一种应用于燃气轮机涡轮动叶的减振阻尼结构的制作方法

1.本发明总体涉及燃气轮机涡轮动叶领域，具体涉及一种安装于动叶片缘板下侧的减振阻尼结构。


背景技术：

2.涡轮叶片在工作过程中要承受高温高压燃气的冲刷以及燃气喷嘴周期变化的激振力，在某些工况下容易产生共振。由振动引起的高周疲劳失效是叶片发生故障的主要原因。因此，研究叶片工作时的振动并找出有效抑制叶片振动的方法尤为重要。
3.在叶片上增加阻尼器，干摩擦阻尼可以消耗和扩散振动能量，使得瞬态振动响应迅速衰减，减少系统结构传递振动的能量，同时还会提高叶片的刚度水平。但阻尼器的结构设计是非常复杂的，要通过计算和试验相互验证来确定最优阻尼结构形式，还要考虑阻尼器和叶片的适配性以及阻尼器工作过程中的摩擦磨损等情况。我国专利cn 108386474b发明了一种干摩擦阻尼器集成在减振系统中，利用摩擦球与套筒之间的摩擦消耗振动能量，该装置结构较为复杂。专利cn 105156155b发明了一种动叶叶根平台减振承压阻尼结构，能有效增加叶根平台阻尼，减小叶片振动，该装置适用于航空发动机中，但舰船燃气轮机叶片尺寸更大，叶片和轮缘间隙更小，该装置并不适用于舰船燃气轮机当中。国内在干摩擦阻尼减振方面的专利位数不少，但适用于长寿命舰船燃气轮机涡轮叶片的阻尼结构专利还鲜有遇到。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于提供一种应用于燃气轮机涡轮动叶的减振阻尼结构，叶片受迫共振时，该结构依靠离心力抵紧在缘板下表面，产生的干摩擦接触力消耗振动能量，进而抑制叶片振动
5.本发明的目的是这样实现的：在动叶的缘板下部设置有阻尼器安装槽，每两个叶片之间的阻尼槽中设置一个阻尼器，阻尼器为弧形阻尼器，阻尼器的上表面分为左侧接触面、右侧接触面以及大圆弧过渡面，阻尼器的下表面沿轴向设置有弹性支座。
6.本发明还包括这样一些结构特征：
7.1.左侧、右侧接触面与水平方向之间的角度为6.9
°
8.2.阻尼块安装时，左侧接触面和叶背侧缘板下表面接触，右侧接触面和叶盆侧缘板下表面接触；叶片工作时，阻尼器的接触面依靠离心力抵紧在缘板下表面，叶片受激励产生强迫振动时，叶片之间产生相对位移，在缘板下表面和阻尼器的接触面之间产生干摩擦力消耗振动能量，起到减振作用。
9.与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明的缘板平台下部开设阻尼器安装槽，安装槽尺寸及开口形式取决于阻尼结构形式和安装适配性。动叶片安装于轮缘凹槽内，若干个阻尼器放置于每两个叶片之间。所述的阻尼器安装槽分布于叶片的伸根部位，位于缘板正下方，阻尼槽开口方案应保证：工作状态下的阻尼器与叶片接触面积最佳、阻尼器接
触面与安装槽内的倾斜角度一致、适合的阻尼器相对运动空间。所述的阻尼结构材料具备良好的弹性性能、较高的热强性以及略低于叶片材料的硬度。所述的阻尼器是一种弧形阻尼器，阻尼器两个接触面之间的角度与阻尼槽安装角度一致，接触面之间通过圆弧面过渡，确保阻尼器始终以较宽的接触面积抵紧在缘板下表面。所述的阻尼器在使用过程中，不会因为长时磨损发生质量偏心，具有方位确定性和力的自适应性。所述的阻尼器在工作时，依靠离心力抵紧在缘板下表面，通过干摩擦力消耗叶片振动的能量，从而起到减振的作用。
10.本发明的一种涡轮动叶减振阻尼结构，既能降低叶片振动应力，又能起到封严气体的作用，可以大幅度提升叶片使用寿命；阻尼块安装于相邻叶片之间的缘板下侧阻尼槽内，阻尼块接触面为平面，接触角度和叶片安装角度一致，双侧接触面之间采用大圆弧面过渡，既能保证足够的接触面积，又避免冷气从缘板之间的缝隙流动到叶身上；阻尼块和缘板平台形成干摩擦阻尼，消耗叶片振动能量，达到最佳减振效果；阻尼块下表面安装弹性支座，防止阻尼器发生不同方向的偏转而卡紧在叶片之间。本发明能够提高叶片使用寿命，保障机组安全运行，对于指导舰船燃气轮机涡轮动叶设计具有一定意义。本发明具有较好的功能性和通用性。
附图说明
11.图1是本发明结构示意图；
12.图2是本发明阻尼结构示意图；
13.图3是阻尼结构俯视图；
14.图4是阻尼结构侧视图；
15.图5是阻尼结构装配示意图；
16.图中：1-叶片；2-缘板平台；3-阻尼器安装槽；4-阻尼器；5-阻尼器左接触面；6-阻尼器右接触面；7-阻尼器弹性支座；8-弧形连接面。
具体实施方式
17.下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细描述。
18.结合图1-5，本发明，包括动叶片、缘板平台和若干阻尼块。在涡轮动叶的缘板平台下侧开设凹槽，该凹槽形式在叶盆侧和叶背侧可以不一致，但要保证安装阻尼器后的叶片在旋转过程中质心位置的变化最小。叶片缘板周向间隙要保持在一定裕度范围内，确保阻尼器和叶片之间具有足够的相对运动距离，并且阻尼器会起到封严作用，对气动参数无不利影响。
19.阻尼器安装在每两个叶片之间，叶片工作时，在离心力的作用下，阻尼器抵紧在缘板下表面，在干摩擦力的作用下，接触面上会产生相对位移，消耗叶片振动的能量，并且阻尼器还会在一定程度上提高叶片的刚度水平，提升叶片阻尼比。
20.本发明通过理论计算和试验验证确定了最优阻尼结构形式。
21.本发明的阻尼器为弧形阻尼器，阻尼器左右接触面不对称，中间采用大圆弧面来过渡，既保证阻尼器和叶片之间的接触面积，又使应力集中在圆弧过渡面得以释放，保证阻尼器的强度。
22.本发明的阻尼器轴向端点设计为凸起结构形式，能够很好的起到轴向支撑的作
用。
23.本发明的阻尼器下表面安装有弹性支座，支座高度为0.5mm。
24.本发明的弹性支座防止阻尼器沿叶片径向发生翻转，避免阻尼器在工作过程中卡滞的现象。
25.本发明一种涡轮动叶减振阻尼结构，包括1-叶片、4-阻尼器。其中动叶1的缘板2下部开设阻尼器安装槽3，安装槽应保证工作状态下的阻尼器与叶片接触面积最佳、阻尼器接触面与安装槽内的倾斜角度一致、适合的阻尼器相对运动空间。
26.阻尼器4安装于每两个叶片之间的阻尼槽中，试验时，先安装阻尼块，再装配叶片，阻尼块安装时应确保接触面5和叶背侧缘板下表面接触，接触面6和叶盆侧缘板下表面接触。叶片工作时，阻尼器的接触面5和接触面6依靠离心力抵紧在缘板下表面，叶片受激励产生强迫振动时，叶片之间会产生相对位移，在缘板下表面和阻尼器的接触面之间会产生干摩擦力消耗振动能量，从而起到减振作用。
27.叶片在工作时应保持周向存在一定间隙，径向间隙不宜过大，确保叶片之间具有充足的周向相对位移空间，阻尼器沿叶片径向变形微弱，确保阻尼器能够承载最优正压力，提升阻尼器减振性能。
28.阻尼器4为弧形阻尼器，阻尼器的上表面分为三部分，左侧接触面5、右侧接触面6以及大圆弧过渡面8，左右接触面之间的角度为6.9
°
，与阻尼槽缘板下表面之间的角度保持一致，目的是让阻尼器和缘板在离心力的作用下充分接触，既有一定粘滞区域，又有充足的滑移区域。
29.阻尼器4的下表面沿轴向加工有弹性支座7，阻尼器装配过程中能够起到支撑作用，支座高度为0.6mm。薄片式阻尼器减振效果好，但运行过程中存在一些不可控因素，弹性支座能很好地预防阻尼器的偏转和翻折，防止卡滞现象发生。
30.本发明提供的阻尼器是经过理论计算和试验验证得到的最优结构形式，弧形接触面能够确保接触面积最佳，保证阻尼减振效果，同时加装弹性支撑，能够防止阻尼器卡滞等情况的发生，从而更好的服务于叶片振动，降低叶片振动响应幅值，提高叶片使用寿命。
31.本发明的阻尼器是经过计算和试验相互验证得到的最优结构形式。所述阻尼器上部的接触面之间采用大圆弧面来过渡，左右接触面不对称，既起到阻尼器的定心作用，又保证阻尼器和缘板具有足够的接触面积。所述阻尼器下端具有弹性支座，防止阻尼器在运转过程中发生错位的情况。阻尼结构简单，安装方便，能提高叶片结构阻尼比，有效降低叶片振动应力水平，增强叶片工作可靠性。
32.综上，本发明提供一种应用于燃气轮机涡轮动叶的减振阻尼结构，它涉及燃气轮机涡轮动叶领域，特别地，涉及附加于燃气轮机涡轮叶片上用于叶片减振的目的。本发明提供的燃气轮机涡轮动叶的减振阻尼结构主要包括：叶片、阻尼器安装槽、减振阻尼结构。本发明解决了叶片因共振导致疲劳断裂的问题，提高叶片使用寿命。在叶片缘板下部空间内开设阻尼槽以安装阻尼结构，叶片工作过程中。通过叶片与阻尼结构之间的干摩擦接触力消耗叶片振动能量，降低叶片振动响应，将叶片振动应力控制在危险水平以下。

技术特征：
1.一种应用于燃气轮机涡轮动叶的减振阻尼结构，其特征在于：在动叶的缘板下部设置有阻尼器安装槽，每两个叶片之间的阻尼槽中设置一个阻尼器，阻尼器为弧形阻尼器，阻尼器的上表面分为左侧接触面、右侧接触面以及大圆弧过渡面，阻尼器的下表面沿轴向设置有弹性支座。2.根据权利要求1所述的一种应用于燃气轮机涡轮动叶的减振阻尼结构，其特征在于：左侧、右侧接触面与水平方向之间的角度为6.9
°
。3.根据权利要求1或2所述的一种应用于燃气轮机涡轮动叶的减振阻尼结构，其特征在于：阻尼块安装时，左侧接触面和叶背侧缘板下表面接触，右侧接触面和叶盆侧缘板下表面接触；叶片工作时，阻尼器的接触面依靠离心力抵紧在缘板下表面，叶片受激励产生强迫振动时，叶片之间产生相对位移，在缘板下表面和阻尼器的接触面之间产生干摩擦力消耗振动能量，起到减振作用。

技术总结
本发明提供一种应用于燃气轮机涡轮动叶的减振阻尼结构，它涉及燃气轮机涡轮动叶领域，特别地，涉及附加于燃气轮机涡轮叶片上用于叶片减振的目的。本发明提供的燃气轮机涡轮动叶的减振阻尼结构主要包括：叶片、阻尼器安装槽、减振阻尼结构。本发明解决了叶片因共振导致疲劳断裂的问题，提高叶片使用寿命。在叶片缘板下部空间内开设阻尼槽以安装阻尼结构，叶片工作过程中。通过叶片与阻尼结构之间的干摩擦接触力消耗叶片振动能量，降低叶片振动响应，将叶片振动应力控制在危险水平以下。将叶片振动应力控制在危险水平以下。将叶片振动应力控制在危险水平以下。


技术研发人员：周渝航 林枫 孙景国 何建元
受保护的技术使用者：中国船舶重工集团公司第七0三研究所
技术研发日：2023.02.20
技术公布日：2023/5/30