專利名稱：用于渦輪機葉片的振動阻尼器裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及渦輪機，它具有圍繞葉輪環(huán)向間置的葉片；本發(fā)明尤其涉及一種葉片阻尼器裝置，它包括布置在相鄰葉片之間的銷釘，用于減緩葉片的振動。
背景技術(shù)：
眾所周知，渦輪機一般包括一個轉(zhuǎn)子，例如，包含多個葉輪，每個葉輪上固定多個環(huán)向間置的葉片。典型的葉片包括一個翼片、一個平臺，一個根部和一個鳩尾榫，鳩尾榫容納在渦輪機葉輪上的槽或開口中，從而將葉片卡緊在葉輪上。當然，翼片伸入氣道，例如燃氣輪機的熱氣道，并把氣體的熱能轉(zhuǎn)化為旋轉(zhuǎn)機械能。在發(fā)動機運行過程中，振動被引入到渦輪機葉片中，如果不消除振動則可能導(dǎo)致葉片的過早失效。
已經(jīng)有很多不同型式的振動阻尼器被提出并被構(gòu)造用來減小或消除葉片的振動。例如，參見美國專利號6,354,803；5,156,528；6,390,775；6,478,544；5,827,047；以及6,450,769。盡管這些專利中所公開的振動阻尼器可能對某些類型渦輪機的振動緩沖是有用的，但它們似乎對于具有短根部和翼尖沒有護罩的葉片并不完全適用或有效。因此，期待提出一種對這種渦輪機葉片特別有用的包括一個銷釘?shù)淖枘崞餮b置，而且這種裝置和銷釘對其它渦輪機葉片也是適用的。

發(fā)明內(nèi)容
應(yīng)該意識到，葉片上的短根部具有很小的平臺移動，從而引起較小的有效阻尼。反之，當假設(shè)根部具有相同的寬度和厚度時，對于較長的根部，相反的結(jié)論也是成立的。平臺振動的偏移量與根部長度相對于整個葉片長度的比率直接相關(guān)。對于這樣一級的葉片，其根部長度與總長度的比率遠低于典型級為1的葉片比率，低比率導(dǎo)致了低的平臺偏移幅度，因此導(dǎo)致阻尼器效能潛力較低。對尖端上有護罩的葉片，護罩提供了附加阻尼，這降低了在有護罩葉片上使用短根部的風險。然而，對于葉片無護罩且是短根部級別的渦輪機葉片，不充分阻尼的風險就增大了。
根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實施例，提供了一種裝置，例如，每對相鄰的葉片之間有一個居于兩者間的阻尼器銷釘，減小了全速滿載、全速空載時振動的應(yīng)力幅度，隨即使葉片的壽命增加，對短根部無護罩葉片尤其有用。為了實現(xiàn)上述目標，在一個優(yōu)選實施例中，每個葉片在其環(huán)向的兩個相對的面上，也就是與翼片壓力面和負壓面相應(yīng)的面上，提供了一種構(gòu)造來鎖住相鄰葉片間的阻尼器銷釘。特別地，一個第一葉片包括一個支座，更為可取的是一對大體上軸向間隔的支座，沿大體上環(huán)向的方向從第一葉片伸出，越過平臺的邊緣伸向相鄰的第二葉片。更為可取的是，支座從葉片的負壓面伸出。與此相鄰的第二葉片包括一個位于第二葉片平臺下面的沿大致軸向延伸的截槽。第二葉片的截槽、第一葉片上的支承面和大致沿徑向延伸的面在每對葉片之間限定了一個基本上軸向延伸的且位于第二葉片平臺下面的大致三角形凹槽。凹槽包括一個由第二葉片形成的斜面。一個細長的阻尼器銷釘布置在凹槽中，具有大致三角形的截面形狀，并且在凹槽內(nèi)微松地裝配。
渦輪機在冷態(tài)時，阻尼器銷釘通常停留在第一葉片的支座上。一旦獲得全速運行，阻尼器銷釘通常沿徑向向外移動。阻尼器銷釘和第二葉片的配合斜面壓擠阻尼器銷釘，使之與第一葉片的徑向面相接觸。于是，阻尼器銷釘分別與第一和第二葉片的徑向面和斜面相接觸。這種摩擦接觸能夠消除兩個葉片的振動。葉片與阻尼器銷釘?shù)倪B接面最好也加工成可提供二者之間改進的面配合，并增強振動消除性能。凹槽也在軸向上向外開口，使阻尼器在安裝時可見。重要的是，當渦輪機被裝配時，要確保所有的阻尼器銷釘已經(jīng)安裝。否則，較高的振動幅度造成較高的應(yīng)力可導(dǎo)致葉片因高循環(huán)疲勞而失效。而且，這種三角形構(gòu)造，尤其是這種截面大致為直角三角形的凹槽和阻尼器銷釘構(gòu)造提供了一種抗旋轉(zhuǎn)特性，這有助于在運行時無障礙地準確定位阻尼器銷釘。這種凹槽和阻尼器的構(gòu)造由此提高了耐磨性、增加了耐用性、有效的降低了振動應(yīng)力、抑制了由于高循環(huán)疲勞而導(dǎo)致的失效。
根據(jù)本發(fā)明的一個優(yōu)選實施例，提供了一種用于渦輪機葉輪的葉片裝置，它包含一對環(huán)向相鄰的葉片，其各有一個翼片、一個平臺、一個根部和一個鳩尾榫，成形為鳩尾榫是為了將葉片卡緊到渦輪機葉輪上，葉片對當中的第一葉片包括至少一個第一支座，該支座從葉片的一面沿環(huán)向方向延伸并越過第一葉片平臺的邊緣，支座包括一個支承面；葉片對當中的第二葉片有一截槽，其開口在大體環(huán)向方向上朝向第一葉片，并且位于第二葉片平臺的下面；截槽包括一個大體沿徑向外伸并朝向第一葉片的斜面，第一葉片包括一個毗鄰支座的大體徑向延伸的面，該徑向延伸面和第一葉片的支承面與第二葉片截槽的斜面一起構(gòu)成了一個位于葉片對之間的凹槽，凹槽在第二葉片下面；一個阻尼器銷釘裝配在相鄰葉片之間的凹槽中，阻尼器銷釘可以在支承面上的第一安放位和與第一葉片徑向延伸面及第二葉片凹槽斜面相接觸的第二安放位之間的凹槽中移動，用于消除葉片的振動。
根據(jù)本發(fā)明進一步的優(yōu)選實施例，提供了一種用于渦輪機葉輪的葉片裝置，它包含一對環(huán)向相鄰的葉片，其各有一個翼片、一個平臺、一個根部和一個鳩尾榫，成形為鳩尾榫是為了將葉片卡緊到渦輪機葉輪上，葉片對當中的第一葉片包括從其一側(cè)面朝大體環(huán)向方向延伸出來的第一和第二支座，并越過第一葉片平臺的邊緣，支座包括第一和第二支承面，葉片對當中的第二葉片有一截槽，其開口在大體環(huán)向方向上朝向第一葉片，并且位于第二葉片平臺的下面，截槽包括一個大體沿徑向外伸并朝向第一葉片的斜面，第一葉片包括一個連接面，該連接面和第一葉片的支承面與第二葉片截槽的斜面一起構(gòu)成了一個位于葉片對之間的凹槽，凹槽在第二葉片下面；一個阻尼器銷釘布置在相鄰葉片之間的凹槽中，至少一個阻尼器銷釘?shù)闹箼n布置在支座之間以防止阻尼器銷釘沿相對軸向的位移，阻尼器銷釘可以在支承面上的第一安放位和與第一葉片連接面及第二葉片凹槽斜面相接觸的第二安放位之間的凹槽中移動，用于消除葉片的振動。


圖1是根據(jù)本發(fā)明一個優(yōu)選實施例的、表示葉片與銷釘結(jié)合時的葉片的局部透視圖；圖2是表示相鄰葉片之間阻尼器銷釘?shù)慕孛鎴D，基本上是軸向的視圖；圖3是阻尼器銷釘優(yōu)選實施例的透視圖；圖4是圖1中沿4-4放大的橫截面斷面圖，表示了相鄰葉片間凹槽中的阻尼器銷釘在消除振動時的工作位置；圖5與圖3相似，表示了阻尼器銷釘改進的形狀。
具體實施例方式
現(xiàn)在參考附圖，尤其是圖1，其中表示了一個葉片，通常標記為10，它包括一個翼片12，一個平臺14，一個根部16和一個鳩尾榫18。應(yīng)該意識到，所描述的葉片10是卡緊在渦輪機轉(zhuǎn)子上并圍繞轉(zhuǎn)子環(huán)向間置的很多葉片中的其中一個。例如，典型的燃氣輪機有很多葉輪，其具有軸向或輕微偏離軸向的鳩尾槽形狀的開口用來容納葉片10的鳩尾榫18，從而提供了一種包括翼片12的、圍繞轉(zhuǎn)子的環(huán)向間置葉片的陣列。從圖1和圖2看，每個葉片平臺的相對和相鄰的環(huán)向邊形成了開槽面20和22。如前面指出的那樣，翼片12伸入到氣體流中并通過轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動將流體的熱能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C械能。
如圖2所示，這一裝置包括環(huán)向相鄰的第一和第二葉片，分別標記為12a和12b。第一葉片12a的開槽面20沿平臺14的側(cè)面延伸入根部16。翼片12的負壓面21上的根部16包括一對大致軸向間置的支座24，支座24伸出超過了開槽面20的橫向邊。每個支座24包括一個與葉片平臺和根部的兩個相對的軸向端相鄰的、大致環(huán)向延伸的支架或稱支承面26(圖1)。葉片12a負壓面上的支座24之間的區(qū)域通常是敞開的，并與開槽面20大致平行。從而，支座24在葉片的大致相對的軸向端提供了支承面26，其從葉片負壓面沿環(huán)向伸向相鄰的葉片。
如圖2所示，相鄰的葉片即第二葉片12b包括一個截槽30，其大致位于葉片12b壓力面上的葉片平臺14的下面，截槽30還可能包括第二葉片平臺14和根部16的一部分。截槽30沿葉片12b的壓力面成形，其拖曳邊23示于圖2中。應(yīng)該意識到，截槽包括在葉片整個軸向長度上延伸的斜面32，斜面32在徑向上呈角度地外伸且朝向相鄰的第一葉片。斜面32終止于過渡曲面區(qū)34。第二葉片的截槽30與第一葉片的支承面26構(gòu)成了兩個毗鄰葉片的軸向端處的一對凹槽36。
現(xiàn)參考圖3，所示的是通常標記為40的阻尼器銷釘，其容納于相鄰葉片之間所構(gòu)成的凹槽36中。阻尼器銷釘40包括一個細長的、橫截面大致呈三角形的部分，如圖2和圖4所示。阻尼器銷釘40的下部提供了一對軸向間隔的止檔44。安裝后，這對止檔44通常徑向內(nèi)突，兩者之間的間距小于渦輪機葉片支座24之間的距離。止檔44之間的阻尼器銷釘?shù)臋M截面大致是等邊三角形，而相對止檔44軸向外伸的阻尼器銷釘40尾端部46則具有大致直角形的橫截面構(gòu)造，三角形的斜邊和底邊50、52分別位于大體上的徑向和切向。
從圖2來看，應(yīng)該意識到，阻尼器銷釘40的尾端部46容納在由第二葉片上的截槽32與第一葉片上的支承面26和大致徑向的開槽面20所構(gòu)成的凹槽36中。因此，尾端部46的構(gòu)造與凹槽36的構(gòu)造大體一致。然而，應(yīng)該意識到尾端部46和凹槽36之間是微松裝配，可使凹槽中的阻尼器銷釘徑向外移。此外，當截槽30的斜面32與構(gòu)成阻尼器銷釘40上的斜邊表面48兩者之間相接合時，阻尼器銷釘40可能移向第一葉片。也就是說，當轉(zhuǎn)子獲得全速時，因為尾端部46與凹槽36之間的松接觸，阻尼器銷釘40因離心力而徑向外移，導(dǎo)致表面48和斜面32接觸并迫使阻尼器銷釘?shù)膹较蛎?0與開槽面20相接觸。因此，當轉(zhuǎn)子全速旋轉(zhuǎn)時，兩個葉片12a、12b通過阻尼器銷釘而聯(lián)接。
從圖2來看，應(yīng)該意識到，阻尼器銷釘在葉片的至少一端、最好是兩個軸向端都是外露的，也就是可以在軸向看見銷釘。從而能夠可視地確定阻尼器銷釘已經(jīng)被安裝在轉(zhuǎn)子裝置的相鄰葉片之間。也應(yīng)該意識到，止檔44阻止安裝好的阻尼器銷釘40從凹槽36中軸向移出。盡管圖示的是一對止檔44，應(yīng)該意識到在需要的時候可以使用一個單獨的止檔，其延伸的距離與雙止檔44之間的間距相當。
參考圖5，表示了另外一種阻尼器銷釘形狀，通常標記為60。阻尼器銷釘60包括與描述過的阻尼器銷釘40相同的外表面結(jié)構(gòu)。然而，這種形式的阻尼器銷釘60可以有一個中空型芯62，例如，一個通道64在相對的兩端之間延伸并且貫穿阻尼器銷釘?shù)恼麄€長度。還可以是設(shè)置一對軸向?qū)R的通道，并且阻尼器銷釘60的實心部分位于阻尼器銷釘?shù)南鄬啥碎g的這對通道之間。
渦輪機運行時，阻尼器銷釘一般位于支座24上，特別是當渦輪機不運行時，阻尼器銷釘停留在支承面26上。然而，由于阻尼器銷釘上的離心力作用，凹槽中阻尼器銷釘?shù)乃裳b配使得阻尼器銷釘端46迅速從支承面26上升起，阻尼器銷釘40的表面48和斜面32彼此接觸。這種接觸也擠壓阻尼器銷釘使其在環(huán)向上移動，從而使阻尼器銷釘?shù)牡走?0與開槽面20接觸。由于阻尼器銷釘?shù)牡走?0和表面48與兩渦輪機葉片12a和12b相接觸，于是通過阻尼器銷釘和葉片之間的摩擦連接使葉片的振動被消除。
盡管已經(jīng)對本發(fā)明和目前最實用和最優(yōu)選實施例一起進行了描述，應(yīng)該認識到本發(fā)明不限于所公開的實施方式，而是與之相反，各種改進和等同的結(jié)構(gòu)也都包含在所附權(quán)利要求的精神和范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種用于渦輪機葉輪的葉片裝置，包括一對環(huán)向相鄰的葉片(12a，12b)，其各有一個翼片(12)、一個平臺(14)、一個根部(16)和一個鳩尾榫(18)，成形為鳩尾榫是為了將葉片卡緊到渦輪機葉輪上；所述葉片對當中的第一葉片(12a)包括至少一個第一支座(24)，該支座從葉片的一側(cè)面沿基本上環(huán)向方向延伸并越過第一葉片平臺的邊緣，支座包括一個支承面(26)；所述葉片對當中的第二葉片(12b)有一個截槽(30)，其開口在大體環(huán)向方向上朝向第一葉片，并且位于第二葉片平臺的下面，截槽包括一個大體沿徑向方向外伸并朝向第一葉片的斜面(32)，第一葉片包括一個毗鄰支座的大體徑向延伸的面(20)，該徑向延伸面和第一葉片的支承面與第二葉片截槽的斜面一起構(gòu)成了一個位于葉片對之間的凹槽(36)，凹槽在第二葉片下面；一個阻尼器銷釘(40)裝配在相鄰葉片之間的凹槽中，阻尼器銷釘可以在支承面上的第一安放位和與第一葉片徑向延伸面及第二葉片凹槽斜面相接觸的第二安放位之間的凹槽中移動，用于消除葉片的振動。
2.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于所述的阻尼器銷釘和所述凹槽兩者尺寸的設(shè)定使得阻尼器銷釘?shù)牡谌砻?52)能夠從所述支承面上升起以響應(yīng)渦輪機葉輪的旋轉(zhuǎn)。
3.如權(quán)利要求1所述的裝置，包括一個在所述第一葉片上的第二支座(24)，它與第一支座軸向間置并有一個第二支承面以支承阻尼器銷釘；至少一個阻尼器銷釘止檔(44)布置在支座間，以阻止阻尼器銷釘在至少一軸向上的位移。
4.如權(quán)利要求1所述的裝置，包括一個第二支座(24)，它大體上與第一葉片上的第一支座軸向間置，并有一個第二支承面以支承阻尼器銷釘；一對阻尼器銷釘?shù)闹箼n(44)布置在支座表面間，以阻止阻尼器銷釘在相對軸向上的位移。
5.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述凹槽都在所述葉片通常的軸向面上開口，因而露出了阻尼器銷釘?shù)囊欢耍员銖娜~片和葉輪的軸向外部可以看到阻尼器銷釘。
6.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于所述的阻尼器銷釘和凹槽大致是三角形的，各自的配對表面(50，24，52，20)相對構(gòu)造成的形狀防止阻尼器銷釘繞與渦輪機葉輪的旋轉(zhuǎn)軸線大致平行的軸線而旋轉(zhuǎn)。
7.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于所述第一和第二葉片的、限定了所述凹槽的表面(20，26，32)是機加工面。
8.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述第二葉片的凹槽安置在相應(yīng)翼片的其壓力面所在的那一側(cè)。
9.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述支座(24)從所述第一葉片的、對應(yīng)于第一翼片的負壓面的一側(cè)伸出。
10.一種用于渦輪機葉輪的葉片裝置，包括一對環(huán)向相鄰的葉片(12a，12b)，其各有一個翼片(12)、一個平臺(14)、一個根部(16)和一個鳩尾榫(18)，成形為鳩尾榫是為了將葉片卡緊到渦輪機葉輪上；所述葉片對當中的第一葉片(12a)包括從其一側(cè)面朝大體環(huán)向方向延伸出來的第一和第二支座(24)，并越過第一葉片平臺的邊緣，支座包括第一和第二支承面(26)；所述葉片對當中的第二葉片(12b)有一截槽(30)，其開口在大體環(huán)向方向上朝向第一葉片，并且位于第二葉片平臺的下面，截槽包括一個大體沿徑向外伸并朝向第一葉片的斜面(32)，第一葉片包括一個連接面(20)，該連接面(20)和第一葉片的支承面(26)與第二葉片截槽的斜面(32)一起構(gòu)成了一個位于葉片對之間的凹槽(36)，凹槽在第二葉片下面；一個阻尼器銷釘(40)裝配在相鄰葉片之間的凹槽中，至少一個阻尼器銷釘?shù)闹箼n(44)布置在支座之間以防止阻尼器銷釘沿相對軸向的位移，阻尼器銷釘可以在支承面上的第一安放位和與第一葉片接觸面及第二葉片凹槽斜面相接觸的第二安放位之間的凹槽中移動，用于消除葉片的振動。
全文摘要
一個阻尼器銷釘(40)布置在渦輪機轉(zhuǎn)子的相鄰葉片(10)之間。一個第一葉片有環(huán)向延伸的支座(24)，以此限定出一對軸向間隔的表面，渦輪機冷態(tài)時阻尼器銷釘就停留在其上。相鄰的葉片有截槽(30)與平臺相鄰，以提供一斜面(32)覆蓋在阻尼器銷釘?shù)耐ǔＯ鄳?yīng)的斜面(48)上。阻尼器銷釘在凹槽內(nèi)微松裝配，當渦輪機迅速轉(zhuǎn)動時，阻尼器銷釘?shù)男泵婧桶疾坌泵鎱f(xié)同作用，將阻尼器銷釘擠向第一葉片，從而阻尼器銷釘與葉片都接觸并消除振動。
文檔編號F01D5/30GK1550642SQ20041005954
公開日2004年12月1日 申請日期2004年5月13日 優(yōu)先權(quán)日2003年5月13日
發(fā)明者B·A·拉格朗熱, B A 拉格朗熱, K·L·沃利, 沃利, S·P·沃辛格, 沃辛格 申請人:通用電氣公司