CN112324516A - 一种用于叶轮机械动叶片的气动阻尼装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于叶轮机械动叶片的气动阻尼装置。该阻尼装置在动叶片围带处设有气流孔通道，气流孔通道内置有阻尼棒，阻尼棒将气流孔通道分成多通道。当叶片振动时，气流孔内气流发生振荡，从而消耗叶片振动能量，提高叶片安全性。本发明有益效果为结构简单、加工方便、成本低、可靠性高，可以在较宽的频域范围内吸收叶片的振动能量，从而有效延长叶轮机械动叶片的寿命。

Description

一种用于叶轮机械动叶片的气动阻尼装置

技术领域

本发明属于叶轮机械技术领域，具体涉及一种用于叶轮机械动叶片的气动阻尼装置。

背景技术

动叶片是叶轮机械的重要部件，它在工作中一般受到较高的离心载荷、气动载荷以及交变载荷，很容易产生故障。随着技术的不断发展，叶轮机械的运行负荷随之提高，对动叶片的可靠性提出了更高的要求。

叶片振动故障是动叶片故障的重要组成部分。据统计，几乎所有的动叶片都曾发生过不同程度的叶片振动故障。增加叶片阻尼与减小叶身气动激励被视为降低叶片振动故障的两个主要方法。在增加叶片阻尼的方法中，传统的设计思路大都是在叶片或叶轮上设计结构阻尼器。通过增加结构阻尼器提高叶片单元的阻尼，从而减小叶片振幅，提高叶片的抗振能力。

目前，结构阻尼的设计遇到来自两方面的挑战：第一，结构阻尼器的设计一般针对主要的低阶模态；而叶栅流场中流体激励激起的往往是高阶模态。第二，对于现代先进叶轮机械中采用的整体叶盘而言，结构阻尼器的设置将大大增加加工工艺的复杂性。因此必须寻找新的方法提高叶轮机械动叶片抗高周循环疲劳损伤能力，延长动叶片的使用周期。气动阻尼能够有效抑制叶片的高频振动，同时不增加叶片的重量，符合现代叶片设计的减重要求，采用结构阻尼和气动阻尼相结合的方法能够有效延长动叶片寿命。

发明内容

为了有效的弥补结构阻尼装置存在的上述问题，本发明提出了一种用于叶轮机械动叶片的气动阻尼装置。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案来实现的：

一种用于叶轮机械动叶片的气动阻尼装置，该气动阻尼装置设置于动叶片，由叶片围带、叶身和叶根构成，其中，叶身包括叶片压力面、叶片吸力面以及叶片压力面和叶片吸力面之间的叶片出气边和叶片进气边；叶片围带靠近叶片进气边侧前缘分布有至少一排用于减振的气流孔通道，其中，气流孔通道内置有阻尼棒。

本发明进一步的改进在于，气流孔通道位置位于动叶片进气边围带前缘，各孔中心连线与围带前缘线平行。

本发明进一步的改进在于，气流孔通道为椭圆形。

本发明进一步的改进在于，气流孔椭圆短半径r≤L/4；椭圆长半径R≤L/2，L为叶片围带厚度。

本发明进一步的改进在于，气流孔通道分为两段，分别垂直于叶片围带底面和平行于叶片围带底面，两段之间具有一个转角，转角θ＝90°。

本发明进一步的改进在于，气流孔通道首先与叶片围带底面相互垂直，气流孔通道垂直段长度为a≤L/4；经过气流孔通道转角后与叶片围带底面相互平行，气流孔通道平行段长度为b≤4L。

本发明进一步的改进在于，阻尼棒材料为高填充度橡胶。

本发明进一步的改进在于，阻尼棒为等截面正六边形柱体，截面正六边形边长c＝r，阻尼棒长度d＝b。

本发明进一步的改进在于，阻尼棒嵌入在气流孔通道平行段中，保持与气流孔通道的紧密接触，不能在通道内自由转动，将气流孔通道分为多通道。

本发明至少具有如下有益的技术效果：

由于本发明所提供的动叶片，包括至少一排用于减振的气流孔通道。当叶片产生振动时，叶片的振动能量传递到气流孔中，叶片发生振动引起气孔壁面的相对运动，使得气孔内气体发生流动。由于流体的粘性作用，叶片在振动过程中克服气体粘性力而消耗振动能量。阻尼棒将气流孔分为多个气流通道，气流进入气流孔通道后，由于气流通道面积的突然减小导致流动速度剧烈增加，方向发生改变，流体质点之间相互碰撞，产生摩擦和动量交换，从而消耗振动能量。基于上述两种方式，气动阻尼装置能够有效的降低叶片振动能量，提高叶片的安全性。

本发明与目前针对叶片的阻尼处理方法(如叶片凸肩、拉筋处的干摩擦阻尼、缘板摩擦阻尼器、叶冠阻尼器等)相比，不与叶片叶身直接接触，不需要对叶片叶身进行额外加工。

气流孔通道内引入气体，气体流动过程中产生的气动阻尼能够有效的抑制叶片高频振动，与此同时气流孔通道不增加叶片重量，符合现代叶轮机械减重的要求。

阻尼棒的设计增加了气体由于气流通道的突变而产生的局部能量损失，极大程度的提高了气流孔通道的气动阻尼，与此同时，内置的阻尼棒还有效提高了气流孔通道的抗冲击能力。

仅需在叶片围带上加工出若干气流孔通道，将阻尼棒置于气流孔通道内即可，具有结构简单、加工方便、成本低、可靠性高的特点。

附图说明

图1是本发明的气流孔分布结构图。

图2是本发明的侧面结构图。

图3是本发明的内置阻尼棒右视角剖面图。

图4是本发明的气流孔通道右视角剖面图。

图5是本发明的内置阻尼棒俯视角剖面图。

图6是本发明的阻尼棒结构示意图。

附图标记说明：

1.气流孔通道，2.阻尼棒，3.叶片围带，4.叶片压力面，5.叶片出气边，6.叶片进气边，7.叶片吸力面，8.叶根，9.气流孔通道垂直段，10.气流孔通道转角，11.气流孔通道平行段。

具体实施方式

下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

需要说明的是：本实施例中的任何技术特征、任何技术方案均是多种可选的技术特征或可选的技术方案中的一种或几种，为了描述简洁的需要本文件中无法穷举本发明的所有可替代的技术特征以及可替代的技术方案，也不便于每个技术特征的实施方式均强调其为可选的多种实施方式之一，所以本领域技术人员应该知晓：本实施例内的任何技术特征以及任何技术方案均不限制本发明的保护范围，本发明的保护范围应该包括本领域技术人员不付出创造性劳动所能想到的任何替代技术方案。

参见图1、图2、图3所示，本发明是一种用于叶轮机械动叶片的气动阻尼装置。该气动阻尼装置位于动叶片，由叶片围带3、叶身和叶根8构成，其中，叶身包括叶片压力面4、叶片出气边5、叶片进气边6、叶片吸力面7。叶片围带3设有气流孔通道1，气流孔通道1内置有阻尼棒2。

参见图1，图2所示，本发明阻尼装置在叶片围带3处设有气流孔通道1。气流孔通道1分布于动叶片围带3的叶片进气边6侧前缘，各气流孔通道1中心连线与叶片围带2的前缘线平行。为降低应力集中，气流孔通道1为椭圆形，各气流孔之间均匀分布。叶片围带2厚度为设计值L，气流孔1椭圆短半径r≤L/4；椭圆长半径R≤L/2。

参见图3，4所示，气流孔通道1分为两段，分别垂直于叶片围带3底面和平行于叶片围带3底面，两段之间具有一个气流孔通道转角10，转角θ＝90°。气流孔垂直段9首先与叶片围带3底面相互垂直，气流孔通道垂直段9长度为a≤L/4；经过气流孔通道转角10后与叶片围带3底面相互平行，气流孔通道平行段11长度为b≤4L。

参见图5所示，阻尼棒2安装完成后，紧密嵌入在气流孔通道平行段11内，不能在气流孔通道平行段11内自由转动，将气流孔通道平行段11分为多通道。

参见图6所示，阻尼棒2为等截面正六边形柱体，截面正六边形边长c＝r，阻尼棒2长度d＝b。

本发明提供的一种用于叶轮机械动叶片的气动阻尼装置，当叶片振动时，振动能量被气流孔通道内的气流所吸收，从而消耗振动能量，提高叶片安全性。本发明提供的一种用于叶轮机械动叶片的气动阻尼装置与传统阻尼装置相比，不与叶片叶身直接接触，不需要对叶片叶身进行额外加工，不需增加额外阻尼装置部件，在抑制叶片高频振动的同时不增加叶片重量，符合现代叶轮机械减重的要求，具有结构简单、加工方便、成本低、可靠性高的优点。

Claims (9)

1.一种用于叶轮机械动叶片的气动阻尼装置，其特征在于，该气动阻尼装置设置于动叶片，由叶片围带(3)、叶身和叶根(8)构成，其中，叶身包括叶片压力面(4)、叶片吸力面(7)以及叶片压力面(4)和叶片吸力面(7)之间的叶片出气边(5)和叶片进气边(6)；

叶片围带(3)靠近叶片进气边(6)侧前缘分布有至少一排用于减振的气流孔通道(1)，其中，气流孔通道(1)内置有阻尼棒(2)。

2.根据权利要求1所述的一种用于叶轮机械动叶片的气动阻尼装置，其特征在于，气流孔通道(1)位置位于动叶片进气边围带前缘，各孔中心连线与围带前缘线平行。

3.根据权利要求1所述的一种用于叶轮机械动叶片的气动阻尼装置，其特征在于，气流孔通道(1)为椭圆形。

4.根据权利要求3所述的一种用于叶轮机械动叶片的气动阻尼装置，其特征在于，气流孔椭圆短半径r≤L/4；椭圆长半径R≤L/2，L为叶片围带厚度。

5.根据权利要求1所述的一种用于叶轮机械动叶片的气动阻尼装置，其特征在于，气流孔通道(1)分为两段，分别垂直于叶片围带(3)底面和平行于叶片围带(3)底面，两段之间具有一个转角，转角θ＝90°。

6.根据权利要求5所述的一种用于叶轮机械动叶片的气动阻尼装置，其特征在于，气流孔通道(1)首先与叶片围带(3)底面相互垂直，气流孔通道垂直段长度为a≤L/4；经过气流孔通道转角后与叶片围带(3)底面相互平行，气流孔通道平行段长度为b≤4L。

7.根据权利要求书6所述的一种用于叶轮机械动叶片的气动阻尼装置，其特征在于，阻尼棒(2)材料为高填充度橡胶。

8.根据权利要求书6所述的一种用于叶轮机械动叶片的气动阻尼装置，其特征在于，阻尼棒(2)为等截面正六边形柱体，截面正六边形边长c＝r，阻尼棒(2)长度d＝b，r为气流孔椭圆短半径。

9.根据权利要求书1所述的一种用于叶轮机械动叶片的气动阻尼装置，其特征在于，阻尼棒(2)嵌入在气流孔通道(1)平行段中，保持与气流孔通道(1)的紧密接触，不能在通道内自由转动，将气流孔通道(1)分为多通道。

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