间大小的限制，阻尼器3的壁厚优选地小于1mm，以使其具有足够的弹性，同时具有一定的刚度。

在上述各个实施例中，凸起35、36可以包括多个，多个凸起35、36可以间断布置，即每个凸起35、36相对独立，多个凸起35、36呈点状散乱布置或者均匀布置；凸起35、36也可以连续布置。

优选地，多个凸起35、36连续布置，并形成至少一个长条形的凸块。如图2所示，阻尼器3的外表面设有两个凸起35和两个凸起36，凸起35和凸起36均为长条形的凸块结构，凸块沿阻尼器3的长度方向延伸。

凸起35、36可以为实心结构，也可以设置为空心结构，以降低阻尼器3的重量。

如图2所示，阻尼器3采用板件折弯而成，凸起35、36由阻尼器3的板体向外拱起而形成。阻尼器3可以采用薄板折弯并且一体成型，这样不但制造简单，容易生产，而且成本较低，重量也比较轻。

阻尼器3与待接触面之间的接触优选地为面接触，这样可以增大接触面积，有利于保证阻尼器3的稳定性。

另外，阻尼器3的外表面涂设有耐磨涂层，以增强阻尼器3的耐磨性。

基于上述各个实施例中的叶片阻尼器3，本实用新型还提供了一种涡轮，该涡轮包括涡轮叶片1、2和上述各个实施例中的叶片阻尼器3，阻尼器3设置在相邻两个涡轮叶片1、2之间。该涡轮叶片优选地为转子叶片。

进一步地，涡轮叶片1、2包括叶片本体10、20和榫头12、22以及连接在叶片本体10、20和榫头12、22之间的伸根13、23，阻尼器3设置在两个相邻涡轮叶片1、2的相邻伸根13、23之间。将阻尼器3设置在相邻两个伸根13、23之间所形成的腔室内，可以起到较好的减振作用。

优选地，阻尼器3的与伸根13、23相互接触的部分具有弹性，这样通过弹性力可以使阻尼器3的两侧能够始终与伸根13、23保持紧密接触，防止阻尼器3只与其中一个叶片接触，而与另一个叶片脱离接触，那样阻尼作用就消失了，影响减振效果。

涡轮叶片1、2还包括位于叶片本体10、20和伸根13、23之间的缘板11、21，缘板11、21沿涡轮盘的周向延伸，伸根13、23的侧面设有托板14、24，阻尼器3安装在缘板11、21的下方且位于托板14、24的上方。

参考图1所示，伸根13的右侧面设有托板14，伸根23的左侧面设有托板24，托板14和托板24相互对接，共同对阻尼器3形成支撑作用。

具体来说，阻尼器3的外表面包括顶面31、底面34、第一侧面32和第二侧面33，顶面31通过凸起35与缘板11、21的下表面相互接触，底面34通过凸起36与托板14、24的上表面相互接触，第一侧面32与两个相邻涡轮叶片1、2中的一个的伸根13、23的侧面相互接触，第二侧面33与两个相邻涡轮叶片1、2中的另一个的伸根13、23的侧面相互接触。

其中，第一侧面32和/或第二侧面33可以为曲面。优选地，第一侧面32和/或第二侧面33为圆弧面。

冷却孔38和开口37可以设置在阻尼器3的任意外表面上，优选地冷却孔38设置在顶面31上；开口37优选地设置在底面34上。

上述各个实施例中的叶片阻尼器和涡轮叶片，可以应用于各类航空发动机或燃气轮机上，以在涡轮旋转过程中通过该阻尼器吸收涡轮叶片的振动能量，减少振动对涡轮叶片造成的损伤，提高涡轮叶片的使用寿命。

下面结合图1～3对本实用新型叶片阻尼器、涡轮及航空发动机的一个实施例的具体结构进行说明：

如图1所示，涡轮叶片1和涡轮叶片2相邻布置，阻尼器3设置在相邻的伸根13和23之间，且位于缘板11、21之下，托板14、24之上，阻尼器3的下方通过设置在伸根13和23上的托板14和24进行支撑。

如图2和图3所示，阻尼器3的侧面大致呈椭圆形状，阻尼器3的顶面31和底面34大致呈平面，第一侧面32和第二侧面33为半圆弧面，顶面31上设有两个呈长条状的凸起35，两个凸起35之间以及外侧形成凹槽，凹槽的底面(也是阻尼器3的顶面31)设有多个冷却孔38，多个冷却孔38均匀布置；阻尼器3的底面34上设有开口37，开口37沿阻尼器3的长度方向延伸，以使阻尼器3能够受压变形，具有一定的弹性；底面34上也设有两个呈长条状的凸起36；第一侧面32和第二侧面33连接在顶面31和底面34之间，第一侧面32和第二侧面33为圆弧面。

参考图1的图示方向，顶面31上的凸起35与缘板11、21的下表面相互接触，底面34的凸起36与托板14、24的上表面相互接触，第一侧面32与伸根13的右侧面相互接触，第二侧面33与伸根23的左侧面相互接触。

通过调整第一侧面32和第二侧面33的刚度、顶面31与底面34之间的距离可以调整阻尼器3的变形能力，以调整阻尼器3与涡轮叶片1、2的缘板11、21和伸根13、23以及托板14、24之间的贴紧程度。

涡轮叶片1、2在振动过程中，两个相邻涡轮叶片1、2之间存在相位差，使相邻涡轮叶片1、2的缘板11、21之间存在位移差，由于顶面31上的凸起35与缘板11、21的下表面相互接触，底面34的凸起36与托板14、24的上表面相互接触，第一侧面32与伸根13的右侧面相互接触，第二侧面33与伸根23的左侧面相互接触，因此涡轮叶片1、2在振动过程中缘板11、21与托板14、24之间的位移差将导致阻尼器3与缘板11、21和托板14、24之间产生相对滑动，滑动产生摩擦力，该摩擦力可以消耗振动能量，对叶片起到减振效果。

通过对本实用新型叶片阻尼器、涡轮及航空发动机的多个实施例的说明，可以看到本实用新型叶片阻尼器、涡轮及航空发动机实施例至少具有以下一种或多种优点：

1、在阻尼器上设置冷却孔，可对叶片(尤其是缘板)的高温区域进行冲击冷却；

2、阻尼器至少部分地具有弹性，通过弹性力作用于相邻叶片的缘板，使阻尼器与缘板之间的正压力由阻尼器弹性结构来决定，而非完全由叶片转速决定，有利于在给定转速范围内设置合理的摩擦力，提高阻尼器减振效果；

3、阻尼器为空心结构，可降低阻尼器的质量，进而降低涡轮叶片及涡轮盘载荷；

4、阻尼器与缘板及托板均产生接触压力，可产生更大的摩擦力，提高减振效果；

5、阻尼器主要由弹性力产生接触压力，避免一般阻尼器因重心设置不合理或者在工作中重心位置偏向一个叶片而出现不能产生阻尼的现象。

最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而非对其限制；尽管参照较佳实施例对本实用新型进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本实用新型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；而不脱离本实用新型技术方案的精神，其均应涵盖在本实用新型请求保护的技术方案范围当中。

Claims (20)

1.一种叶片阻尼器(3)，设置在两个相邻涡轮叶片(1；2)之间，并通过该阻尼器(3)与所述涡轮叶片(1；2)之间的摩擦力来实现减振的目的，其特征在于，该阻尼器(3)的外表面设有凸起(35；36)，所述凸起(35；36)的顶部与待接触面相互接触，以使所述待接触面和所述阻尼器(3)的外表面之间形成间隙，所述阻尼器(3)的外表面设有冷却孔(38)，通过所述冷却孔(38)能够向所述间隙内输送冷却气流。

2.根据权利要求1所述的叶片阻尼器(3)，其特征在于，所述冷却气流在所述间隙内的冲击距离与所述冷却孔(38)的半径之比为2～5。

3.根据权利要求1所述的叶片阻尼器(3)，其特征在于，所述冷却孔(38)设置在所述阻尼器(3)的外表面的未设置所述凸起(35；36)的位置。

4.根据权利要求1所述的叶片阻尼器(3)，其特征在于，所述阻尼器(3)至少部分地具有弹性，以通过弹性力保持所述阻尼器(3)与所述待接触面之间的紧密接触。

5.根据权利要求1所述的叶片阻尼器(3)，其特征在于，所述阻尼器(3)为空心结构，并且所述阻尼器(3)设有开口(37)，以使所述阻尼器(3)在受到挤压时能够发生弹性变形。

6.根据权利要求5所述的叶片阻尼器(3)，其特征在于，所述阻尼器(3)的壁厚小于1mm。

7.根据权利要求1所述的叶片阻尼器(3)，其特征在于，所述阻尼器(3)采用镍基高温合金材料或陶瓷基复合材料制成。

8.根据权利要求1所述的叶片阻尼器(3)，其特征在于，所述凸起(35；36)包括多个，多个所述凸起(35；36)间断布置或者连续布置。

9.根据权利要求1所述的叶片阻尼器(3)，其特征在于，所述凸起(35；36)包括多个，多个所述凸起(35；36)连续布置，并形成至少一个长条形的凸块。

10.根据权利要求1所述的叶片阻尼器(3)，其特征在于，所述凸起(35；36)为实心结构或空心结构。

11.根据权利要求1所述的叶片阻尼器(3)，其特征在于，所述阻尼器(3)采用板件折弯而成，所述凸起(35；36)由所述阻尼器(3)的板体向外拱起而形成。

12.根据权利要求1所述的叶片阻尼器(3)，其特征在于，所述凸起(35；36)与所述待接触面之间的接触为面接触。

13.根据权利要求1所述的叶片阻尼器(3)，其特征在于，所述阻尼器(3)的外表面涂设有耐磨涂层。

14.一种涡轮，其特征在于，包括涡轮叶片(1；2)和如权利要求1～13任一项所述的叶片阻尼器(3)。

15.根据权利要求14所述的涡轮，其特征在于，所述涡轮叶片(1；2)包括叶片本体(10；20)、榫头(12；22)以及连接在所述叶片本体(10；20)和所述榫头(12；22)之间的伸根(13；23)，所述阻尼器(3)设置在两个相邻所述涡轮叶片(1；2)的相邻所述伸根(13；23)之间。

16.根据权利要求15所述的涡轮，其特征在于，所述阻尼器(3)的与所述伸根(13；23)相互接触的部分具有弹性。

17.根据权利要求15所述的涡轮，其特征在于，所述涡轮叶片(1；2)还包括位于所述叶片本体(10；20)和所述伸根(13；23)之间的缘板(11；21)，所述伸根(13；23)的侧面设有托板(14；24)，所述阻尼器(3)安装在所述缘板(11；21)的下方且位于所述托板(14；24)的上方。

18.根据权利要求17所述的涡轮，其特征在于，所述阻尼器(3)的外表面包括顶面(31)、底面(34)、第一侧面(32)和第二侧面(33)，所述顶面(31)通过所述凸起(35；36)与作为所述待接触面的所述缘板(11；21)的下表面相互接触，所述底面(34)通过所述凸起(35；36)与作为所述待接触面的所述托板(14；24)的上表面相互接触，所述第一侧面(32)与作为所述待接触面的两个相邻所述涡轮叶片(1；2)中的一个的所述伸根(13；23)的侧面相互接触，所述第二侧面(33)与作为所述待接触面的两个相邻所述涡轮叶片(1；2)中的另一个的所述伸根(13；23)的侧面相互接触。

19.根据权利要求18所述的涡轮，其特征在于，所述第一侧面(32)和/或所述第二侧面(33)为曲面。

20.一种航空发动机，其特征在于，包括如权利要求1～13任一项所述的叶片阻尼器(3)或如权利要求14～19任一项所述的涡轮。